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特許7064640反転されたＭＲＡＭ素子の垂直配向を有する改善されたＭＲＡＭクロスポイントメモリ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-04-26
(45)【発行日】2022-05-10
(54)【発明の名称】反転されたＭＲＡＭ素子の垂直配向を有する改善されたＭＲＡＭクロスポイントメモリ
(51)【国際特許分類】
G11C 11/16 20060101AFI20220427BHJP
H01L 21/8239 20060101ALI20220427BHJP
H01L 27/105 20060101ALI20220427BHJP
H01L 43/08 20060101ALI20220427BHJP
H01L 45/00 20060101ALI20220427BHJP
H01L 49/00 20060101ALI20220427BHJP
【ＦＩ】
G11C11/16 220
H01L27/105 447
H01L43/08 Z
H01L45/00 Z
H01L49/00 Z
G11C11/16 230
G11C11/16 240
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2021103631
(22)【出願日】2021-06-22
(65)【公開番号】P2022060149
(43)【公開日】2022-04-14
【審査請求日】2021-06-22
(31)【優先権主張番号】17/061,836
(32)【優先日】2020-10-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】511242535
【氏名又は名称】サンディスク テクノロジーズ エルエルシー
【住所又は居所原語表記】５０８０ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｄｒｉｖｅ，Ｓｕｉｔｅ １０５０Ｗ，Ａｄｄｉｓｏｎ，Ｔｅｘａｓ ７５００１，Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
(74)【代理人】
【識別番号】110000110
【氏名又は名称】特許業務法人快友国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ワード・パーキンソン
(72)【発明者】
【氏名】ジェームス・オトゥール
(72)【発明者】
【氏名】ネイサン・フランキン
(72)【発明者】
【氏名】トーマス・トレント
【審査官】後藤 彰
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－１９１８３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－９５１６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－５９７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１３７８５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１１／１５２０６１（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ１１Ｃ １１／１６
Ｈ０１Ｌ ２１／８２３９
Ｈ０１Ｌ ４３／０８
Ｈ０１Ｌ ４５／００
Ｈ０１Ｌ ４９／００
Ｇ１１Ｃ １３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
装置であって、不揮発性メモリであって、
基板と、
前記基板上に形成された１つ以上のメモリアレイと、を備え、前記アレイの各々は、
前記基板の表面に平行な第１の方向に延びる第１の組の導電線と、
前記第１の組の導電線の上に形成されており、前記基板の前記表面に平行な第２の方向に延びる第２の組の導電線と、
前記第２の組の導電線の上に形成されており、前記第１の方向に延びる第３の組の導電線と、
各々が前記第１の組の導電線の対応する１つと前記第２の組の導電線の対応する１つとの間に接続された第１の複数のメモリセルであって、各々の前記第１の複数のメモリセルが磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）デバイスと直列に接続された閾値切替セレクタを含み、前記第１の複数のメモリセルの各々の前記ＭＲＡＭデバイスが、
固定磁場極性を有する基準層と、
前記基準層と直列に接続されており、プログラム可能な磁場極性を有する自由層であって、前記基準層の下に形成されている、自由層と、を含む、第１の複数のメモリセルと、
各々が前記第２の組の導電線の対応する１つと前記第３の組の導電線の対応する１つとの間に接続された第２の複数のメモリセルであって、各々の第２の複数のメモリセルが、ＭＲＡＭデバイスと直列に接続された閾値切替セレクタを含み、前記第２の複数のメモリセルの各々のＭＲＡＭデバイスが、
固定磁場極性を有する基準層と、
前記基準層と直列に接続されており、プログラム可能な磁場極性を有する自由層であって、前記基準層の上に形成されている、自由層と、を含む、第２の複数のメモリセルと、を備える、装置。
【請求項2】
前記不揮発性メモリはメモリダイ上に形成され、前記装置は、前記メモリダイに接続されており、前記１つ以上のメモリアレイにデータを書き込む、及び前記１つ以上のメモリアレイからデータを読み出す、ように構成された制御ダイであって、前記メモリダイとは別個に形成され、前記メモリダイに結合されている、制御ダイを更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記第１、第２、及び第３の組の導電線に接続された１つ以上の制御回路を更に備え、前記１つ以上の制御回路は、前記第１の組の導電線のうちの前記対応する１つに、前記第２の組の導電線のうちの前記対応する１つよりも低い電圧へとバイアスをかけることによって、前記第１の複数のメモリセルのうちの選択された１つを読み出し、
前記第３の組の導電線のうちの前記対応する１つに、前記第２の組の導電線のうちの前記対応する１つよりも低い電圧へとバイアスをかけることによって、前記第２の複数のメモリセルのうちの選択された１つを読み出し、
前記第１の組の導電線のうちの前記対応する１つに、前記第２の組の導電線のうちの前記対応する１つよりも低い電圧へとバイアスをかけることによって、前記第１の複数のメモリセルのうちの選択された１つを第１の状態から第２の状態に書き込み、
前記第１の組の導電線のうちの前記対応する１つに、前記第２の組の導電線のうちの前記対応する１つよりも高い電圧へとバイアスをかけることによって、前記第１の複数のメモリセルのうちの選択された１つを前記第２の状態から前記第１の状態に書き込み、
前記第３の組の導電線のうちの前記対応する１つに、前記第２の組の導電線のうちの前記対応する１つよりも低い電圧へとバイアスをかけることによって、前記第２の複数のメモリセルのうちの選択された１つを前記第１の状態から前記第２の状態に書き込み、
前記第３の組の導電線のうちの前記対応する１つに、前記第２の組の導電線のうちの前記対応する１つよりも高い電圧へとバイアスをかけることによって、前記第２の複数のメモリセルのうちの選択された１つを前記第２の状態から前記第１の状態に書き込む、ように構成された制御回路である、請求項１に記載の装置。
【請求項4】
前記第１の状態は高抵抗状態であり、前記第２の状態は低抵抗状態である、請求項３に記載の装置。
【請求項5】
前記１つ以上の制御回路は、前記第１の組の導電線のうちの対応する１つにそれぞれ接続された第１の組のドライバと、
前記第２の組の導電線のうちの対応する１つにそれぞれ接続された第２の組のドライバと、
前記第３の組の導電線のうちの対応する１つにそれぞれ接続された第３の組のドライバと、を含み、
前記第１の複数のメモリセルのうちの選択された１つを読み出す際に、前記第１の組のドライバのうちの対応する１つが、Ｎチャネルデバイスによって前記対応する第１の導電線を低電圧レベルに接続し、前記第２の組のドライバのうちの対応する１つが、Ｐチャネルデバイスによって前記対応する第２の導電線を高電圧レベルに接続し、
前記第２の複数のメモリセルのうちの選択された１つを読み出す際に、前記第３の組のドライバのうちの対応する１つが、Ｎチャネルデバイスによって前記対応する第３の導電線を前記低電圧レベルに接続し、前記第２の組のドライバのうちの対応する１つが、Ｐチャネルデバイスによって前記対応する第２の導電線を前記高電圧レベルに接続する、請求項３に記載の装置。
【請求項6】
前記第１の複数のメモリセルのうちの前記選択された１つを読み出す際に、前記第２の組のドライバのうちの前記対応する１つは、前記第１の複数のメモリセルのうちの前記選択された１つを通して読み出し電流を駆動するように構成されており、前記第２の複数のメモリセルのうちの前記選択された１つを読み出す際に、前記第２の組のドライバのうちの前記対応する１つは、前記第２の複数のメモリセルのうちの前記選択された１つを通して前記読み出し電流を駆動するように構成されている、請求項５に記載の装置。
【請求項7】
前記１つ以上の制御回路は、前記第２の組の導電線のうちの第１の１つに接続された前記第１の複数のメモリセルのうちの選択された１つ、及び前記第２の組の導電線のうちの前記第１の１つに接続された前記第２の複数のメモリセルのうちの選択された１つ、を同時に読み出すように更に構成されている、請求項３に記載の装置。
【請求項8】
前記第２の組の導電線は、前記第１の組の導電線及び前記第３の組の導電線の両方よりも長い、請求項３に記載の装置。
【請求項9】
前記第１の複数のメモリセルの各々において、前記閾値切替セレクタは、前記直列接続されたＭＲＡＭデバイスの下に形成され、前記第２の複数のメモリセルの各々において、前記閾値切替セレクタは、前記直列接続されたＭＲＡＭデバイスの下に形成される、請求項１に記載の装置。
【請求項10】
方法であって、第２の導電線から対応する第１の導電線に読み出し電流を強制的に流すことによって、第１の複数のメモリセルのうちの選択された１つのデータ状態を感知することであって、前記第１の複数のメモリセルのうちの前記選択された１つは、前記第１の複数のメモリセル及び第２の複数のメモリセルを含むアレイの一部であり、前記第１及び前記第２の複数のメモリセルの各々は、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）デバイスと直列に接続された閾値切替セレクタを含む、感知することと、
前記対応する第２の導電線から対応する第３の導電線に前記読み出し電流を強制的に流すことによって、前記第２の複数のメモリセルのうちの選択された１つのデータ状態を感知することと、
前記対応する第２の導電線から前記対応する第１の導電線に書き込み電流を強制的に流すことによって、前記第１の複数のメモリセルのうちの選択された１つを第１の状態から第２の状態に書き込むことと、
前記対応する第１の導電線から前記対応する第２の導電線に前記書き込み電流を強制的に流すことによって、前記第１の複数のメモリセルのうちの選択された１つを前記第２の状態から前記第１の状態に書き込むことと、
前記対応する第２の導電線から前記対応する第３の導電線に前記書き込み電流を強制的に流すことによって、前記第２の複数のメモリセルのうちの選択された１つを第１の状態から第２の状態に書き込むことと、
前記対応する第３の導電線から前記対応する第２の導電線に前記書き込み電流を強制的に流すことによって、前記第２の複数のメモリセルのうちの選択された１つを前記第２の状態から前記第１の状態に書き込むことと、を含む、方法。
【請求項11】
第１の複数のメモリセルのうちの前記選択された１つの前記データ状態を前記感知することと、前記第２の複数のメモリセルのうちの前記選択された１つの前記データ状態を前記感知することとは同時に実行される、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記第２の導電線から前記対応する第１の導電線に前記読み出し電流を強制的に流すことによって、前記第１の複数のメモリセルのうちの前記選択された１つの前記データ状態を感知することは、Ｎチャネルデバイスによって前記対応する第１の導電線を低電圧レベルに接続することを含み、前記対応する第２の導電線から前記対応する第３の導電線に前記読み出し電流を強制的に流すことによって、前記第２の複数のメモリセルのうちの前記選択された１つの前記データ状態を感知することは、Ｎチャネルデバイスによって前記対応する第３の導電線を前記低電圧レベルに接続することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項13】
装置であって、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）デバイスと直列に接続された閾値切替セレクタをそれぞれ有するメモリセルのアレイに接続するように構成されたコントローラ回路を備え、前記アレイは、第１の組の導電線のうちの対応する１つと、第２の組の導電線のうちの対応する１つとの間にそれぞれ接続された第１の複数のメモリセルと、第３の組の導電線のうちの対応する１つと、前記第２の組の導電線のうちの対応する１つとの間にそれぞれ接続された第２の複数のメモリセルと、を含み、前記コントローラ回路は、
前記第１の組の導電線のうちの前記対応する１つに、前記第２の組の導電線のうちの前記対応する１つよりも低い電圧へとバイアスをかけることによって、前記第１の複数のメモリセルのうちの選択された１つを読み出し、
前記第３の組の導電線のうちの前記対応する１つに、前記第２の組の導電線のうちの前記対応する１つよりも低い電圧へとバイアスをかけることによって、前記第２の複数のメモリセルのうちの選択された１つを読み出し、
前記第１の組の導電線のうちの前記対応する１つに、前記第２の組の導電線のうちの前記対応する１つよりも低い電圧へとバイアスをかけることによって、前記第１の複数のメモリセルのうちの選択された１つを第１の状態から第２の状態に書き込み、
前記第１の組の導電線のうちの前記対応する１つに、前記第２の組の導電線のうちの前記対応する１つよりも高い電圧へとバイアスをかけることによって、前記第１の複数のメモリセルのうちの選択された１つを前記第２の状態から前記第１の状態に書き込み、
前記第３の組の導電線のうちの前記対応する１つに、前記第２の組の導電線のうちの前記対応する１つよりも低い電圧へとバイアスをかけることによって、前記第２の複数のメモリセルのうちの選択された１つを前記第１の状態から前記第２の状態に書き込み、
前記第３の組の導電線のうちの前記対応する１つに、前記第２の組の導電線のうちの前記対応する１つよりも高い電圧へとバイアスをかけることによって、前記第２の複数のメモリセルのうちの選択された１つを前記第２の状態から前記第１の状態に書き込むように構成されている、装置。
【請求項14】
前記コントローラ回路は、各々が前記第１の組の導電線のうちの対応する１つに接続するように構成された第１の組のドライバと、
各々が前記第２の組の導電線のうちの対応する１つに接続するように構成された第２の組のドライバと、
各々が前記第３の組の導電線のうちの対応する１つに接続するように構成された第３の組のドライバと、を備え、
前記第１の複数のメモリセルのうちの選択された１つを読み出す際に、前記第１の組のドライバのうちの対応する１つが、Ｎチャネルデバイスによって前記対応する第１の導電線を低電圧レベルに接続し、前記第２の組のドライバのうちの対応する１つが、Ｐチャネルデバイスによって前記対応する第２の導電線を高電圧レベルに接続し、
前記第２の複数のメモリセルのうちの選択された１つを読み出す際に、前記第３の組のドライバのうちの対応する１つが、Ｎチャネルデバイスによって前記対応する第３の導電線を前記低電圧レベルに接続し、前記第２の組のドライバのうちの対応する１つが、Ｐチャネルデバイスによって前記対応する第２の導電線を前記高電圧レベルに接続する、請求項１３に記載の装置。
【請求項15】
前記第１の複数のメモリセルのうちの前記選択された１つを読み出す際に、前記第２の組のドライバのうちの前記対応する１つは、前記第１の複数のメモリセルのうちの前記選択された１つを通して読み出し電流を駆動するように構成されており、前記第２の複数のメモリセルのうちの前記選択された１つを読み出す際に、前記第２の組のドライバのうちの前記対応する１つは、前記第２の複数のメモリセルのうちの前記選択された１つを通して前記読み出し電流を駆動するように構成されている、請求項１４に記載の装置。
【請求項16】
前記コントローラ回路は、前記第２の組の導電線のうちの第１の１つに接続された前記第１の複数のメモリセルのうちの選択された１つ、及び前記第２の組の導電線のうちの前記第１の１つに接続された前記第２の複数のメモリセルのうちの選択された１つを、同時に読み出すように更に構成されている、請求項１４に記載の装置。
【請求項17】
前記コントローラ回路は制御ダイ上に形成され、前記装置は、メモリセルの前記アレイを含むメモリダイであって、前記制御ダイとは別個に形成され、前記制御ダイに結合されている、メモリダイを更に備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項18】
メモリセルの前記アレイを更に備え、メモリセルの前記アレイは、基板と、
前記基板の表面に平行な第１の方向に延びる前記第１の組の導電線と、
前記第１の組の導電線の上に形成されており、前記基板の前記表面に平行な第２の方向に延びる前記第２の組の導電線と、
前記第２の組の導電線の上に形成されており、前記第１の方向に延びる前記第３の組の導電線と、
前記第１の組の導電線の対応する１つと前記第２の組の導電線の対応する１つとの間にそれぞれ接続された前記第１の複数のメモリセルであって、前記第１の複数のメモリセルの各々の前記ＭＲＡＭデバイスが、
固定磁場極性を有する基準層と、
前記基準層と直列に接続されており、プログラム可能な磁場極性を有する自由層であって、前記基準層の下に形成されている、自由層と、を含む、第１の複数のメモリセルと、
各々が前記第２の組の導電線の対応する１つと前記第３の組の導電線の対応する１つとの間に接続された第２の複数のメモリセルであって、前記第２の複数のメモリセルの各々のＭＲＡＭデバイスが、
固定磁場極性を有する基準層と、
前記基準層と直列に接続されており、プログラム可能な磁場極性を有する自由層であって、前記基準層の上に形成されている、自由層と、を含む、第２の複数のメモリセルと、を備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項19】
前記第２の組の導電線は、前記第１の組の導電線及び前記第３の組の導電線の両方よりも長い、請求項１８に記載の装置。
【請求項20】
前記第１の状態は高抵抗状態であり、前記第２の状態は低抵抗状態である、請求項１３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
メモリは、携帯電話、デジタルカメラ、個人情報端末、医療用電子機器、モバイルコンピューティングデバイス、非モバイルコンピューティングデバイス、及びデータサーバなどの様々な電子デバイスに広く使用されている。メモリは、不揮発性メモリ又は揮発性メモリを含み得る。不揮発性メモリにより、不揮発性メモリが電源（例えば、電池）に接続されていないときでも、情報を記憶及び保持することが可能になる。
【0002】
不揮発性メモリの一例として、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（magnetoresistive random access memory、ＭＲＡＭ）があり、これは、データを記憶するために電子電荷を使用するいくつかの他のメモリ技術とは対照的に、記憶されるデータを表すために磁化を使用する。一般に、ＭＲＡＭは、半導体基板上に形成された数多くの磁気メモリセルを含み、そこでは、各メモリセルが、（少なくとも）１ビットのデータを表す。データのビットは、メモリセル内の磁気素子の磁化方向を変化させることによって、メモリセルに書き込まれ、ビットは、メモリセルの抵抗を測定することによって読み出される（低抵抗は、典型的には「０」ビットを表し、高抵抗は、典型的には「１」ビットを表す）。本明細書で使用されるとき、磁化方向とは、磁気モーメントが配向する方向である。
【0003】
ＭＲＡＭは、有望な技術ではあるが、従前のＭＲＡＭメモリセル設計では、高速書き込み動作のための高ビット密度及び高耐久性を達成することは、困難である。
【図面の簡単な説明】
【0004】
同様に番号付けされた要素は、異なる図で共通の構成要素を指す。
【0005】
【図1】ホストに接続されたメモリシステムの一実施形態のブロック図である。
【0006】
【図2】フロントエンドプロセッサ回路の一実施形態のブロック図である。いくつかの実施形態では、フロントエンドプロセッサ回路は、コントローラの一部である。
【0007】
【図3】バックエンドプロセッサ回路の一実施形態のブロック図である。いくつかの実施形態では、バックエンドプロセッサ回路は、コントローラの一部である。
【0008】
【図4】メモリパッケージの一実施形態のブロック図である。
【0009】
【図5】メモリダイの一実施形態を示すブロック図である。
【0010】
【0011】
【図7A】クロスポイントアーキテクチャを形成するメモリアレイの一部分の一実施形態を斜視で示す。
【0012】
【0013】
【図7D】クロスポイントアーキテクチャを形成する２レベルメモリアレイの一部分の実施形態を斜視で示す。
【0014】
【0015】
【図9】クロスポイントアレイで実装されるＭＲＡＭメモリセル設計の実施形態をより詳細に示す。
【0016】
【図10A】スピントルクトランスファー（ＳＴＴ）機構を使用することによるＭＲＡＭメモリセルの書き込みを示す。
【図10B】スピントルクトランスファー（ＳＴＴ）機構を使用することによるＭＲＡＭメモリセルの書き込みを示す。
【0017】
【図11A】クロスポイントアーキテクチャを有するＭＲＡＭメモリアレイに閾値切替セレクタを組み込むための実施形態を示す。
【図11B】クロスポイントアーキテクチャを有するＭＲＡＭメモリアレイに閾値切替セレクタを組み込むための実施形態を示す。
【0018】
【図12】複数のメモリセルが同時にアクセスされる、クロスポイントアーキテクチャを有するメモリアレイの実施形態を示す。
【0019】
【図13】ドライバからビット線及びワード線への接点の位置を示す、クロスポイントアーキテクチャを有するメモリアレイの実施形態を示す。
【0020】
【図14】クロスポイントアレイ内の複数のメモリセルに同時にアクセスするプロセスの一実施形態のフローチャートである。
【0021】
【図15】ＳＳＲを実行することを含む、クロスポイントアレイ内の複数のメモリセルに同時にアクセスするプロセスの一実施形態を示すフローチャートである。
【0022】
【図16A】ＳＲＲ中の選択されたワード線を通して駆動されるアクセス電流に対する電流対時間を示す。
【0023】
【0024】
【図17】破壊的ＳＲＲ後にＭＲＡＭセルにデータを書き戻すためのプロセスのフローチャートを示す。
【0025】
【図18】ＭＲＡＭセルにデータを書き込む第２の段階のプロセスのフローチャートを示す。
【0026】
【図19A】選択されたワード線に提供される書き込み電流に対する書き込み電流対時間を示す。
【0027】
【0028】
【図20】全ての選択されたＭＲＡＭセルが最初にＡＰ状態又はＰ状態のうちの一方に書き込まれる、ＭＲＡＭセルを同時に書き込むプロセスのフローチャートである。
【0029】
【0030】
【図22】閾値切替セレクタがオフ状態からオン状態に切り替わるときのＭＲＡＭデバイスにわたる電圧の一例を示す。
【0031】
【図23】読み出し動作における静電容量を最小化するために、下部層内のＭＲＡＭデバイスが上部層に対して反転されている、クロスポイントメモリアーキテクチャの２つの層の実施形態を示す。
【0032】
【0033】
【発明を実施するための形態】
【0034】
クロスポイント型アーキテクチャを有するメモリアレイでは、第１の組の導電線が基板の表面を横切って延び、第２の組の導電線が第１の組の導電線の上に形成され、第１の組の導電線に垂直な方向に基板上を延びる。メモリセルは、２組の導電線のクロスポイント接合部に配置される。メモリセルの実施形態は、セレクタスイッチと直列に接続されたＭＲＡＭメモリデバイスなどのプログラム可能な抵抗素子を含むことができる。１つのタイプのセレクタスイッチは、トランジスタなどの他の切替素子に対して追加の制御線を必要とせずに、少量の面積で実装することができる、オボニック閾値スイッチ（ＯＴＳ）などの閾値切替セレクタである。電圧又は電流が特定のレベル、閾値電圧（Ｖｔｈ）又は閾値電流（Ｉｔｈ）を上回る場合、抵抗と直列のＶｈｏｌｄが閾値切替セレクタにわたって又はそれを通して印加され、閾値切替セレクタは導電状態に切り替わる。閾値切替セレクタが最初にオンになると、ＶｈｏｌｄがＶｔｈ未満となり得るため、特に（セレクタを厚くすることによって）Ｖｔｈがより高いと漏れがより少なくなるので、直列接続されたＭＲＡＭデバイスにわたって過渡電圧スパイクが配置される。また、より低いＶｈｏｌｄは、３．３Ｖなどの所与の電源のためのより利用可能な書き込み電流をもたらす。この過渡電流は、Ｉｒｅａｄ又はＩｗｒｉｔｅよりも簡単に大きくなり得、メモリセルの状態が感知され得る前にメモリセルの状態を変更してディスターブをもたらし得る。選択されたメモリビットに接続されたセル、線、並びにトランジスタ選択及びドライバの容量を低減することなどによって、過渡電圧スパイクをより迅速に消散させることによって、そのようなディスターブのリスクを低減することができ、感知動作をより早く実行することができる。
【0035】
２つ以上のメモリセル層を有するクロスポイントアーキテクチャでは、各層のＭＲＡＭデバイスは、典型的には、ＭＲＡＭデバイスの層の同じ垂直配向で形成される。ＭＲＡＭデバイスは方向性を有し、メモリセルを書き込むためにスピントランスファートルクを使用するとき、一方向に印加される電流は、ＭＲＡＭデバイスを高抵抗の逆平行状態（ＨＲＳ又はＡＰ）から低抵抗状態平行（ＬＲＳ又はＰ）に書き込むために使用され、ＭＲＡＭデバイスを低抵抗状態から高抵抗状態に書き込むために反対方向に印加される。この方向性のために、ＰからＡＰにビットを書き込むためにより長い時間より多くの電流が必要とされ得るので、メモリセルを感知するときに読み出し電流を印加するための好ましい方向もしばしば存在する。異なる層のメモリセルが同じ配向を有することにより、これらの層のうちの１つは、閾値切替セレクタが読み出し動作のためにオンになるとき、そのドライバ容量がより小さくなり得るため、過渡電圧スパイクをより迅速に放電することができる。一方の層のＭＲＡＭ構造を他方の層に対して反転させることによって、両方の層に、このスパイクをより迅速に消散させることを可能にする配向を与えることができ、それが感知される前に記憶されたデータ状態を変更する可能性を低減する。これはまた、読み出し待ち時間アクセス時間の改善をもたらし得る。
【0036】
図１は、ホスト１２０に接続されたメモリシステム１００の一実施形態のブロック図である。メモリシステム１００は、過度にドリフトしたクロスポイントメモリアレイの動作のために、本明細書に提示される技術を実装することができる。多くの異なるタイプのメモリシステムを、本明細書で提案する技術と共に使用することができる。例示的なメモリシステムは、ソリッドステートドライブ（「ＳＳＤ」）、ＤＲＡＭ置き換え用のデュアルインラインメモリ（ＤＩＭＭ）を含むメモリカード、及び埋め込みメモリデバイスを含む。しかしながら、他のタイプのメモリシステムも使用することができる。
【0037】
図１のメモリシステム１００は、コントローラ１０２と、データを記憶するための不揮発性メモリ１０４と、ローカルメモリ（例えば、ＤＲＡＭ／ＲｅＲＡＭ）１０６とを含む。コントローラ１０２は、フロントエンドプロセッサ（ＦＥＰ）回路１１０、及び１つ以上のバックエンドプロセッサ（ＢＥＰ）回路１１２を含む。一実施形態では、ＦＥＰ回路１１０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）上に実装される。一実施形態では、各ＢＥＰ回路１１２は、別個のＡＳＩＣ上に実装される。他の実施形態では、統合コントローラＡＳＩＣは、フロントエンド機能及びバックエンド機能の両方を組み合わせることができる。ＢＥＰ回路１１２及びＦＥＰ回路１１０のそれぞれのＡＳＩＣは、コントローラ１０２がシステムオンチップ（「ＳｏＣ」）として製造されるように、同じ半導体上に実装される。ＦＥＰ回路１１０及びＢＥＰ回路１１２は両方とも、自身のプロセッサを含む。一実施形態では、ＦＥＰ回路１１０及びＢＥＰ回路１１２は、ＦＥＰ回路１１０がマスターであり各ＢＥＰ回路１１２がスレーブである、マスタースレーブ構成として機能する。例えば、ＦＥＰ回路１１０は、メモリ管理（例えば、ガベージコレクション、ウェアレベリングなど）、論理アドレスから物理アドレスへのアドレス変換、ホストとの通信、ＤＲＡＭ（ローカル揮発性メモリ）の管理、及びＳＳＤ（又は他の不揮発性記憶システム）の全体動作の管理を実行する、フラッシュ変換層（ＦＴＬ）又はメディア管理層（ＭＭＬ）を実装する。ＢＥＰ回路１１２は、ＦＥＰ回路１１０の要求時にメモリパッケージ／ダイ内のメモリ動作を管理する。例えば、ＢＥＰ回路１１２は、読み出し、消去、及びプログラミングプロセスを実行することができる。更に、ＢＥＰ回路１１２は、バッファ管理、ＦＥＰ回路１１０が必要とする特定の電圧レベルの設定、エラー訂正（ＥＣＣ）、メモリパッケージへのトグルモードインターフェースの制御などを行うことができる。一実施形態では、各ＢＥＰ回路１１２は、それ自体のメモリパッケージの組を担当する。
【0038】
一実施形態では、不揮発性メモリ１０４は、複数のメモリパッケージを含む。各メモリパッケージは、１つ以上のメモリダイを含む。したがって、コントローラ１０２は、１つ以上の不揮発性メモリダイに接続される。一実施形態では、メモリパッケージ１０４内の各メモリダイは、ＮＡＮＤフラッシュメモリ（２次元ＮＡＮＤフラッシュメモリ及び／又は３次元ＮＡＮＤフラッシュメモリを含む）を利用する。他の実施形態では、メモリパッケージは、抵抗性ランダムアクセスメモリ（ＲｅＲＡＭ、ＭＲＡＭ、ＦｅＲＡＭ又はＲＲＡＭなど）又は相変化メモリ（ＰＣＭ）に基づくストレージクラスメモリ（ＳＣＭ）などの他のタイプのメモリを含むことができる。別の実施形態では、ＢＥＰ又はＦＥＰは、メモリダイ上に含まれる。
【0039】
コントローラ１０２は、例えば、ＰＣＩエクスプレス（ＰＣＩｅ）上のＮＶＭエクスプレス（ＮＶＭｅ）のようなプロトコルを実装するインターフェース１３０を介して、又は、ＤＤＲ５若しくはＬＰＤＤＲ５のようなＪＥＤＥＣ標準ダブルデータレート（ＤＤＲ）もしくは低電力ダブルデータレート（ＬＰＤＤＲ）インターフェースを使用して、ホスト１２０と通信する。メモリシステム１００と協働するために、ホスト１２０は、バス１２８に沿って接続されたホストプロセッサ１２２と、ホストメモリ１２４と、ＰＣＩｅインターフェース１２６とを含む。ホストメモリ１２４は、ホストの物理メモリであり、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、不揮発性メモリ、又は別のタイプのストレージであり得る。ホスト１２０は、メモリシステム１００の外部にあり、メモリシステム１００とは別個である。一の実施形態では、メモリシステム１００はホスト１２０内に埋め込まれる。
【0040】
図２は、ＦＥＰ回路１１０の一実施形態のブロック図である。図２は、ホスト１２０と通信するＰＣＩｅインターフェース１５０と、そのＰＣＩｅインターフェースと通信するホストプロセッサ１５２とを示す。ホストプロセッサ１５２は、実装に好適な、当該技術分野において既知の任意のタイプのプロセッサであり得る。ホストプロセッサ１５２は、ネットワークオンチップ（ＮＯＣ）１５４と通信している。ＮＯＣは、典型的にはＳｏＣ内のコア間の、集積回路上の通信サブシステムである。ＮＯＣは、同期及び非同期クロックドメインにまたがるか、又はロックされていない非同期論理を使用することができる。ＮＯＣ技術は、ネットワーキング理論及び方法をオンチップ通信に適用し、従来のバス及びクロスバー相互接続に顕著な改善をもたらす。ＮＯＣは、他の設計と比較して、ＳｏＣのスケーラビリティ及び複雑なＳｏＣの電力効率を向上させる。ＮＯＣのワイヤ及びリンクは、多くの信号によって共有される。ＮＯＣ内の全てのリンクが異なるデータパケット上で同時に動作することができるため、高レベルの並列性が達成される。したがって、統合サブシステムの複雑性が増大し続けると、ＮＯＣは、以前の通信アーキテクチャ（例えば、専用のポイントツーポイント信号ワイヤ、共有バス、又はブリッジを有するセグメント化バス）と比較して、向上した性能（スループットなど）及びスケーラビリティをもたらす。メモリプロセッサ１５６、ＳＲＡＭ１６０、及びＤＲＡＭコントローラ１６２はＮＯＣ１５４に接続され、これと通信している。ＤＲＡＭコントローラ１６２は、ＤＲＡＭ（例えば、ＤＲＡＭ１０６）を動作させこれと通信するために使用される。ＳＲＡＭ１６０は、メモリプロセッサ１５６によって使用されるローカルＲＡＭメモリである。メモリプロセッサ１５６は、ＦＥＰ回路を動作させ、様々なメモリ動作を実行するために使用される。また、ＮＯＣと通信するのは、２つのＰＣＩｅインターフェース１６４、１６６である。図２の実施形態では、ＳＳＤコントローラは、２つのＢＥＰ回路１１２を含む。したがって、２つのＰＣＩｅインターフェース１６４／１６６が存在する。各ＰＣＩｅインターフェースは、ＢＥＰ回路１１２のうちの１つと通信する。他の実施形態では、２つより多い又は少ないＢＥＰ回路１１２が存在し得る。したがって、３つ以上のＰＣＩｅインターフェースが存在し得る。
【0041】
ＦＥＰ回路１１０はまた、メモリ管理（例えば、ガベージコレクション、ウェアレベリング、負荷バランシングなど）、論理アドレスから物理アドレスへのアドレス変換、ホストとの通信、ＤＲＡＭ（ローカル揮発性メモリ）の管理、及びＳＳＤ（又は他の不揮発性記憶システム）の全体動作の管理を実行する、フラッシュ変換層（ＦＴＬ）、又はより一般的にはメディア管理層（ＭＭＬ）１５８を含むことができる。メディア管理層ＭＭＬ１５８は、メモリエラー、及びホストとのインターフェースを処理することができるメモリ管理の一部として統合することができる。具体的には、ＭＭＬは、ＦＥＰ回路１１０内のモジュールであってもよく、メモリ管理の内部を担当してもよい。具体的には、ＭＭＬ１５８は、ホストからの書き込みをダイのメモリ構造（例えば、以下の図５及び図６の５０２／６０２）への書き込みに変換するメモリデバイスファームウェア内のアルゴリズムを含むことができる。ＭＭＬ１５８は、１）メモリの耐久性が限られている場合があること、２）メモリ構造がページの倍数単位でのみ書き込むことができること、及び／又は３）メモリ構造はブロックとして消去されない限り書き込むことができないことを理由に必要とされ得る。ＭＭＬ１５８は、ホストにとって可視でない可能性がある、メモリ構造のこれらの潜在的制約を理解する。したがって、ＭＭＬ１５８は、ホストからの書き込みをメモリ構造内への書き込みに変換しようと試みる。
【0042】
図３は、ＢＥＰ回路１１２の一実施形態のブロック図である。図３は、ＦＥＰ回路１１０と通信する（例えば、図２のＰＣＩｅインターフェース１６４及び１６６のうちの１つと通信する）ためのＰＣＩｅインターフェース２００を示す。ＰＣＩｅインターフェース２００は、２つのＮＯＣ２０２及び２０４と通信している。一実施形態では、２つのＮＯＣを、１つの大きなＮＯＣに組み合わせることができる。各ＮＯＣ（２０２／２０４）は、ＸＯＲエンジン（２２４／２５４）及びＥＣＣエンジン（２２６／２５６）を介して、ＳＲＡＭ（２３０／２６０）、バッファ（２３２／２６２）、プロセッサ（２２０／２５０）、及びデータ経路コントローラ（２２２／２５２）に接続される。ＥＣＣエンジン２２６／２５６は、当該技術分野において既知のように、エラー訂正を実行するために使用される。ＸＯＲエンジン２２４／２５４は、データをＸＯＲ演算するために使用され、その結果、データは、プログラミングエラーがある場合に復元することができる方法で組み合わされ、記憶され得る。データ経路コントローラ２２２は、４つのチャネルを介してメモリパッケージと通信するためのインターフェースモジュールに接続される。したがって、上部ＮＯＣ２０２は、メモリパッケージと通信するための４つのチャネルのためのインターフェース２２８に関連付けられ、下部ＮＯＣ２０４は、メモリパッケージと通信するための４つの追加のチャネルのためのインターフェース２５８と関連付けられる。各インターフェース２２８／２５８は、４つのトグルモードインターフェース（ＴＭインターフェース）、４つのバッファ、及び４つのスケジューラを含む。チャネルのそれぞれについて、１つのスケジューラ、バッファ、及びＴＭインターフェースが存在する。プロセッサは、当該技術分野において既知の任意の標準的プロセッサであり得る。データ経路コントローラ２２２／２５２は、プロセッサ、ＦＰＧＡ、マイクロプロセッサ、又は他のタイプのコントローラであり得る。ＸＯＲエンジン２２４／２５４及びＥＣＣエンジン２２６／２５６は、ハードウェアアクセラレータとして知られる専用ハードウェア回路である。他の実施形態では、ＸＯＲエンジン２２４／２５４及びＥＣＣエンジン２２６／２５６は、ソフトウェアで実装され得る。スケジューラ、バッファ、及びＴＭインターフェースは、ハードウェア回路である。
【0043】
図４は、メモリバス（データ線及びチップイネーブル線）２９４に接続された複数のメモリダイ２９２を含むメモリパッケージ１０４の一実施形態のブロック図である。メモリバス２９４は、ＢＥＰ回路１１２のＴＭインターフェースと通信するためのトグルモードインターフェース２９６に接続する（例えば、図３を参照）。いくつかの実施形態では、メモリパッケージは、メモリバス及びＴＭインターフェースに接続された小型コントローラを含むことができる。メモリパッケージは、１つ以上のメモリダイを有することができる。一実施形態では、各メモリパッケージは、８つ又は１６個のメモリダイを含むが、他の数のメモリダイもまた実装することができる。別の実施形態では、トグルインターフェースは、その代わりに、緩和された時間の組又はより小さいページサイズなどの変動を伴うか又は伴わない、ＪＥＤＥＣ標準のＤＤＲ又はＬＰＤＤＲである。本明細書に記載の技術は、特定の数のメモリダイに限定されない。
【0044】
図５は、本明細書に記載された技術を実装することができるメモリダイ５００の一例を示すブロック図である。図４のメモリダイ２９２のうちの１つに対応することができるメモリダイ５００は、以下に記載されるメモリセルのいずれかを含むことができるメモリアレイ５０２を含む。メモリアレイ５０２のアレイ分界線は、行として編成されたワード線の様々な層、及び列として編成されたビット線の様々な層を含む。ただし、他の配向もまた、実装することができる。メモリダイ５００は、行制御回路５２０を含み、その出力５０８は、メモリアレイ５０２のそれぞれのワード線に接続されている。行制御回路５２０は、Ｍ行アドレス信号のグループ、及びシステム制御ロジック５６０からの１つ以上の様々な制御信号を受信し、典型的には、行デコーダ５２２、アレイ終端ドライバ５２４、及びブロック選択回路５２６のような回路を、読み出し動作及び書き込み動作の両方に対して含むことができる。行制御回路５２０はまた、読み出し／書き込み回路を含んでもよい。一実施形態では、行制御回路５２０は、各々がメモリアレイ５０２のワード線の状態（例えば、電圧）を感知するための回路を含むセンス増幅器５２８を有する。一実施形態では、ワード線電圧を感知することによって、クロスポイントアレイ内のメモリセルの状態が決定される。メモリダイ５００はまた、列制御回路５１０も含み、その入力／出力５０６は、メモリアレイ５０２のそれぞれのビット線に接続されている。アレイ５０２に対して単一のブロックのみが示されているが、メモリダイは、個別にアクセスすることができる複数のアレイ又は「タイル」を含むことができる。列制御回路５１０は、Ｎ列アドレス信号のグループ、及びシステム制御ロジック５６０からの１つ以上の様々な制御信号を受信し、典型的には、列デコーダ５１２、アレイ終端受信器又はドライバ５１４、ブロック選択回路５１６、並びに読み出し／書き込み回路及びＩ／Ｏマルチプレクサなどの回路を含むことができる。
【0045】
システム制御ロジック５６０は、ホストからのデータ及び命令を受信し、ホストに出力データ及びステータスを提供する。他の実施形態では、システム制御ロジック５６０は、別個のコントローラ回路からデータ及び命令を受信し、出力データをそのコントローラ回路に提供し、コントローラ回路がホストと通信する。いくつかの実施形態では、システム制御ロジック５６０は、メモリ動作のダイレベル制御を提供するステートマシン５６２を含むことができる。一実施形態では、ステートマシン５６２は、ソフトウェアによってプログラム可能である。他の実施形態では、ステートマシン５６２は、ソフトウェアを使用せず、ハードウェア（例えば電気回路）内に完全に実装される。別の実施形態では、ステートマシン５６２は、メモリチップ上又はメモリチップ外のいずれかのマイクロコントローラ又はマイクロプロセッサに置き換えられる。システム制御ロジック５６０はまた、メモリ動作中にメモリ５０２の行及び列に供給される電力及び電圧を制御する電力制御モジュール５６４を含むことができ、調整電圧を生成するためのチャージポンプ及びレギュレータ回路を含むことができる。システム制御ロジック５６０は、メモリアレイ５０２を動作させるためのパラメータを記憶するために使用され得る記憶装置５６６を含む。
【0046】
コマンド及びデータは、メモリコントローラインターフェース５６８（「通信インターフェース」とも呼ばれる）を介してコントローラ１０２とメモリダイ５００との間で転送される。メモリコントローラインターフェース５６８は、メモリコントローラ１０２と通信するための電気的インターフェースである。メモリコントローラインターフェース５６８の例としては、トグルモードインターフェース及びオープンＮＡＮＤフラッシュインターフェース（ＯＮＦＩ）が挙げられる。他のＩ／Ｏインターフェースも使用され得る。例えば、メモリコントローラインターフェース５６８は、メモリコントローラ１０２用のメモリインターフェース２２８／２５８のトグルモードインターフェースに接続するトグルモードインターフェースを実装してもよい。一実施形態では、メモリコントローラインターフェース５６８は、コントローラ１０２に接続する１組の入力ピン及び／又は出力（Ｉ／Ｏ）ピンを含む。
【0047】
いくつかの実施形態では、システム制御ロジック５６０を含むメモリダイ５００の素子の全ては、単一ダイの一部として形成され得る。他の実施形態では、システム制御ロジック５６０の一部又は全ては、異なるダイ上に形成され得る。
【0048】
本明細書の目的のために、「１つ以上の制御回路」という語句は、コントローラ、ステートマシン、マイクロコントローラ、及び／又はシステム制御ロジック５６０によって表される他の制御回路、又は不揮発性メモリを制御するために使用される他の類似の回路を含むことができる。
【0049】
一実施形態では、メモリ構造５０２は、ウェハなどの単一の基板上に複数のメモリレベルが形成される不揮発性メモリセルの３次元メモリアレイを含む。メモリ構造は、シリコン（又は他の種類の）基板上に配置された活性領域を有するメモリセルの１つ以上の物理的レベルに、モノリシックに形成される任意の種類の不揮発性メモリを含み得る。一実施例では、不揮発性メモリセルは、電荷トラップを有する垂直ＮＡＮＤストリングを含む。
【0050】
別の実施形態では、メモリ構造５０２は、不揮発性メモリセルの２次元メモリアレイを含む。一実施例では、不揮発性メモリセルは、浮遊ゲートを利用するＮＡＮＤフラッシュメモリセルである。他の種類のメモリセル（例えば、ＮＯＲ型フラッシュメモリ）も使用することができる。
【0051】
メモリ構造５０２に含まれるメモリアレイアーキテクチャ又はメモリセルの正確な種類は、上記の例に限定されない。多くの異なる種類のメモリアレイアーキテクチャ又はメモリ技術を使用して、メモリ構造３２６を形成することができる。本明細書で提案される新たに特許請求される実施形態の目的には、特定の不揮発性メモリ技術は必要とされない。メモリ構造５０２のメモリセルに適した技術の他の例として、ＲｅＲＡＭメモリ（抵抗ランダムアクセスメモリ）、磁気抵抗メモリ（例えば、ＭＲＡＭ、スピントランスファートルクＭＲＡＭ、スピン軌道トルクＭＲＡＭ）、ＦｅＲＡＭ、相変化メモリ（例えば、ＰＣＭ）などが挙げられる。メモリ構造５０２のメモリセルアーキテクチャに適した技術の例として、２次元アレイ、３次元アレイ、クロスポイントアレイ、積層型２次元アレイ、垂直ビット線アレイなどが挙げられる。
【0052】
ＲｅＲＡＭクロスポイントメモリの一例として、Ｘ線及びＹ線（例えば、ワード線及びビット線）によってアクセスされるクロスポイントアレイに配置された可逆抵抗切替素子が挙げられる。別の実施形態では、メモリセルは、導電性ブリッジメモリ素子を含み得る。導電性ブリッジメモリ素子はまた、プログラム可能なメタライゼーションセルと呼ばれ得る。導電性ブリッジメモリ素子は、固体電解質内のイオンの物理的再配置に基づく状態変化素子として使用され得る。場合によっては、導電性ブリッジメモリ素子は、２つの電極間に固体電解質薄膜を有する、２つの固体金属電極を含んでもよく、一方は、比較的不活性であり（例えば、タングステン）、他方は、電気化学的に活性である（例えば、銀又は銅）。温度が上昇すると、イオンの移動度も増加し、導電性ブリッジメモリセルのプログラミング閾値が低下する。したがって、導電性ブリッジメモリ素子は、温度に対して広範囲のプログラミング閾値を有し得る。
【0053】
別の例は、磁気記憶素子によってデータを記憶する磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）である。素子は、薄い絶縁層によって分離された、各々が磁化を保持することができる２つの強磁性層から形成される。２つの層のうちの１つは、特定の極性に設定された永久磁石である。他方の層の磁化は、メモリを記憶するために外場の磁化と一致するように変更することができる。メモリデバイスは、このようなメモリセルのグリッドから構築される。プログラミングのための一実施形態では、各メモリセルは、互いに直角に、セルに平行に、一方はセルの上に、かつ一方はセルの下に配置された１対の書き込み線の間にある。電流がそれらを通過すると、誘導磁場が生成される。ＭＲＡＭベースのメモリ実施形態について、以下でより詳細に論じる。
【0054】
相変化メモリ（Phase change memory、ＰＣＭ）は、カルコゲナイドガラスのユニークな挙動を利用する。一実施形態は、レーザパルス（又は別の光源からの光パルス）でゲルマニウム原子の配位状態を単純に変化させることによって、非熱的相変化を達成するために、ＧｅＴｅ－Ｓｂ２Ｔｅ３超格子を使用する。したがって、プログラミングの線量はレーザパルスである。メモリセルは、メモリセルが光を受光することをブロックすることによって抑制され得る。他のＰＣＭ実施形態では、メモリセルは、電流パルスによってプログラムされる。本書では「パルス」の使用には方形パルスを必要としないが、（連続的又は非連続的な）音の振動若しくはバースト、電流、電圧光、又はその他の波を含む。個々の選択可能なメモリセル内のこれらのメモリ素子，又はビットは、オボニック閾値スイッチ又は金属絶縁体基板などのセレクタである更なる直列素子を含むことができる。
【0055】
当業者であれば、本明細書に記載されるこの技術は単一の特定のメモリ構造、メモリ構築又は材料組成に限定されず、本明細書に記載され、当業者によって理解されるように、技術の趣旨及び範囲内で、多くの関連するメモリ構造をカバーすることを、理解するであろう。
【0056】
図５の素子は、メモリセルのメモリ構造５０２の構造と、他の素子の全てを含む周辺回路との２つの部分にグループ化することができる。メモリ回路の重要な特性はその容量であり、これは、メモリ構造５０２に与えられるメモリシステム５００のメモリダイの面積を増加させることによって増加させることができるが、これにより、周辺回路に利用可能なメモリダイの面積が減少する。これは、これらの周辺素子に非常に厳しい制限を課す可能性がある。例えば、利用可能な領域内にセンス増幅器回路を適合させる必要性は、センス増幅器設計アーキテクチャに対する著しい制限となり得る。システム制御ロジック５６０に関して、面積の利用可能性の減少は、オンチップで実装することができる利用可能な機能を制限する可能性がある。したがって、メモリシステム５００のためのメモリダイの設計における基本的なトレードオフは、メモリ構造５０２に費やされる面積の量及び周辺回路に費やされる面積の量である。
【0057】
メモリ構造５０２及び周辺回路がしばしば対立する別の領域は、これらの領域の形成に関与するプロセスに含まれるが、これは、これらの領域が異なるプロセス技術を含むことが多く、単一のダイに異なる技術を有することのトレードオフであるためである。例えば、メモリ構造５０２がＮＡＮＤフラッシュである場合、これはＮＭＯＳ構造であるが、周辺回路はＣＭＯＳベースであることが多い。例えば、このようなセンス増幅器回路、チャージポンプ、ステートマシン内の論理素子、及びシステム制御ロジック５６０内の他の周辺回路は、ＰＭＯＳデバイスを使用することが多い。ＣＭＯＳダイを製造するためのプロセス動作は、多くの態様において、ＮＭＯＳフラッシュＮＡＮＤメモリ又は他のメモリセル技術に関して最適化されたプロセス動作とは異なる。
【0058】
これらの制限を改善するために、以下に記載される実施形態は、図５の素子を別個に形成されたダイ上に分離することができ、その後、ダイは互いに接合される。より具体的には、メモリ構造５０２を、１つのダイ上に形成することができ、１つ以上の制御回路を含む周辺回路素子の一部又は全てを、別個のダイ上に形成することができる。例えば、メモリダイは、フラッシュＮＡＮＤメモリ、ＭＲＡＭメモリ、ＰＣＭメモリ、ＲｅＲＡＭメモリ、又は他のメモリタイプのメモリセルのアレイなどのメモリ素子のみで形成することができる。周辺回路の一部又は全部は、デコーダ及びセンス増幅器などの素子を含む場合であっても、その後、別個のダイに移され得る。これにより、メモリダイの各々をその技術に従って個別に最適化することが可能になる。例えば、ＮＡＮＤメモリダイは、ＣＭＯＳプロセスのために最適化することができる別個の周辺回路ダイ上に移されたＣＭＯＳ素子を気にすることなく、ＮＭＯＳベースのメモリアレイ構造のために最適化することができる。これにより、周辺素子のためのより多くの空間が可能になり、これで、メモリセルアレイを保持する同じダイのマージンに制限されていたならば容易に組み込むことができなかった、追加の機能を組み込むことができる。次いで、２つのダイを、接合されたマルチダイメモリ回路内で互いに接合することができ、一方のダイ上のアレイは、他方のメモリ回路上の周辺素子に接続される。以下では、１つのメモリダイ及び１つの周辺回路ダイの接合メモリ回路に焦点を当てるが、他の実施形態は、例えば２つのメモリダイ及び１つの周辺回路ダイなどのより多くのダイを使用することができる。
【0059】
図６Ａ及び図６Ｂは、メモリシステム６００用の接合ダイ対を提供するためにウェハ－ウェハ接合を使用して実装され得る、図５の構成に対する代替的な構成を示す。図６Ａは、メモリダイ６０１内に形成されたメモリ構造６０２に結合された、周辺回路又は制御ダイ６１１に形成された制御回路を含む周辺回路の例を示す。図５の５０２と同様に、メモリダイ６０１は、複数の独立してアクセス可能なアレイ又は「タイル」を含むことができる。共通の構成要素は、図５と同様にラベル付けされている（例えば、５０２はここでは６０２であり、５１０はここでは６１０であり、以下同様である）。システム制御ロジック６６０、行制御回路６２０、及び列制御回路６１０は、制御ダイ６１１内に配置されていることが分かる。いくつかの実施形態では、列制御回路６１０の全て又は一部、及び行制御回路６２０の全て又は一部は、メモリ構造ダイ６０１上に配置される。いくつかの実施形態では、システム制御ロジック６６０内の回路の一部は、メモリ構造ダイ６０１上に配置される。
【0060】
システム制御ロジック６６０、行制御回路６２０、及び列制御回路６１０は、一般的なプロセス（例えば、ＣＭＯＳプロセス）によって形成されてもよく、それにより、より典型的にはメモリコントローラ１０２上に見られるＥＣＣなどの素子及び機能を追加することは、追加のプロセスステップをほとんど又は全く必要としなくてもよい（すなわち、コントローラ１０２を製造するために使用されるのと同じプロセスステップを使用して、システム制御ロジック６６０、行制御回路６２０、及び列制御回路６１０を製造することもできる）。したがって、そのような回路をメモリダイ２９２などのダイから移動させることにより、そのようなダイを製造するのに必要なステップの数を減らすことができ、そのような回路を制御ダイ６１１などのダイに追加することは、追加のプロセスステップを必要としない場合がある。
【0061】
図６Ａは、電気経路６０６を通してメモリ構造ダイ６０１上のメモリ構造６０２に結合された制御ダイ６１１上の列制御回路６１０を示す。例えば、電気経路６０６は、列デコーダ６１２、ドライバ回路６１４、及びブロック選択部６１６とメモリ構造６０２のビット線との間の電気的接続を提供し得る。電気経路は、制御ダイ６１１内の列制御回路６１０から、メモリ構造６０２のビット線に接続されているメモリ構造ダイ６０１の対応するパッドに接合されている制御ダイ６１１上のパッドを通って延びてもよい。メモリ構造６０２の各ビット線は、列制御回路６１０に接続する１対のボンドパッドを含む電気経路６０６内に対応する電気経路を有してもよい。同様に、行デコーダ６２２、アレイドライバ６２４、ブロック選択部６２６、及びセンス増幅器６２８を含む行制御回路６２０は、電気経路６０８を通してメモリ構造６０２に結合される。電気経路６０８のそれぞれは、ワード線、ダミーワード線、又は選択ゲート線に対応してもよい。更に、制御ダイ６１１とメモリダイ６０１との間に追加の電気経路が設けられてもよい。
【0062】
本文書の目的のために、「制御回路」という語句は、コントローラ１０２、システム制御ロジック６６０、列制御回路６１０、行制御回路６２０、マイクロコントローラ、ステートマシン、及び／又は他の制御回路、又は不揮発性メモリを制御するために使用される他の類似回路のうちの１つ以上を含むことができる。制御回路は、ハードウェアのみ、又はハードウェアとソフトウェア（ファームウェアを含む）との組み合わせを含むことができる。例えば、本明細書に記載する機能を実行するためにファームウェアによってプログラムされたコントローラは、制御回路の一例である。制御回路は、プロセッサ、ＦＧＡ、ＡＳＩＣ、集積回路、又は他の種類の回路を含むことができる。
【0063】
以下の説明では、図５及び図６Ａのメモリアレイ５０２／６０２は、クロスポイントアーキテクチャの文脈で論じられる。クロスポイントアーキテクチャでは、ワード線などの第１の組の導電線又はワイヤは、下にある基板に対して第１の方向に延び、ビット線などの第２の組の導電線又はワイヤは、下にある基板に対して第２の方向に延びる。メモリセルは、ワード線とビット線との交点に配置される。これらのクロスポイントにおけるメモリセルは、上述のものを含むいくつかの技術のいずれかに従って形成することができる。以下の説明は、主に、ＭＲＡＭメモリセルを使用したクロスポイントアーキテクチャに基づく実施形態に焦点を当てる。
【0064】
図６Ｂは、接合されたダイ対の統合メモリアセンブリ６００の一実施形態の構成についてより詳細を示すブロック図である。メモリダイ６０１は、メモリセルの平面又はアレイ６０２を含む。メモリダイ６０１は、追加の平面又はアレイを有してもよい。各平面又はアレイ６０２に対して、１つの代表的なビット線（ＢＬ）及び代表的なワード線（ＷＬ）６６６が示されている。各平面又はアレイ６０２当たり数千又は数万のそのようなビット線が存在し得る。一実施形態では、アレイ又は平面は、切れ目のないワード線及び切れ目のないビット線の共通の組を共有する、接続されたメモリセルのグループを表す。
【0065】
制御ダイ６１１は、いくつかのビット線ドライバ６１４を含む。各ビット線ドライバ６１４は、１つのビット線に接続されるか、又はいくつかの実施形態では、複数のビット線に接続されてもよい。制御ダイ６１１は、いくつかのワード線ドライバ６２４（１）～６２４（ｎ）を含む。ワード線ドライバ６６０は、ワード線に電圧を提供するように構成されている。この例では、アレイ又は平面メモリセル当たり「ｎ」個のワード線が存在する。メモリ動作がプログラム又は読み出しである場合、一実施形態では、選択されたブロック内の１つのワード線がメモリ動作のために選択される。メモリ動作が消去である場合、一実施形態では、選択されたブロック内のワード線の全てが消去のために選択される。ワード線ドライバ６６０は、メモリダイ６０１内のワード線に電圧を提供する。図６Ａに関して上述したように、制御ダイ６１１はまた、ワード線ドライバ６６０及び／又はビット線ドライバ６１４のための電圧を提供するために使用され得る、図６Ｂには示されていないチャージポンプ、電圧発生器などを含み得る。
【0066】
メモリダイ６０１は、メモリダイ６０１の第１の主面６８２上に、いくつかのボンドパッド６７０ａ、６７０ｂを有する。対応する「ｎ」個のワード線ドライバ６２４（１）～６２４（ｎ）から電圧を受け取るために、「ｎ」個のボンドパッド６７０ａが存在し得る。アレイ６０２に関連付けられた各ビット線に対して１つのボンドパッド６７０ｂが存在し得る。参照番号６７０は、一般に、主面６８２上のボンドパッドを参照するために使用される。
【0067】
いくつかの実施形態では、コードワードの各データビット及び各パリティビットは、異なるボンドパッドペア６７０ｂ、６７４ｂを通して転送される。コードワードのビットは、ボンドパッドペア６７０ｂ、６７４ｂを通して並列に転送されてもよい。これは、例えば、メモリコントローラ１０２と統合メモリアセンブリ６００との間でデータを転送することに関して、非常に効率的なデータ転送を提供する。例えば、メモリコントローラ１０２と統合メモリアセンブリ６００との間のデータバスは、例えば、８ビット、１６ビット、又は恐らく３２ビットを並列に転送することができる。しかしながら、メモリコントローラ１０２と統合メモリアセンブリ６００との間のデータバスは、これらの実施例に限定されない。
【0068】
制御ダイ６１１は、制御ダイ６１１の第１の主面６８４上に、いくつかのボンドパッド６７４ａ、６７４ｂを有する。対応する「ｎ」個のワード線ドライバ６２４（１）～６２４（ｎ）からメモリダイ６０１に電圧を送達するために、「ｎ」個のボンドパッド６７４ａが存在し得る。アレイ６０２に関連付けられた各ビット線に対して１つのボンドパッド６７４ｂが存在し得る。参照番号６７４は、一般に、主面６８２上のボンドパッドを参照するために使用される。ボンドパッドペア６７０ａ／６７４ａ及びボンドパッドペア６７０ｂ／６７４ｂが存在し得ることに留意されたい。一部の実施形態では、ボンドパッド６７０及び／又は６７４は、フリップチップボンドパッドである。
【0069】
一実施形態では、ボンドパッド６７０のパターンは、ボンドパッド６７４のパターンと一致する。ボンドパッド６７０はボンドパッド６７４に接合（例えば、フリップチップ接合）される。このため、ボンドパッド６７０、６７４は、メモリダイ６０１を制御ダイ６１１に電気的及び物理的に結合する。また、ボンドパッド６７０、６７４は、メモリダイ６０１と制御ダイ６１１との間の内部信号転送を可能にする。したがって、メモリダイ６０１及び制御ダイ６１１は、ボンドパッドによって一緒に接合される。図６Ａは、１つのメモリダイ６０１に接合された１つの制御ダイ６１１を示しているが、別の実施形態では、１つの制御ダイ６１１が複数のメモリダイ６０１に接合される。
【0070】
本明細書では、「内部信号転送」は、制御ダイ６１１とメモリダイ６０１との間の信号転送を意味する。内部信号転送は、制御ダイ６１１上の回路がメモリダイ６０１内のメモリ動作を制御することを可能にする。したがって、ボンドパッド６７０、６７４は、メモリ動作信号転送のために使用され得る。本明細書では、「メモリ動作信号転送」は、メモリダイ６０１内のメモリ動作に関係する任意の信号を指す。メモリ動作信号転送は、電圧を提供すること、電流を提供すること、電圧を受け取ること、電流を受け取ること、電圧を感知すること、及び／又は電流を感知することを含み得るが、これらに限定されない。
【0071】
ボンドパッド６７０～６７４は、例えば、銅、アルミニウム、及びこれらの合金から形成されてもよい。ボンドパッド６７０～６７４と主面（６８２～６８４）との間にライナーが存在してもよい。ライナーは、例えば、チタン／窒化チタンスタックで形成されてもよい。ボンドパッド６７０～６７４及びライナーは、蒸着及び／又はめっき技術によって適用されてもよい。ボンドパッド及びライナーは合わせて７２０ｎｍの厚さを有してもよいが、更なる実施形態では、この厚さはより大きくても小さくてもよい。
【0072】
金属相互接続及び／又はビアは、ダイ内の様々な素子をボンドパッド６７０～６７４に電気的に接続するために使用され得る。金属相互接続及び／又はビアによって実装され得るいくつかの導電経路が示されている。例えば、センス増幅器は、経路６６４によってボンドパッド６７４ｂに電気的に接続され得る。図６Ａに関して、電気経路６０６は、経路６６４、ボンドパッド６７４ｂ、及びボンドパッド６７０ｂに対応し得る。数千のそのようなセンス増幅器、経路、及びボンドパッドが存在し得る。ＢＬは、ボンドパッド６７０ｂへの直接接続を必ずしも行わないことに留意されたい。ワード線ドライバ６６０は、経路６６２によってボンドパッド６７４ａに電気的に接続され得る。図６Ａに関連して、電気経路６０８は、経路６６２、ボンドパッド６７４ａ、及びボンドパッド６７０ａに対応し得る。経路６６２は、各ワード線ドライバ６２４（１）～６２４（ｎ）に対して別個の導電経路を含んでもよいことに留意されたい。同様に、各ワード線ドライバ６２４（１）～６２４（ｎ）に対して別個のボンドパッド６７４ａが存在してもよい。メモリダイ６０１のブロック２内のワード線は、経路６６４によってボンドパッド６７０ａに電気的に接続され得る。図６Ｂでは、ブロック内の対応する「ｎ」個のワード線に対して「ｎ」個の経路６６４が存在する。各経路６６４に対して、ボンドパッド６７０ａ、６７４ａの別個の対が存在し得る。
【0073】
図５を参照すると、図６Ａのオンダイ制御回路はまた、その論理素子内に追加機能を含むことができ、メモリコントローラ１０２及び一部のＣＰＵ機能で典型的に見られるものよりも一般的な能力も、アプリケーション固有の機能も含むことができる。
【0074】
以下では、システム制御ロジック５６０／６６０、列制御回路５１０／６１０、行制御回路５２０／６２０、及び／又はコントローラ１０２（又は同等に機能する回路）は、図５に示される他の回路、又は図６Ａの制御ダイ６１１及び図５の同様の素子の全て又はサブセットと組み合わせて、本明細書に記載の機能を実行する１つ以上の制御回路の一部と見なすことができる。制御回路は、ハードウェアのみ、又はハードウェアとソフトウェア（ファームウェアを含む）との組み合わせを含むことができる。例えば、本明細書に記載する機能を実行するためにファームウェアによってプログラムされたコントローラは、制御回路の一例である。制御回路は、プロセッサ、ＦＧＡ、ＡＳＩＣ、集積回路、又は他の種類の回路を含むことができる。
【0075】
以下の説明では、図５及び図６Ａのメモリアレイ５０２／６０２は、主としてクロスポイントアーキテクチャの文脈で論じられるが、説明の多くはより一般的に適用することができる。クロスポイントアーキテクチャでは、ワード線などの第１の組の導電線又はワイヤは、下にある基板に対して第１の方向に延び、ビット線などの第２の組の導電線又はワイヤは、下にある基板に対して第２の方向に延びる。メモリセルは、ワード線とビット線との交点に配置される。これらのクロスポイントにおけるメモリセルは、上述のものを含むいくつかの技術のいずれかに従って形成することができる。以下の説明は、主に、ＭＲＡＭメモリセルを使用したクロスポイントアーキテクチャに基づく実施形態に焦点を当てる。
【0076】
図７Ａは、クロスポイントアーキテクチャを形成するメモリアレイの一部分の一実施形態を斜視で示す。図７Ａのメモリアレイ５０２／６０２は、図５のメモリアレイ５０２又は図６Ａのメモリアレイ６０２の実装形態の一例であり、メモリダイは、複数のそのようなアレイ構造を含むことができる。ビット線ＢＬ１～ＢＬ５は、ダイの下にある基板（図示せず）に対して第１の方向（ページ内に延びるものとして表される）に配置され、ワード線ＷＬ１～ＷＬ５は、第１の方向に垂直な第２の方向に配置される。図７Ａは、ワード線ＷＬ１～ＷＬ５及びＢＬ１～ＢＬ５が両方とも基板に対して水平方向に延び、一方で、それらうちの２つが７０１において示されているメモリセルが、メモリセルを通る電流（Ｉｃｅｌｌにおいて示されるような）が垂直方向に延びるように配向されている水平クロスポイント構造の例である。図７Ｄに関して以下に説明するような、メモリセルの追加層を有するメモリアレイでは、ビット線及びワード線の対応する追加層が存在する。
【0077】
図７Ａに示すように、メモリアレイ５０２／６０２は、複数のメモリセル７０１を含む。メモリセル７０１は、ＲｅＲＡＭ、ＭＲＡＭ、ＰＣＭ、又はプログラム可能な抵抗を有する他の材料を使用して実装することができるような書き換え可能メモリセルを含んでもよい。以下の説明はＭＲＡＭメモリセルに焦点を当てているが、説明の大部分は、より一般的に適用することができる。第１のメモリレベルのメモリセル内の電流は、矢印Ｉｃｅｌｌによって示されるように上方に流れるものとして示されているが、電流は、以下でより詳細に説明するように、いずれの方向にも流れることができる。
【0078】
図７Ｂ及び図７Ｃは、図７Ａのクロスポイント構造の側面図及び上面図をそれぞれ示す。図７Ｂの側面図は、１つの下部ワイヤ、すなわちワード線ＷＬ１、及び上部ワイヤすなわちビット線ＢＬ１～ＢＬｎを示す。各上部ワイヤと下部ワイヤとの間のクロスポイントは、ＭＲＡＭメモリセル１２０１であるが、ＰＣＭ、ＲｅＲＡＭ、又は他の技術を使用することもできる。図７Ｃは、Ｍ本の下部ワイヤＷＬ１～ＷＬＭ及びＮ本の上部ワイヤＢＬ１～ＢＬＮのクロスポイント構造を示す上面図である。バイナリ実施形態では、各クロスポイントにおけるＭＲＡＭセルは、高及び低の少なくとも２つの抵抗状態のうちの１つにプログラムすることができる。ＭＲＡＭメモリセル設計の実施形態及びそれらのプログラミングのための技術について、以下により詳細に説明する。
【0079】
図７Ａのクロスポイントアレイは、ワード線及びビット線の１つの層を有する実施形態を示し、ＭＲＡＭ又は他のメモリセルは、２組の導電線の交差部に配置される。メモリダイの記憶密度を高めるために、そのようなメモリセル及び導電線の複数の層を形成することができる。２層の例を図７Ｄに示す。
【0080】
図７Ｄは、クロスポイントアーキテクチャを形成する２レベルメモリアレイの一部分の実施形態を斜視で示す。図７Ａと同様に、図７Ｄは、ワード線ＷＬ１、１～ＷＬ１、４及びビット線ＢＬ１～ＢＬ５の第１の層のクロスポイントで接続されたアレイ５０２／６０２のメモリセル７０１の第１の層７１８を示す。メモリセル７２０の第２の層は、ビット線ＢＬ１～ＢＬ５の上、及びこれらのビット線とワード線ＷＬ２、１～ＷＬ２、４の第２の組との間に形成される。図７Ｄは、メモリセルの２つの層７１８及び７２０を示しているが、この構造は、ワード線及びビット線の追加の交互する層を通って上方に拡張することができる。実施形態に応じて、図７Ｄのアレイのワード線及びビット線は、各層内の電流がワード線層からビット線層に、又はその逆の方向に流れるように、読み出し又はプログラム動作のためにバイアスをかけられ得る。２つの層は、所与の動作のために各層において同じ方向の電流の流れを有するように、又は反対方向の電流の流れを有するように構成することができる。
【0081】
クロスポイントアーキテクチャの使用は、設置面積の小さいアレイを可能にし、そのようなアレイのいくつかを単一のダイ上に形成することができる。各クロスポイントにおいて形成されたメモリセルは、抵抗タイプのメモリセルであってもよく、データ値は、異なる抵抗レベルとして符号化される。実施形態に応じて、メモリセルは、低抵抗状態又は高抵抗状態のいずれか一方を有するバイナリ値であってもよく、又は低抵抗状態と高抵抗状態の中間の追加の抵抗を有することができるマルチレベルセル（ＭＬＣ）であってもよい。本明細書に記載のクロスポイントアレイは、図４のメモリダイ２９２として使用することができ、ローカルメモリ１０６と置き換えるために使用することができ、又はその両方として使用することができる。抵抗タイプのメモリセルは、ＲｅＲＡＭ、ＦｅＲＡＭ、ＰＣＭ又はＭＲＡＭなど、上記の技術の多くに従って形成することができる。以下の説明は、主に、バイナリ値ＭＲＡＭメモリセルを有するクロスポイントアーキテクチャを使用するメモリアレイの文脈で提示されるが、説明の多くはより一般的に適用することができる。
【0082】
図８Ａ及び図８Ｂは、ＭＲＡＭメモリセルの構造の実施形態を示す。図８Ａでは、メモリセルの対応するワード線とビット線との間でメモリセルにわたって印加される電圧は、電圧ソースＶａｐｐ８１３として表される。メモリセルは、下部電極８０１と、この例では酸化マグネシウム（ＭｇＯ）８０５の分離層又はトンネル層によって分離された１対の磁性層（基準層８０３及び自由層８０７）と、次いでスペーサ８０９によって自由層８０７から分離された上部電極８１１とを含む。メモリセルの状態は、基準層８０３及び自由層８０７の磁化の相対的な配向に基づいており、２つの層が同じ方向に磁化されている場合、メモリセルは平行（Ｐ）低抵抗状態（ＬＲＳ）であり、２つの磁化が反対の配向を有する場合、メモリセルは逆平行（ＡＰ）高抵抗状態（ＨＲＳ）である。ＭＬＣの実施形態は、追加の中間状態を含む。基準層８０３の配向は固定され、図１５の例では上向きに配向される。基準層８０３はまた、固定層又はピンド層としても知られている。
【0083】
データは、自由層８０７を同じ配向又は反対の配向のいずれかにプログラミングすることによってＭＲＡＭメモリセルに書き込まれる。基準層８０３は、自由層８０７をプログラミングする際にその配向を維持するように形成される。基準層８０３は、合成反強磁性層及び追加の基準層を含む、より複雑な設計を有することができる。簡潔にするために、図及び説明は、これらの追加の層を省略し、セル内のトンネル磁気抵抗に主に関与する固定された磁性層にのみ焦点を当てる。
【0084】
図８Ｂの実施形態では、ＭＲＡＭセルにアクセスするために強制電流手法が使用される。強制電流手法は、ＭＲＡＭセルを読み出す、又は書き込むために使用され得る。強制電流手法では、アクセス電流（例えば、Ｉｒｅａｄ Ｉｗｒｉｔｅ）は、電流源８２３によって下部電極８０１を通して駆動される。電流源８２３は、下部電極８０１のドライバ回路の一部である。電圧（例えば、Ｖｓｅｌｅｃｔ）が上部電極８１１に提供される。本明細書では、「読み出し電流」（Ｉｒｅａｄ）及び「書き込み電流」（Ｉｗｒｉｔｅ）という用語は、ＭＲＡＭセルを通して駆動されるアクセス電流に関連して使用される。書き込み電流は、第２の導電線（例えば、ビット線）に印加される電圧と組み合わせて、ＭＲＡＭセルの状態を変更する、第１の導電線（例えば、ワード線）を通して駆動される電流である。ＭＲＡＭセルを通って一方向に流れる書き込み電流は、ＡＰ状態のＭＲＡＭセルをＡＰ状態からＰ状態に変更する。ＭＲＡＭセルを通って逆の方向に流れる書き込み電流は、Ｐ状態のＭＲＡＭセルをＰ状態からＡＰ状態に変更する。一般に、読み出し電流は、３０ｎｓ未満など、限られた時間適用される場合、ＭＲＡＭセルの状態をＰ状態からＡＰ状態に、又はＡＰ状態からＰ状態に変化させない。
【0085】
本明細書で定義されるように、アクセス電流は、正の大きさ又は負の大きさを有してもよい。所与の点において第１の導電線（例えば、ワード線）を通して駆動される正の大きさのアクセス電流は、所与の点において第１の導電線を通して駆動される負の大きさのアクセス電流と反対方向に流れる。したがって、アクセス電流は、アクセス電流が正の大きさを有するものとして定義されるか、又は負の大きさを有するものとして定義されるかに応じて、いずれかの方向にＭＲＡＭセルを流れることができる。一実施形態では、ＭＲＡＭセルは、例えば、１５マイクロアンペア（μＡ）の電流を下部電極８０１を通して駆動しながら、例えば０Ｖを上部電極８１１に印加することによって読み出される。この読み出し電流は、下部電極８０１から上部電極８１１に流れる。一実施形態では、ＭＲＡＭセルは、例えば、下部電極８０１を通して－３０μＡの書き込み電流を駆動しながら、例えば３Ｖを上部電極８１１に印加することによって、ＡＰ状態からＰ状態に書き込まれる。この書き込み電流は、上部電極８１１から下部電極８０１に流れる。一実施形態では、ＭＲＡＭセルは、例えば、下部電極８０１を通して３０μＡの電流を駆動しながら、例えば０Ｖを上部電極８１１に印加することによって、Ｐ状態からＡＰ状態に書き込まれる。この書き込み電流は、下部電極８０１から上部電極８１１に流れる。
【0086】
図９は、クロスポイントアレイで実装されるＭＲＡＭメモリセル設計の実施形態をより詳細に示す。クロスポイントアレイに配置されるとき、ＭＲＡＭメモリセルの上部及び下部電極は、アレイの隣接するワイヤの層のうちの２つ、例えば、２レベル又は２デッキアレイの上部及び下部ワイヤのうちの２つである。ここに示す実施形態では、メモリセルの下部電極はワード線（ＷＬ）９０１であり、上部電子はビット線（ＢＬ）９１１であるが、いくつかの実施形態では、メモリ素子の配向を反転させることによってこれらを反転させることができる。ワード線９０１とビット線９１１との間には、基準層９０３及び自由層９０７があり、これらもＭｇＯバリア９０５によって分離されている。図９に示される実施形態では、ＭｇＯキャップ９０８はまた自由層９０７の上部にも形成され、導電性スペーサ９０９が、ビット線９１１とＭｇＯキャップ９０８との間に形成される。基準層９０３は、別の導電性スペーサ９０２によってワード線９０１から分離されている。メモリセル構造の両側にはライナー９２１及び９２３があり、これらは同じ構造の一部であり得るが、図９の断面では分離して見える。ライナー９２１、９２３の両側には、クロスポイント構造のそうしないと空である領域を充填するために使用される充填材料９２５、９２７の一部が示されている。
【0087】
自由層設計９０７に関して、実施形態は約１～２ｎｍ程度の厚さを有するＣｏＦｅ又はＣｏＦｅＢ合金を含み、Ｉｒ層は、ＭｇＯバリア９０５に近い自由層内に散在させることができ、自由層９０７は、Ｔａ、Ｗ、又はＭｏでドープすることができる。基準層９０３の実施形態は、Ｉｒ又はＲｕスペーサ９０２と結合されたＣｏＦｅＢ及びＣｏＰｔ多層の二重層を含み得る。ＭｇＯキャップ９０８は任意選択であるが、自由層９０７の異方性を高めるために使用することができる。導電性スペーサは、とりわけ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｕ、ＣＮ、ＴｉＮ、及びＴａＮなどの導電性金属であり得る。
【0088】
ＭＲＡＭに記憶されたデータ状態を感知するために、メモリセル全体にＶａｐｐによって表される電圧が印加されて、その抵抗状態を決定する。ＭＲＡＭメモリセルを読み出すために、電圧差Ｖａｐｐをいずれかの方向に印加することができるが、ＭＲＡＭメモリセルには方向性があるので、状況によっては、一方の方向の読み出しが他方の方向よりも優先される。例えば、ＡＰ（高抵抗状態、ＨＲＳ）にビットを書き込むための最適な電流振幅は、Ｐ（低抵抗状態）に書き込むための電流振幅よりも約２０％大きくてもよいため、ＡＰ（２ＡＰ）に読み出す場合、ビットエラー率（読み出しディスターブ）の可能性は低くなる。これらの状況の一部及び結果として得られる読み出しの方向性について、以下に説明する。図１０Ａ及び１０Ｂに関して更に説明するように、バイアスの方向性は、特にＭＲＡＭメモリセルのプログラミングのためのいくつかの実施形態の一部となる。
【0089】
以下の説明は、主に、垂直なスピントランスファートルクＭＲＡＭメモリセルに関して行われ、図８及び図９の自由層８０７／９０７は、自由層の平面に垂直な、切り替え可能な磁化方向を含む。スピントランスファートルク（spin transfer torque、「ＳＴＴ」）は、磁気トンネル接合内の磁気層の配向が、スピン偏極電流を使用して変更され得る効果である。電荷キャリア（電子など）は、キャリアに固有のわずかな量の角運動量であるスピンとして知られる特性を有する。電流は、一般に、非偏極である（例えば、５０％のスピン上向き電子及び５０％のスピン下向き電子からなる）。スピン偏極電流は、どちらかのスピンの電子がより多い電流である（例えば、過半量のスピン上向き電子、又は過半量のスピン下向き電子）。電流を厚い磁気層（通常、基準層と呼ばれる）に流すことによって、スピン偏極電流が生成され得る。このスピン偏極電流が、第２の磁気層（自由層）に方向付けられた場合、角運動量は、この第２の磁気層に伝達され、第２の磁気層の磁化方向を変化させることができる。これは、スピントランスファートルクと呼ばれる。図１０Ａ及び１０Ｂは、ＭＲＡＭメモリへのプログラム又は書き込みのためのスピントランスファートルクの使用を示す。スピントランスファートルク磁気ランダムアクセスメモリ（ＳＴＴ ＭＲＡＭ）は、他のＭＲＡＭの変型例よりも消費電力が低く、スケーラビリティが良好であるという利点を有する。他のＭＲＡＭ実装と比較して、ＳＴＴ切替技術は、相対的に低い電力を必要とし、隣接するビットの乱れの問題を実質的に排除し、より高いメモリセル密度（ＭＲＡＭセルサイズの低減）のためのより良好なスケーリングを有する。後者の課題もまた、自由層磁化及び基準層磁化が、平面内ではなく、膜面に対して垂直に配向されているＳＴＴ ＭＲＡＭに有利である。
【0090】
ＳＴＴ現象が電子挙動に関してより容易に説明されるように、図１０Ａ及び１０Ｂ、並びにそれらの説明が電子電流に関して与えられ、ここで、書き込み電流の方向は、電子流の方向として定義される。したがって、図１０Ａ及び１０Ｂを参照する「書き込み電流」という用語は、電子電流を指す。電子は負に帯電しているので、電子電流は、従来定義された電流とは反対の方向になり、電子電流は、従来の電流の流れのようにより高い電圧レベルからより低い電圧レベルに流れるのではなく、より低い電圧レベルからより高い電圧レベルに流れる。
【0091】
図１０Ａ及び１０Ｂは、ＳＴＴ機構を使用することによるＭＲＡＭメモリセルの書き込みを示し、基準層及び自由層両方の磁化が垂直方向にある、ＳＴＴ切替ＭＲＡＭメモリセル１０００の一例の簡略化された概略図を示す。メモリセル１０００は、上部強磁性層１０１０、下部強磁性層１０１２、及びそれら２つの強磁性層の間の絶縁層としてのトンネルバリア（ＴＢ）１０１４を含む磁気トンネル接合（ＭＴＪ）１００２を含む。この例では、上部強磁性層１０１０は、自由層ＦＬであり、その磁化方向は、切り替え可能である。下部強磁性層１０１２は、基準（又は固定）層ＲＬであり、その磁化方向は、切り替え不可能である。自由層１０１０内の磁化が基準層ＲＬ１０１２内の磁化に対して平行である場合、メモリセル１０００の両端間抵抗は、相対的に低い。自由層ＦＬ１０１０内の磁化が基準層ＲＬ１０１２内の磁化に対して逆平行である場合、メモリセル１０００の両端間抵抗は、相対的に高い。メモリセル１０００内のデータ（「０」又は「１」）は、メモリセル１０００の抵抗を測定することによって読み出される。その際、メモリセル１０００に取り付けられた導電体１００６／１００８を利用してＭＲＡＭデータを読み出す。プロセス及び回路設計によって、平行及び逆平行の両方の構成は、静穏状態及び／又は読み出し動作中において（十分に低い読み出し電流で）安定した状態を保つ。
【0092】
基準層ＲＬ１０１２及び自由層ＦＬ１０１０の両方について、磁化方向は、垂直方向にある（すなわち、自由層によって画定された平面に対して垂直であり、基準層によって画定された平面に対して垂直である）。図１０Ａ及び図１０Ｂは、基準層ＲＬ１０１２の磁化方向を上向きとして示し、自由層ＦＬ１０１０の磁化方向を、これも平面に対して垂直である上向きと下向きとの間で切り替え可能であるものとして示している。
【0093】
一実施形態では、トンネルバリア１０１４は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）で作製されているが、他の材料もまた、使用され得る。自由層１０１０は、強磁性金属であり、その磁化方向を変化／切り替えを行う能力を所有する。Ｃｏ、Ｆｅなどの遷移金属、及びそれらの合金に基づく多層を使用して、自由層１０１０を形成することができる。一実施形態では、自由層１０１０は、コバルト、鉄、及びホウ素の合金を含む。基準層１０１２は、コバルト及び白金、並びに／又はコバルト及び鉄の合金の複数層を含む、多くの異なる種類の材料であり得る（ただし、これらに限定されない）。
【0094】
図１０Ａに描写されているように、ＭＲＡＭメモリセルビット値を「設定する」（すなわち、自由層の磁化方向を選択する）ために、電子書き込み電流１０５０が、導体１００８から導体１００６に印加される。電子の負電荷により、電子書き込み電流１０５０を生成するために、上部導体１００６は、下部導体１００８よりも高い電圧レベルに置かれる。電子書き込み電流１０５０内の電子は、基準層１０１２が強磁性金属であるため、その電子が基準層１０１２を通過するとき、スピン偏極される。スピン偏極電子がトンネルバリア１０１４両端間をトンネルするとき、角運動量保存により、結果として、自由層１０１０及び基準層１０１２の両方にスピントランスファートルクを与えることができるが、このトルクは、基準層１０１２の磁化方向に影響を及ぼすには、（設計上）不十分である。対照的に、自由層１０１０の初期磁化配向が基準層１０１２に対して逆平行（ＡＰ）である場合、このスピントランスファートルクは、基準層１０１２の磁化配向に対して平行（Ｐ）になるように、自由層１０１０内の磁化配向を切り替えるには（設計によって）十分であり、これは逆平行－平行（ＡＰ２Ｐ）書き込みと呼ばれる。次いで、平行である磁化は、このような電子書き込み電流がオフになる前後では、安定したままの状態である。
【0095】
対照的に、自由層１０１０磁化及び基準層１０１２磁化が、初期に平行である場合、自由層１０１０の磁化方向は、前述の場合とは反対方向の電子書き込み電流の印加によって、基準層１０１２に対して逆平行になるように切り替えられ得る。例えば、電子書き込み電流１０５２は、図１０Ｂに示すように、より高い電圧レベルを下部導体１００８上に配置することによって、導体１００６から導体１００８に印加される。これは、Ｐ状態の自由層１０１０をＡＰ状態に書き込み、平行－逆平行（Ｐ２ＡＰ）書き込みと呼ばれる。したがって、同じＳＴＴ物理特性によって、自由層１０１０の磁化方法は、電子書き込み電流方向（極性）の賢明な選択によって、２つの安定した配向のうちのいずれかに、確定的に設定されることができる。
【0096】
メモリセル１０００内のデータ（「０」又は「１」）は、メモリセル１０００の抵抗を測定することによって読み取られ得る。低抵抗は、典型的には「０」ビットを表し、高抵抗は、典型的には「１」ビットを表すが、入れ替わりの規則が発生することもある。読み出し電流は、導体１００８から導体１００６に、図１０Ａの１０５０について示されるように流れる（「ＡＰ２Ｐ方向」）電子読み出し電流を印加することによってメモリセルにわたって（例えば、磁気トンネル接合１００２にわたって）印加することができ、あるいは、電子読み出し電流は、導体１００６から導体１００８に、図１０Ｂの１０５２に示されるように流れる（「Ｐ２ＡＰ方向」）ように印加することができる。読み出し動作では、電子書き込み電流が高すぎると、メモリセルに記憶されたデータをディスターブし、その状態を変更する可能性がある。例えば、電子読み出し電流が図１０ＢのＰ２ＡＰ方向を使用する場合、電流又は電圧レベルの高すぎると、低抵抗Ｐ状態の任意のメモリセルを高抵抗ＡＰ状態に切り替える可能性がある。その結果、ＭＲＡＭメモリセルはいずれの方向にも読み出すことができるが、必要とされる書き込み電流がより高い場合など、様々な実施形態において、書き込み動作の方向性は一方の読み出し方向を他方よりも好ましいものとすることができ、例えば、この方向へのＰ２ＡＰの読み出しは、ＢＥＲの低減（読み出しディスターブ）をもたらし得る。
【0097】
図１０Ａ及び１０Ｂの説明は、読み出し及び書き込み電流のための電子電流の文脈であったが、以降の説明は、特に指定がない限り、従来の電流の文脈である。
【0098】
図７Ａ～図７Ｄのアレイ構造内の選択されたメモリセルを読み出すか書き込むかにかかわらず、選択されたメモリセル（ビット）に対応するビット線及びワード線は、図１０Ａ又は図１０Ｂに関して示されるように、選択されたメモリセルにわたって電圧を印加し、電子の流れを誘導するようにバイアスをかけられる。これはまた、アレイの選択されていないメモリセルにわたっても電圧を印加し、選択されていないメモリセルに電流を誘導する可能性がある。この浪費された電力消費は、高抵抗状態及び低抵抗状態の両方に対して比較的高い抵抗レベルを有するようにメモリセルを設計することによってある程度軽減することができるが、これは依然として電流及び電力消費の増加をもたらし、メモリセル及びアレイの設計に更なる設計上の制約を課す。
【0099】
この望ましくない電流漏れに対処するための１つの手法は、セレクタ素子を各ＭＲＡＭメモリセル又は他の抵抗（例えば、ＲｅＲＡＭ、ＰＣＭ）メモリセルと直列に配置することである。例えば、選択トランジスタを、図７Ａ～図７Ｄの各抵抗メモリセル素子と直列に配置することができ、それにより、素子７０１は、ここではセレクタとプログラム可能な抵抗との複合体である。しかしながら、トランジスタの使用は、選択されたメモリセルの対応するトランジスタをオンにすることができる追加の制御線の導入を必要とする。加えて、トランジスタは、多くの場合、抵抗メモリ素子と同じようにはスケーリングされないので、メモリアレイがより小さいサイズに変わるにつれて、トランジスタベースのセレクタの使用が制限要因となり得る。
【0100】
セレクタ素子への代替的な手法は、個々のメモリセル又はビットを含むための、プログラム可能な抵抗素子と直列の閾値切替セレクタ素子の使用である。閾値切替セレクタは、その閾値電圧（Ｖｔｈ）よりも低い電圧及びその閾値電流（Ｉｔｈ）よりも低い電流へとバイアスをかけられると高い抵抗を有し（オフ又は非導電状態にある）、その閾値電流及び保持電流よりも高い電流へとバイアスをかけられると低い抵抗を有する（オン又は導電状態にある）。閾値切替セレクタは、その電流が保持電流未満に低下させられるか、又は電圧が保持電圧未満に低下させられるまで、オンのままである。これが起こると、閾値切替セレクタはオフ状態に戻る。したがって、メモリセルをクロスポイントでプログラムするために、関連する閾値切替セレクタをオンにし、かつ大きさが書き込みに十分である、例えば、抵抗面積（ＲＡ）が１０Ω－μｍ２の２０ｎｍ限界寸法（ＣＤ）のＭＲＡＭに対して電流が３５μａより大きい場合に、電流の方向によって決定される結果として生じる状態でメモリセルを設定又はリセットするのに十分な電圧又は電流を印加し、そしてメモリセルを読み出すために、閾値切替セレクタを、メモリセルの抵抗状態が決定され得る前にオンにされることによって起動しなければならない。閾値切替セレクタの一例は、オボニック閾値スイッチ（ＯＴＳ）のオボニック閾値切替材料である。以下に提示される図１４に示される例としては、Ｇｅ－Ｓｅ、Ｇｅ－Ｓｅ－Ｎ、Ｇｅ－Ｓｅ－Ａｓ、Ｇｅ－Ｓｅ－Ｓｂ－Ｎ、Ｇｅ５８Ｓｅ４２、ＧｅＴｅ６、Ｓｉ－Ｔｅ、Ｚｎ－Ｔｅ、Ｃ－Ｔｅ、Ｂ－Ｔｅ、Ｇｅ－Ａｓ－Ｔｅ－Ｓｉ－Ｎ、Ｇｅ－Ａｓ－Ｓｅ－Ｔｅ－Ｓｉ及びＧｅ－Ｓｅ－Ａｓ－Ｔｅが挙げられる。
【0101】
図１１Ａ及び１１Ｂは、クロスポイントアーキテクチャを有するＭＲＡＭメモリアレイに閾値切替セレクタを組み込むための実施形態を示す。図１１Ａ及び１１Ｂの実施例は、図７Ｄに示されるような２層クロスポイントアレイにおける２つのＭＲＡＭセルを側面図で示す。図１１Ａ及び１１Ｂは、ワード線１ １１００である下部の第１の導電線、ワード線２ １１２０である上部の第１の導電線、及びビット線１１１０である中間の第２の導電線を示す。これらの図では、提示を容易にするために、これらの線の全てがページを横切って左から右に延びるように示されており、クロスポイント配列では、これらは図７Ｄの斜視図に表されるより正確に表されており、ワード線又は第１の導電線又はワイヤは、下にある基板の表面に平行な１つの方向に延び、ビット線又は第２の導電線又はワイヤは、第１の方向にほぼ直交する基板の表面に平行な第２の方向に延びる。ＭＲＡＭメモリセルはまた、基準層、自由層、及び中間トンネルバリアのみを示す単純化された形態で表されるが、実際の実装では、典型的には、図９に関して上述した追加の構造を含む。
【0102】
自由層１１０１、トンネルバリア１１０３、及び基準層１１０５を含むＭＲＡＭセル１１０２は、閾値切替セレクタ１１０９の上に形成され、ＭＲＡＭデバイス１１０２と閾値切替セレクタ１１０９とのこの直列結合は、ビット線１１１０とワード線１ １１００との間に層１セルを一緒に形成する。ＭＲＡＭデバイス１１０２と閾値切替セレクタ１１０９との直列結合は、閾値切替セレクタ１１０９がオンにされたときに、閾値切替セレクタ１１０９にわたるいくらかの電圧降下を除いて、ほぼ図１０Ａ及び１０Ｂに関して上述したように動作する。しかしながら、最初に、閾値切替セレクタ１１０９は、閾値切替セレクタ１１０９の閾値を上回る電圧又は電流を印加することによってオンにされる必要があり、次いで、バイアス電流又は電圧は、後続の読み出し又は書き込み動作中にオンのままであるように、閾値切替セレクタ１１０９の保持電流又は保持電圧を十分に上回る高さに維持する必要がある。
【0103】
第２の層では、ＭＲＡＭセル１１１２は、自由層１１１１、トンネルバリア１１１３を含み、基準層１１１５は、閾値切替セレクタ１１１９の上方に形成され、ＭＲＡＭデバイス１１１２と閾値切替セレクタ１１１９との直列結合により、ビット線１１１０とワード線２ １１２０との間に層２セルが形成される。層２セルは、層１セルについて動作するが、下部導体はビット線１１１０に対応し、上部導体はここではワード線であって、ワード線２ １１２０である。
【0104】
図１１Ａの実施形態では、閾値切替セレクタ１１０９／１１１９はＭＲＡＭデバイス１１０２／１１１２の下に形成されるが、代替実施形態では、閾値切替セレクタは、１つ又は両方の層のＭＲＡＭデバイスの上に形成され得る。図１０Ａ及び図１０Ｂに関して論じたように、ＭＲＡＭメモリセルは指向性である。図１１Ａでは、ＭＲＡＭデバイス１１０２及び１１１２は同じ配向を有し、自由層１１０１／１１１１は（図示されていない基板に対して）基準層１１０５／１１１５の上にある。同じ構造を有する導電線間に層を形成することは、特に２つの層の各々、並びにより多くの層を有する実施形態における後続の層が同じプロセスシーケンスに従って形成され得るため、プロセスに関していくつかの利点を有することができる。
【0105】
図１１Ｂは、図１１Ａと同様に配置された代替の実施形態を示しているが、層２のセルにおいて、基準層及び自由層の位置が逆になっている。より具体的には、図１１Ａのようにワード線１ １１５０とビット線１１６０との間に、層セル１は、トンネルバリア１１５３の上に形成された自由層１１５１を有するＭＲＡＭ構造１１５２を含み、トンネルバリア１１５３は基準層１１５５の上に形成され、ＭＲＡＭ構造１１５２は、閾値切替セレクタ１１５９の上に形成されている。図１１Ｂの実施形態の第２の層は、やはり、ビット線１１６０とワード線２ １１７０との間の閾値切替セレクタ１１６９の上に形成されたＭＲＡＭデバイス１１６２を有するが、図１１Ａと比較すると、ＭＲＡＭデバイス１１６２は反転されており、ＭＲＡＭデバイス１１６２を反転させた状態で、ここではトンネルバリア１１６３の上に形成された基準層１１６１と、ここではトンネルバリア１１６３の下に形成された自由層１１６５とを有する。
【0106】
図１１Ｂの実施形態は、層を形成するための異なるプロセスシーケンスを必要とするが、いくつかの実施形態では利点を有することができる。具体的には、（基準及び自由層に関して）同じ方向での書き込み又は読み出し時には、ビット線は下部層及び上部層の両方に対して同じようにバイアスをかけられ、両方のワード線が同じようにバイアスをかけられるため、ＭＲＡＭ構造の方向性は、図１１Ｂの実施形態を魅力的にすることができる。例えば、層１及び層２のメモリセルの両方がＰ２ＡＰ方向（基準層及び自由層に関して）で感知される場合、ビット線層１１６０はＰ２ＡＰ方向などへとバイアスをかけられ、ビット線１１６０は、上部セル及び下部セルの両方に対して低く（例えば、０Ｖ）バイアスをかけられ、ワード線１ １１５０及びワード線２ １１７０は両方ともより高い電圧レベルへとバイアスをかけられる。同様に、書き込みに関して、高抵抗ＡＰ状態に書き込むために、ビット線１１６０は、上部セル及び下部セルの両方に対して低く（例えば、０Ｖ）バイアスをかけられ、ワード線１ １１５０及びワード線２ １１７０は両方ともより高い電圧レベルへとバイアスをかけられ、低抵抗Ｐ状態に書き込むために、ビット線１１６０は高電圧レベルへとバイアスをかけられ、ワード線１ １１５０及びワード線２ １１７０は両方とも低電圧レベルへとバイアスをかけられる。対照的に、図１１Ａの実施形態では、下部レベルに対して上部レベルでこれらの動作のいずれかを実行するために、ビット線及びワード線はそれらのバイアスレベルを反転させる必要がある。
【0107】
ＭＲＡＭメモリセルへのデータの読み出し又は書き込みのいずれかは、メモリセルに電流を通すことを含む。閾値切替セレクタがＭＲＡＭ素子と直列に配置される実施形態では、電流がＭＲＡＭ素子を通過し得る前に、閾値切替セレクタ及びＭＲＡＭ素子の直列の組み合わせにわたって十分な電圧を印加することによって、閾値切替セレクタをオンにする必要がある。
【0108】
クロスポイントメモリアレイ内の２つ以上のビットに同時にアクセスすることは、非常に困難であり得る。クロスポイントアレイ内の複数のメモリセルに同時にアクセスするための技術が本明細書に開示される。一実施形態では、クロスポイントアレイ内の複数のメモリセルが同時に読み出される。一実施形態では、クロスポイントアレイ内の複数のメモリセルが同時に書き込まれる。
【0109】
図１２は、複数のメモリセルが同時にアクセスされる、クロスポイントアーキテクチャを有するメモリアレイ１２０２の実施形態を示す。アレイ１２０２は、１組の第１の導電線１２０６ａ～１２０６ｈ及び１組の第２の導電線１２０８ａ～１２０８ｄを有する。一実施形態では、１組の第１の導電線１２０６ａ～１２０６ｈはワード線であり、１組の第２の導電線１２０８ａ～１２０８ｂはビット線である。説明を容易にするために、１組の第１の導電線１２０６ａ～１２０６ｈはワード線と呼ばれてもよく、１組の第２の導電線１２０８ａ～１２０８ｂはビット線と呼ばれてもよい。しかしながら、１組の第１の導電線１２０６ａ～１２０６ｈはビット線であってもよく、１組の第２の導電線１２０８ａ～１２０８ｂはワード線であってもよい。
【0110】
アレイ１２０２は、いくつかのメモリセル７０１を有する。各メモリセル７０１は、第１の導電線１２０６のうちの１つと第２の導電線１２０８の対応する１つとの間に接続される。各メモリセル７０１は、閾値切替セレクタ１２０４と直列の磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）要素１２０２を有する。したがって、各メモリセル７０１はＭＲＡＭセルと呼ばれてもよい。閾値切替セレクタ１２０４は、閾値切替セレクタ１２０４の閾値を超える電圧又は電流レベルの印加に応じて導電性になるように構成されている。
【0111】
各第１の導電線１２０６は、電流ドライバ１２１０ａ～１２１０ｈのうちの１つによって駆動される。例えば、第１の導電線１２０６ａは電流ドライバ１２１０ａによって駆動され、第１の導電線１２０６ｂは電流ドライバ１２１０ｂによって駆動されるなどである。各第２の導電線１２０８は、電圧ドライバ１２１２ａ～１２１２ｄのうちの１つによって駆動される。例えば、第２の導電線１２０８ａは電圧ドライバ１２１２ａによって駆動され、第２の導電線１２０８ｂは電圧ドライバ１２１２ｂによって駆動されるなどである。電流ドライバ１２１０ｂは、選択されたワード線１２０６ｂを通してアクセス電流（Ｉａｃｃｅｓｓ）を駆動する。同様に、電流ドライバ１２１０ｇは、選択されたワード線１２０６ｂを通してＩａｃｃｅｓｓを駆動する。電流ドライバ１２１０は、電流をソースするか、又は電流をシンクするように構成されている。したがって、Ｉａｃｃｅｓｓは、選択されたワード線を通していずれかの方向に流れることができる。電流ドライバ１２１０が電流をソースするか又はシンクするかにかかわらず、本明細書では、これをワード線を通す電流の駆動と呼ぶ。一実施形態では、比較的低い電流が、選択されていないワード線（例えば、１２０６ａ、１２０６ｃ、１２０６ｄ、１２０６ｅ、１２０６ｆ、及び１２０６ｈ）を通して駆動される。本明細書では、「選択されたワード線」は、ワード線が選択されたメモリセルに接続されていることを意味する。「選択されていないワード線」は、ワード線が選択されたいずれのメモリセルにも接続されていないことを意味する。言い換えれば、選択されていないワード線に接続している全てのメモリセルは、選択されていないメモリセルである。本明細書では、「選択されたビット線」は、ビット線が少なくとも１つの選択されたメモリセルに接続されていることを意味する。「選択されていないビット線」は、ビット線が選択されたいずれのメモリセルにも接続されていないことを意味する。言い換えれば、選択されていないビット線又は選択されていないワード線に接続している全てのメモリセルは、選択されていないメモリセルである。
【0112】
メモリセルのうちの２つ、７０１ｂ、７０１ｅは、同時アクセスのために選択される。選択されたメモリセル７０１ｂは、選択されたワード線１２０６ｂ及び選択されたビット線１２０８ｂのクロスポイントにある。他のメモリセルは、アクセスのために選択されない（すなわち、選択されていないメモリセルである）。例えば、メモリセル７０１ａ、７０１ｃ、７０１ｄ、並びに参照番号で具体的にラベル付けされていないメモリセルは、アクセスのために選択されない。選択されたメモリセル７０１ｅは、選択されたワード線１２０６ｇ及び選択されたビット線１２０８のクロスポイントにある。他の全てのワード線及び他の全てのビット線は選択されていない。メモリセル７０１を選択するために、選択されたビット線（例えば、ビット線１２０８ｂ）に選択電圧（Ｖｓｅｌｅｃｔ）が提供され、選択されたワード線（例えば、ワード線１２０６ｂ、１２０６ｇ）を通してアクセス電流が駆動される。選択されていないビット線（例えば、ビット線１２０８ａ、１２０８ｃ、１２０８ｄ）には、非選択電圧（Ｖｕｎｓｅｌ）が提供される。一実施形態では、Ｖｓｅｌｅｃｔは、選択されたメモリセル内の閾値切替セレクタ１２０４がオンになるような大きさを有する。一方、Ｖｕｎｓｅｌは、選択されていないメモリセル内の閾値切替セレクタ１２０４がオンにならないような大きさを有する。
【0113】
センス増幅器（ＳＡ）１２２８ａ～１２２８ｈのうちの１つは、各ワード線に接続される。例えば、ＳＡ１２２８ａはワード線１２０６ａに接続され、ＳＡ１２２８ｂはワード線１２０６ｂに接続されるなどである。各センス増幅器は、ＳＡが接続されているワード線１２０６上の電圧を感知するように構成される。
【0114】
図１２の例では、クロスポイントアレイ内で、ビット線よりも多くのワード線が存在する。一実施形態では、クロスポイントアレイ内で、ワード線よりも多くのビット線が存在する。一実施形態では、クロスポイントアレイ内で、ビット線の数はワード線の数に等しい。図１２の例では、クロスポイントアレイ内にビット線の２倍の数のワード線があるが、異なる比率を使用することもできる。
【0115】
いくつかの実施形態では、電圧ドライバ１２１２は、戦略的な位置でそれぞれのビット線１２０８に接続する。いくつかの実施形態では、電流ドライバ１２１０は、戦略的な位置でそれぞれのワード線１２０６に接続する。図１３は、ドライバからビット線及びワード線への接点の位置を示す、クロスポイントアーキテクチャを有するメモリアレイ１２０２の実施形態を示す。図５又は６Ａのアレイ５０２／６０２に対応することができる図１３のメモリアレイ１２０２は、図１２のアレイと同じワード線１２０６ａ～１２０６ｈ及びビット線１２０８ａ～１２０８ｄを示す。ただし、メモリセル７０１は図１３に示されていない。
【0116】
各電流ドライバ１２１０ａ～１２１０ｈは、ワード線接点１３０２ａ～１３０２ｈのうちの対応する１つによってワード線１２０６のうちの１つに接続される。一実施形態では、電流ドライバは、その対応するワード線にビアによって接続する。したがって、電流ドライバは、駆動するワード線とは異なるレベルのクロスポイントアレイに存在し得る。電流ドライバ１２１０は、制御ダイ６１１上など、クロスポイントアレイの外側に配置することができる。各ワード線接点１３０２は、それぞれのワード線１２０６を第１の部分及び第２の部分に分割する位置でワード線１２０６に接続する。例えば、ワード線接点１３０２ｃは、ワード線１２０６ｃを第１の部分１３１２ａ及び第２の部分１３１２ｂに分割する位置でワード線１２０６ｃに接続する。いくつかの実施形態では、ビット線１２０８の半分は、それぞれの第１の部分のどこかでワード線１２０６と交差するように配置され、ビット線の他の半分は、それぞれの第２の部分のどこかでワード線と交差するように配置される。例えば、ビット線１２０８ａ及び１２０８ｂは、ワード線１２０６ｃの第１の部分１３１２ａと交差し、ビット線１２０８ｃ及び１２０８ｄは、ワード線１２０６ｃの第２の部分１３１２ｂと交差する。いくつかの実施形態では、ワード線接点１３０２は、それぞれのワード線１２０６の中点に配置される。したがって、いくつかの実施形態では、それぞれのワード線の第１及び第２の部分は、ほぼ同じ長さである。
【0117】
各電圧ドライバ１２１２ａ～１２１２ｄは、ビット線接点１３０４ａ～１３０４ｄのうちの対応する１つによってビット線１２０８のうちの１つに接続される。一実施形態では、電圧ドライバは、その対応するビット線にビアによって接続する。したがって、電圧ドライバは、駆動するビット線とは異なるレベルのクロスポイントアレイに存在し得る。電圧ドライバ１２１２は、制御ダイ６１１上など、クロスポイントアレイの外側に配置することができる。各ビット線接点１３０４は、それぞれのビット線１２０８を第１の部分及び第２の部分に分割する位置でビット線１２０８に接続する。例えば、ビット線接点１３０４ａは、ビット線１２０８ａを第１の部分１３１４ａ及び第２の部分１３１４ｂに分割する位置でビット線１２０８ａに接続する。いくつかの実施形態では、ワード線１２０６の半分は、それぞれの第１の部分のどこかでビット線と交差するように配置され、ワード線１２０６の他の半分は、それぞれの第２の部分のどこかでビット線と交差するように配置される。例えば、ワード線１２０６ａ～１２０６ｄは、ビット線１２０８ａの第１の部分１３１４ａと交差し、ワード線１２０６ｅ～１２０６ｈは、ビット線１２０８ａの第２の部分１３１４ｂと交差する。いくつかの実施形態では、ビット線接点１３０４は、それぞれのビット線１２０８の中点に配置される。したがって、いくつかの実施形態では、それぞれのビット線１２０８の第１及び第２の部分は、ほぼ同じ長さである。
【0118】
図１４は、クロスポイントアレイ内の複数のメモリセルに同時にアクセスするプロセス１４００の一実施形態のフローチャートである。一実施形態では、メモリセルはＭＲＡＭセルである。一実施形態では、プロセス１４００は、クロスポイントアレイ内の１つ又は複数のメモリセルを同時に読み出すために実行される。一実施形態では、プロセス１４００は、クロスポイントアレイ内の複数のメモリセルを同時に書き込むために実行される。一実施形態では、プロセス１４００は、メモリダイ５００内の制御回路によって実行される。一実施形態では、プロセス１４００は、制御ダイ６１１内の制御回路によって実行される。プロセス１４００を説明するために、図１３に示すクロスポイントアレイを参照するが、プロセス１４００は、図１３に示すアレイに限定されない。
【0119】
ステップ１４０２は、選択電圧を選択された第２の導電線１２０８に印加することを含む。図１３を参照すると、電圧ドライバ１２１２ｂによって第２の導電線１２０８ｂにＶｓｅｌｅｃｔが印加される。ステップ１４０２はまた、非選択電圧を選択されていない第２の導電線１２０８に印加することを含んでもよい。図１３を参照すると、電圧ドライバ１２１２ａによって第２の導電線１２０８ａに、及び電圧ドライバ１２１２ｃによって第２の導電線１２０８ｃに、電圧ドライバ１２１２ｄによって第２の導電線１２０８ｄに、Ｖｕｎｓｅｌが印加される。いくつかの実施形態では、第２の導電線はビット線である。
【0120】
ステップ１４０４は、各選択された第１の導電線１２０６を通して別々にアクセス電流を駆動して、各選択されたメモリセルを通してアクセス電流を別々に同時に駆動することを含む。アクセス電流は、アクセス電流が正又は負の大きさを有するものとして定義されるかどうかに応じて、第１の導電線１２０６を通っていずれかの方向に流れることができることに留意されたい。選択電圧が選択された第２の導電線に印加されている間に、メモリセルを通してアクセス電流が駆動される。図１３を参照すると、選択された第１の導電線１２０６ｂを通して電流ドライバ１２１０ｂによってＩａｃｃｅｓｓが駆動され、メモリセル７０１ｂを通してＩａｃｃｅｓｓが駆動される。ほぼ同時に、選択された第１の導電線１２０６ｇを通して電流ドライバ１２１０ｇによってＩａｃｃｅｓｓが駆動され、メモリセル７０１ｅを通してＩａｃｃｅｓｓが駆動される。したがって、Ｉａｃｃｅｓｓは、現在、クロスポイントアレイ内の複数の選択されたメモリセルを通して別々に駆動される。
【0121】
一実施形態では、ステップ１４０４におけるアクセス電流は、メモリセルを同時に読み出すために使用され、電流は、Ｉｈｏｌｄを超えるのに十分であり、例えば、ＭＲＡＭが１０Ω－μｍ２のＲＡを有する２０ｎｍのＣＤを有する場合、１５μａである。したがって、アクセス電流は、読み出し電流と呼ばれてもよい。この場合、プロセス１５００は、各メモリセルを同時に読み出すために、それぞれの選択された第１の導電線１２０６の電圧を感知することを更に含んでもよい。
【0122】
一実施形態では、ステップ１４０４におけるアクセス電流は、メモリセルを同時に書き込むために使用される。したがって、アクセス電流は、書き込み電流と呼ばれてもよい。一実施形態では、アクセス電流は、ＭＲＡＭセルをＰ状態からＡＰ状態に変更する。したがって、クロスポイントアレイ内の複数のＭＲＡＭセルは、Ｐ状態からＡＰ状態に同時にプログラムされてもよい。一実施形態では、アクセス電流は、ＭＲＡＭセルをＡＰ状態からＰ状態に変更する。したがって、クロスポイントアレイ内の複数のＭＲＡＭセルは、ＡＰ状態からＰ状態に同時にプログラムされてもよい。いくつかの実施形態では、書き込み動作は２段階動作である。一実施形態では、ＭＲＡＭの２段階の書き込み動作のうち、第１の段階は、全ての選択されたメモリセルをＡＰ状態に置く。第２の段階は、適切な又は選択されたＭＲＡＭセルを、ＡＰ状態からＰ状態に書き込む。あるいは、第１の段階はＰ状態にプログラムすることができ、第２の段階はＡＰ状態にプログラムすることができる。別の実施形態では、セルは、最初に１５μａなどの読み出し電流でＰ２ＡＰ方向に読み出され、センス増幅器に至るグローバル復号ノード上に得られた電圧を生成する（グローバルノードがビットセレクタをオンにして導電状態に維持するのに十分な読み出し電流によって駆動される、ビット線ドライブの上流で、ビット線デコーダ、ビット線、メモリセル、ワード線、ワード線デコーダを約０Ｖに駆動する。得られた電圧は、コンデンサに一時的に蓄積され、低電圧から高電圧への他の端子スイッチを有する別のコンデンサからの蓄積コンデンサ電荷に結合し、例えば蓄積された電圧を１５０ｍＶまで移動させることによって、上方に調整され得る。次に、電流Ｐ２ＡＰを、例えば３５ｕａで５０ｎｓ程度の時間などの書き込み電流まで増加させる。次に、読み出しは再び実行されるが、結果として得られる電圧は、比較器によって、以前に蓄積され、調整された電圧と比較される。電圧が十分に変化した（例えば、１５０ｍｖを超える）場合、ビットはＬＲＳ状態にあった。変化が１５０ｍｖ未満である場合、ビットはＨＲＳにあった。次に、書き込み電流の方向を反転させることによってビットをＬＲＳ状態に書き戻すことができ、又はＨＲＳ状態のままにすることができる。
【0123】
クロスポイントアレイ内のどのメモリセルが同時にアクセスされるかを選択するために、いくつかの異なる方策を使用することができる。図１３を再び参照すると、いくつかの実施形態では、選択されたメモリセルは、ビット線接点１３０４に対するそれらの位置に関して選択される。同時アクセスの一実施形態では、選択された１つのビット線及び１つ以上の選択されたワード線の対が存在する。例示を目的として、選択された１つのビット線及び１対の選択されたワード線があるいくつかの例について説明する。一実施形態では、選択されたワード線の対は、選択されたビット線のビット線接点１３０４から選択されたワード線が選択されたビット線と交差する点までの距離に基づいて選択される。一実施形態では、選択されたビット線のビット線接点１３０４から前述の交差点までの距離は、選択されたワード線の対の両方の部材に対してほぼ同じである。言い換えれば、選択されたワード線の対の２つの部材は、ビット線接点の接続点から、各部材が選択されたビット線と交差するそれぞれの点まで等距離にある。本明細書において、「等距離」は、「ほぼ同じ距離」を意味する。一実施形態では、距離の差は５パーセント未満である。例えば、図１４を参照すると、対はワード線１２０６ｂ及び１２０６ｇを含み得る。あるいは、対はワード線１２０６ｄ及び１２０６ｅを含み得る。この方策は、ビット線接点１３０４が選択されたビット線に接続する場所と、選択されたビット線がそれぞれの選択されたメモリセルに接続する場所との間にほぼ同じＩＲ降下をもたらす。この方策は、読み出しマージンを改善するのに役立ち、それによって、選択された各メモリセルの正確な感知を提供する。
【0124】
前述の距離ベースの例と同様の方策は、選択されたワード線と、ビット線接点１３０４が選択されたビット線に接続する場所との間のワード線の数に基づく。一実施形態では、１対のワード線の各部材は、ビット線接点１３０４が選択されたビット線に接続する接続点から「ｎ」個のワード線だけ離れたワード線である。例えば、ワード線１２０６ｂ及び１２０６ｇは、ビット線接点１３０４がビット線１２０８に接続する場所から３つ離れたワード線である（この例は、ワード線１２０６ｂ及び１２０６ｇを３つのワード線のうちの１つとしてカウントする）。いくつかの実施形態では、ワード線は、ビット線接点の位置に対して対称的に離隔配置されてもよく、これにより、この方策はまた、ビット線接点１３０４が選択されたビット線に接続する場所と、選択されたビット線がそれぞれの選択されたメモリセルに接続する場所との間で、ほぼ同じＩＲ降下をもたらす。したがって、この方策は、読み出しマージンを改善するのに役立ち、それによって、選択された各メモリセルの正確な感知を提供する。
【0125】
別の距離ベースの実施形態では、選択されたワード線の位置は、ビット線接点１３０４が選択されたビット線に接続する場所と、それぞれの選択されたワード線が選択されたビット線と交差する場所との間のほぼ同じ総距離を維持するために選ばれる。これは、一例として説明される。図１３を参照すると、ワード線対は、ワード線１２０６ａ及び１２０６ｅ、ワード線１２０６ｂ及び１２０６ｆ、ワード線１２０６ｃ及び１２０６ｆ、並びにワード線１２０６ｄ及び１２０６ｈであってもよい。この方策は、エラー訂正に有益であり得る。場合によっては、選択されたメモリセルの位置（及びそれゆえ、選択されたワード線の位置）は、メモリセル内に記憶されたデータの信頼性に影響を与える。一例として、ワード線１２０６ａに沿ってメモリセル内に記憶されたデータは、ワード線１２０６ｄに沿ってメモリセル内に記憶されたデータよりも信頼性が低い。同様に、ワード線１２０６ｈに沿ってメモリセル内に記憶されたデータは、ワード線１２０６ｅに沿ってメモリセル内に記憶されたデータよりも信頼性が低い。したがって、この方策は、より高い信頼性データと同時により低い信頼性データを読み出す。いくつかの実施形態では、これらのデータのビットの両方は、同じＥＣＣコードワードの一部である。代わりに、ワード線１２０６ａに沿ったメモリセル及びワード線１２０６ｂに沿ったメモリセルが同時に読み出された場合、２つのより低い信頼性ビットが一緒に読み出され、コードワードの復号が失敗する可能性が高まる。しかしながら、より低い信頼性のビットをより高い信頼性のビットと混合することにより、コードワードの復号が失敗する可能性が低くなる。したがって、この方策は、メモリセルに記憶されたコードワードの復号を改善する。
【0126】
前述の総距離ベースの例と同様の方策は、選択されたワード線の対のそれぞれの部材と、ビット線接点１３０４が選択されたビット線に接続する場所との間のワード線の総数に基づく。一実施形態では、ワード線の総数は、選択されたワード線の各対について同じである。図１３を参照すると、ワード線対がワード線１２０６ａ及び１２０６ｅ、ワード線１２０６ｂ及び１２０６ｆ、ワード線１２０６ｃ及び１２０６ｆ、並びにワード線１２０６ｄ及び１２０６ｈである場合、各々の場合に、選択されたワード線の対のそれぞれの部材と、ビット線接点１３０４が選択されたビット線に接続する場所との間には合計３つのワード線が存在する（この例は、選択されたワード線を、選択されたワード線の対のそれぞれの部材と、ビット線接点１３０４が選択されたビット線に接続する場所との「間」にあるワード線のうちの１つとしてカウントしない）。
【0127】
いくつかの実施形態では、クロスポイントアレイ内の複数のメモリセルの同時アクセスは、自己参照読み出し（ＳＲＲ）を実行することを含む。一実施形態では、ＳＲＲ読み出しは、クロスポイントアレイ内の複数のメモリセルの同時読み出しの間に使用される。一実施形態では、ＳＲＲ読み出しは、クロスポイントアレイ内の複数のメモリセルの同時書き込みの間に使用される。一実施形態では、ＳＲＲ読み出しは、複数のＭＲＡＭセルをＡＰ状態に同時に置くために使用される。
【0128】
図１５は、ＳＳＲを実行することを含む、クロスポイントアレイ内の複数のメモリセルに同時にアクセスするプロセス１５００の一実施形態を示すフローチャートである。ＳＲＲは、破壊的ＳＲＲと呼ばれてもよく、これは、ＳＲＲの間にメモリセルの元の状態が変更され得ることを意味する。一実施形態では、プロセス１５００は、クロスポイントアレイ内の複数のメモリセルを同時に読み出すために実行される。一実施形態では、プロセス１５００は、クロスポイントアレイ内の複数のメモリセルの同時書き込みの間に実行される。一実施形態では、プロセス１５００は、メモリダイ５００内の制御回路によって実行される。一実施形態では、プロセス１５００は、制御ダイ６１１内の制御回路によって実行される。
【0129】
プロセス１５００を説明するために、図１３に示すクロスポイントアレイを参照するが、プロセス１５００は、図１３に示すアレイに限定されない。プロセス１５００では、メモリセルはＭＲＡＭセルとして記載される。しかしながら、プロセス１５００は、クロスポイントアレイ内の他の種類のメモリセルと共に使用されてもよい。プロセス１５００は、図１６Ａ及び図１６Ｂを参照して説明される。図１６Ａは、選択されたワード線を通して駆動されるアクセス電流に対する電流対時間を示す。図１６Ｂは、選択されたＭＲＡＭセルにわたる電圧の電圧対時間を示す。
【0130】
ステップ１５０２は、選択されたビット線に選択電圧を印加しながら、各選択されたＭＲＡＭセルを通して第１のアクセス電流を駆動するために、各選択されたワード線を通して第１の読み出し電流を駆動することを含む。図１３を参照すると、選択された第１の導電線１２０６ｂを通して電流ドライバ１２１０ｂによってＩａｃｃｅｓｓが駆動され、メモリセル７０１ｂを通してＩａｃｃｅｓｓが駆動される。ほぼ同時に、選択された第１の導電線１２０６ｇを通して電流ドライバ１２１０ｇによってＩａｃｃｅｓｓが駆動され、メモリセル７０１ｅを通してＩａｃｃｅｓｓが駆動される。図１３を参照すると、電圧ドライバ１２１２ｂによって第２の導電線１２０８ｂにＶｓｅｌｅｃｔが印加される。一実施形態では、Ｉａｃｃｅｓｓは１５μＡであり、Ｖｓｅｌｅｃｔは０Ｖである。
【0131】
図１６Ａ及び１６Ｂは、ここで、ステップ１５０２を更に詳述するために、１つのＭＲＡＭセル７０１に関して説明される。図１６Ａを参照すると、アクセス電流は、時刻ｔ１においてＩｒｅａｄまで増加し、ｔ３までＩｒｅａｄで保持される。図１６Ｂを参照すると、メモリセル７０１にわたる電圧は、ｔ１からｔ２まで増加する。閾値切替セレクタ１２０４は、ｔ１～ｔ２の間はオフである。ｔ１とｔ２の間では、アクセス電流によってワード線電圧が上昇する。アクセス電流はまた、経路内のいかなる漏れもサポートする。いったん閾値切替セレクタ１２０４にわたる電圧が閾値切替セレクタ１２０４の閾値電圧Ｖｔｈに達すると、閾値切替セレクタはオンになり、（ｔ２で）低抵抗状態に切り替わる。したがって、閾値切替セレクタ１２０４と抵抗ＭＲＡＭ素子１２０２との直列結合にわたる電圧は、閾値切替セレクタがオフ状態にあるときに上昇する。
【0132】
閾値切替セレクタ１２０４が（ｔ２で）オン状態になると、Ｉｒｅａｄ電流は選択されたメモリセル７０１を通って流れる。アクセス電流がＩｒｅａｄで固定されて保持されると、メモリセルにわたる電圧は、ＭＲＡＭ素子１２０２の直列抵抗及び閾値切替セレクタ１２０４のオン状態抵抗に依存するレベルに低下する。バイナリ実施形態では、メモリセルは、高抵抗、ＡＰ状態、及び低抵抗、Ｐ状態を有する。高抵抗状態（ＨＲＳ）及び低抵抗状態（ＬＲＳ）に対するＩｒｅａｄ電流に応答して、直列接続されたＭＲＡＭ素子１２０２及び閾値切替セレクタ１２０４にわたる結果として得られる電圧は、それぞれ線１６１０及び１６１２として示される。ここでの説明は、閾値切替セレクタと直列に配置されているＭＲＡＭベースのメモリセルに関連しているが、この読み出し技術は、ＰＣＭ又はＲｅＲＡＭデバイスなどの他のプログラム可能な抵抗メモリセルにも同様に適用することができる。
【0133】
再び図１５に戻ると、ステップ１５０４は、各選択されたＭＲＡＭセルを通して書き込み電流を同時に駆動するために、選択されたビット線に選択電圧を印加しながら、各選択されたワード線を通して書き込み電流を駆動することを含む。図１３を参照すると、選択された第１の導電線１２０６ｂを通して電流ドライバ１２１０ｂによってＩａｃｃｅｓｓが駆動され、メモリセル７０１ｂを通してＩａｃｃｅｓｓが駆動される。ほぼ同時に、選択された第１の導電線１２０６ｇを通して電流ドライバ１２１０ｇによってＩａｃｃｅｓｓが駆動され、メモリセル７０１ｅを通してＩａｃｃｅｓｓが駆動される。図１３を参照すると、電圧ドライバ１２１２ｂによって第２の導電線１２０８ｂにＶｓｅｌｅｃｔが印加される。一実施形態では、Ｉａｃｃｅｓｓは３０μＡであり、Ｖｓｅｌｅｃｔは０Ｖである。
【0134】
図１６Ａ及び１６Ｂは、ここで、ステップ１５０４を更に詳述するために、１つのＭＲＡＭセル７０１に関して説明される。図１６Ａを参照すると、アクセス電流は、時刻ｔ３においてＩｗｒｉｔｅまで増加し、ｔ５までＩｗｒｉｔｅで保持される。図１６Ｂを参照すると、ｔ３において、ＭＲＡＭセル７０１にわたる電圧は、ｔ３で増加する。ＭＲＡＭセル７０１がＨＲＳにあった場合（線１６１０）、ＭＲＡＭセルにわたる電圧は、ｔ３において線１６２０によって示されるレベルまで上昇し、ｔ５までそこに留まる。ＨＲＳはＡＰ状態であることを想起されたい。したがって、このＭＲＡＭセルはＡＰ状態のままである。
【0135】
ＭＲＡＭセル７０１がＬＲＳにあった場合（線１６１２）、ＭＲＡＭセルにわたる電圧は、ｔ３において線１６２２によって示されるレベルまで上昇する。ＬＲＳはＰ状態であることを想起されたい。ＭＲＡＭセル７０１がＰ状態にあった場合、ＡＰ状態に切り替わる。図１６Ｂは、線１６２２がｔ４で上昇し、線１６２０と交わることを示す。これは、ＭＲＡＭセルがＰ状態（ＬＲＳ）からＡＰ状態（ＨＲＳ）に切り替わったことを表す。感知された実際の電圧はセル及びデコーダ、センス増幅器に至るいわゆるグローバル復号ノードを通り過ぎることが当業者には理解されよう。このグローバルノードに電流が印加されて、ワード線デコーダを通してメモリセルをメモリビットに駆動し、メモリビットの他方の側は、ソースが接地されたビット線デコーダドライバＮチャネルトランジスタを通して接地付近に保持される。
【0136】
再び図１５に戻ると、ステップ１５０６は、各選択されたＭＲＡＭセルを通して第２のアクセス電流を駆動するために、選択されたビット線に選択電圧を印加しながら、各選択されたワード線を通して第２の読み出し電流を駆動することを含む。一実施形態では、第２のアクセス電流は、第１のアクセス電流と同じ方向及び実質的に同じ大きさを有する。図１３を参照すると、選択された第１の導電線１２０６ｂを通して電流ドライバ１２１０ｂによってＩａｃｃｅｓｓが駆動され、メモリセル７０１ｂを通してＩａｃｃｅｓｓが駆動される。ほぼ同時に、選択された第１の導電線１２０６ｇを通して電流ドライバ１２１０ｇによってＩａｃｃｅｓｓが駆動され、メモリセル７０１ｅを通してＩａｃｃｅｓｓが駆動される。図１３を参照すると、電圧ドライバ１２１２ｂによって第２の導電線１２０８ｂにＶｓｅｌｅｃｔが印加される。一実施形態では、Ｉａｃｃｅｓｓは１５μＡであり、Ｖｓｅｌｅｃｔは０Ｖである。
【0137】
図１６Ａ及び１６Ｂは、ここで、ステップ１５０６を更に詳述するために、１つのＭＲＡＭセル７０１に関して説明される。図１６Ａを参照すると、アクセス電流は、時刻ｔ５においてＩｗｒｉｔｅからＩｒｅａｄまで減少し、ｔ６までＩｒｅａｄで保持される。図１６Ｂを参照すると、メモリセル７０１にわたる電圧は、ｔ５で１６３０で示されるレベルまで低下し、ｔ６までそのレベルで保持される。なお、線１６３０はＨＲＳレベルである。ＭＲＡＭセルの初期状態にかかわらず、ＭＲＡＭセルは、ステップ１５０４においてＨＲＳ状態（ＡＰ状態）に置かれたことも想起されたい。
【0138】
再び図１５に戻ると、ステップ１５０８は、選択されたワード線を通して第１の読み出し電流を駆動してからの各選択されたワード線上の第１の電圧と、選択されたワード線を通して第２の読み出し電流を駆動してからの各選択されたワード線上の第２の電圧との比較に基づいて、各選択されたＭＲＡＭセルの先読み状態を決定することを含む。
【0139】
図１６Ａ及び１６Ｂは、ここで、ステップ１５０８を更に詳述するために、１つのＭＲＡＭセル７０１に関して説明される。第１の読み出し電流を印加してからの選択されたワード線の第１の電圧は、ｔ２とｔ３との間の電圧になる。したがって、第１の電圧は、ＨＲＳレベル１６１０又はＬＲＳレベル１６１２のいずれかである。この第１の電圧は、ステップ１５０４において、例えば、ワード線電圧を使用してセンスキャパシタを充電することによって記憶されてもよい。第２の読み出し電流を印加してからの選択されたワード線上の第２の電圧は、ｔ５とｔ６との間の電圧になる。この第２の電圧は、典型的には、およそＨＲＳレベル１６１０である。しかしながら、第２の電圧は、ＨＲＳレベル１６１０とわずかに異なってもよい。したがって、第１の電圧を第２の電圧と比較することは、ＭＲＡＭセルがｔ２とｔ３との間でＨＲＳレベル１６１０又はＬＲＳレベル１６１２にあったかどうかを決定するために使用され得る。
【0140】
再び図１５に戻ると、ステップ１５０８の後、プロセス１５００は２つのオプションを有する。ステップ１５１０ａは、読み出しオプションである。ステップ１５１０ａは、必要に応じて、メモリセルの元の状態を書き戻すために、選択されたワード線１２０６を通して書き込み電流を駆動することを含む。ステップ１５０４が、全てのＭＲＡＭセルをＡＰ状態に置いたことを想起されたい。したがって、ステップ１５１０ａにおいて、元々Ｐ状態にあった全てのＭＲＡＭセルがＰ状態に書き戻される。元々ＡＰ状態にあった全てのＭＲＡＭセルは、ステップ１５１０ａにおいてＡＰ状態のままである。
【0141】
ステップ１５１０ｂは、書き込みオプションである。ステップ１５１０ｂは、必要に応じて、メモリセルの新しい状態を書き込むために、選択されたワード線１２０６を通して書き込み電流を駆動することを含む。上述のように、ステップ１５０４は、全てのＭＲＡＭセルをＡＰ状態に置いた。したがって、Ｐ状態に書き込まれる全てのＭＲＡＭセルは、その元の状態にかかわらず、ステップ１５１０ｂにおいてＰ状態に書き込まれる。ＡＰ状態に書き込まれる全てのＭＲＡＭセルは、ステップ１５１０ｂにおいてＡＰ状態のままである。
【0142】
図１７は、破壊的ＳＲＲ後にＭＲＡＭセルにデータを書き戻すためのプロセス１７００のフローチャートを示す。プロセス１７００は、ステップ１５１０ａの一実施形態の更なる詳細を提供する。ステップ１７０２は、ＭＲＡＭセルから読み出されたデータに対してＥＣＣを実行することを含む。プロセス１５００は、単一のクロスポイントアレイからコードワードの複数ビットを同時に読み出すことができる。場合によっては、コードワードの他のビットは、他のクロスポイントアレイに記憶される。一実施形態では、メモリダイ５００又は制御ダイ６１１のいずれかのシステム制御ロジック５６０／６６０は、コードワードの全てのビットを得るために、複数のクロスポイントアレイを読み出す。一実施形態では、システム制御ロジック５６０／６６０は、コードワードのビットを、コードワードを復号するメモリコントローラ１０２に送信する。いくつかの実施形態では、制御ダイ６１１はコードワードを復号する。復号が実行される場所にかかわらず、データ内の任意のエラーが訂正される。
【0143】
ステップ１７０４は、破壊的ＳＲＲの前にＰ状態にあったＭＲＡＭセルの組を識別することを含む。一実施形態では、ステップ１７０４は、メモリダイ５００又は制御ダイ６１１のいずれかのシステム制御ロジック５６０／６６０によって実行される。この識別は、プロセス１５００のステップ１５０８の結果に基づいて行われてもよい。
【0144】
ステップ１７０６は、選択されたビット線に選択電圧を印加することを含む。ステップ１７０８は、識別されたＭＲＡＭセルの組に接続されたワード線を通して書き込み電流を駆動することを含む。一実施形態では、Ｉａｃｃｅｓｓは－３０μＡであり、Ｖｓｅｌｅｃｔは０Ｖである。ステップ１７０８では、電流は、プロセス１５００のステップ１５０４で流れた電流とは反対方向にＭＲＡＭセルを流れる。したがって、ステップ１５０４を使用してＭＲＡＭセルをＡＰ状態に置いたが、ステップ１７０８を使用してＭＲＡＭセルをＰ状態に置く。
【0145】
図１８は、ＭＲＡＭセルにデータを書き込む第２の段階のプロセス１８００のフローチャートを示す。プロセス１８００は、ステップ１５１０ｂの一実施形態の更なる詳細を提供する。ステップ１８０２は、破壊的ＳＲＲの後に、Ｐ状態にプログラミングされるＭＲＡＭセルの組を識別することを含む。一実施形態では、ステップ１８０２は、メモリダイ５００又は制御ダイ６１１のいずれかのシステム制御ロジック５６０／６６０によって実行される。この識別は、メモリコントローラ１０２によってシステム制御ロジック５６０／６６０に送信されるデータに基づいて行われてもよい。例えば、システム制御ロジック５６０／６６０は、「０」を記憶するＭＲＡＭセルがＡＰ状態にプログラミングされ、「１」を記憶するメモリセルがＰ状態にプログラミングされると決定することができる。
【0146】
ステップ１８０４は、選択されたビット線に選択電圧を印加することを含む。ステップ１８０６は、識別されたＭＲＡＭセルの組に接続されたワード線を通して書き込み電流を駆動することを含む。一実施形態では、Ｉａｃｃｅｓｓは－３０μＡであり、Ｖｓｅｌｅｃｔは０Ｖである。ステップ１８０６では、電流は、プロセス１５００のステップ１５０４で流れた電流とは反対方向にＭＲＡＭセルを流れる。したがって、ステップ１５０４を使用してＭＲＡＭセルをＡＰ状態に置いたが、ステップ１８０６を使用してＭＲＡＭセルをＰ状態に置く。
【0147】
図１９Ａ及び１９Ｂは、ＭＲＡＭセルの書き込み中に使用されるタイミング図を示す。タイミング図は、プロセス１７００又は１８００のいずれにも適用することができる。図１９Ａは、選択されたワード線を通して駆動される電流に対する電流対時間を示す。図１９Ｂは、ＭＲＡＭセルにわたる電圧を時間に対して示す。タイミング図は、図１６Ａ及び図１６Ｂのものと同様であり、いくつかの実施形態では、ＳＲＲのタイミング図に続くタイミングを表す。したがって、図１９Ａ及び１９Ｂでは、ＭＲＡＭセルは時刻ｔ１でＡＰ状態にあると仮定されている。時刻ｔ１において、選択されたワード線に提供される電流は、０ＡからＩｗｒｉｔｅレベルまで低下する。図１９Ａでは、Ｉｗｒｉｔｅは負の値として表される。例えば、図１６ＡではＩｗｒｉｔｅは３０μＡであってもよいが、図１９ＡではＩｗｒｉｔｅは－３０μＡであってもよい。アクセス電流は、ｔ１からｔ５までＩｗｒｉｔｅに保持される。本明細書で定義されるように、この負の大きさのアクセス電流は、選択されたワード線１２０６から電流ドライバ１２１０に流れることができることに留意されたい。言い換えれば、図１９Ａの例では、電流ドライバ１２１０はアクセス電流をシンクする。本明細書で定義されるように、これはワード線を通して負電流を駆動する例である。
【0148】
図１９Ｂを参照すると、ｔ１とｔ３の間で、ＭＲＡＭにわたる電圧は、０ＶからＶｓｓまで低下する。閾値切替セレクタ１２０４は、ｔ１～ｔ２の間はオフである。いったん閾値切替セレクタ１２０４にわたる電圧が閾値切替セレクタ１２０４の閾値電圧Ｖｔｈに達すると、閾値切替セレクタはオンになり、（ｔ２で）低抵抗状態に切り替わる。閾値切替セレクタ１２０４がオンになった後、ＭＲＡＭセルにわたる電圧は引き続き減少し得る。時刻ｔ３まで、ＭＲＡＭセル全体にわたる電圧は、定常状態値（Ｖｓｓ）にある。また、時刻ｔ２の後、全てのＩｗｒｉｔｅはＭＲＡＭセルを通過する。時刻ｔ４において、ＭＲＡＭセルはＡＰ状態からＰ状態に切り替えられる。Ｐ状態はＡＰ状態よりも低い抵抗状態であるため、ＭＲＡＭセルにわたる電圧の絶対的な大きさはｔ４で低下する。言い換えれば、ＭＲＡＭセルにわたる電圧は、ｔ４で０Ｖに近づく。
【0149】
一実施形態では、最初にクロスポイントアレイ内の全ての選択されたＭＲＡＭセルをＡＰ状態に同時に書き込むことによって、クロスポイントアレイ内のＭＲＡＭセルが同時に書き込まれる。次いで、選択されたＭＲＡＭセルの組は、ＡＰ状態からＰ状態に同時に書き込まれる。この技法は、最初にクロスポイントアレイ内の全ての選択されたＭＲＡＭセルをＰ状態に同時に書き込むように修正することができる。次いで、選択されたＭＲＡＭセルの組は、Ｐ状態からＡＰ状態に同時に書き込まれる。
【0150】
図２０は、全ての選択されたＭＲＡＭセルが最初にＡＰ状態又はＰ状態のうちの一方に書き込まれる、ＭＲＡＭセルを同時に書き込むプロセス２０００のフローチャートである。一実施形態では、プロセス２０００は、メモリダイ５００内の制御回路によって実行される。一実施形態では、プロセス２０００は、制御ダイ６１１内の制御回路によって実行される。
【0151】
ステップ２００２は、不揮発性記憶装置に記憶されるデータを通信インターフェース５６８／６６８で受信することを含む。一実施形態では、メモリダイ５００は、メモリコントローラ１０２からデータを受信する。一実施形態では、制御ダイ６１１は、メモリコントローラ１０２からデータを受信する。
【0152】
ステップ２００４は、データを記憶するために、第１のビット値を記憶するためのクロスポイントアレイ内のＭＲＡＭセル７０１の第１の組を識別することと、第２のビット値を記憶するためのクロスポイントアレイ内のＭＲＡＭセル７０１の第２の組を識別することとを含む。ＭＲＡＭセル７０１の第１の組及びＭＲＡＭセルの第２の組７０１は、クロスポイントアレイ内の全ての選択されたＭＲＡＭセル７０１を表す。一実施形態では、第１のビット値は「１」であり、第２のビット値は「０」である。一実施形態では、第１のビット値はＡＰ状態によって表され、第２のビット値はＰ状態によって表される。したがって、「１」はＡＰ状態によって表されてもよく、「０」はＰ状態によって表されてもよいが、この対応関係は逆にすることができる。
【0153】
ステップ２００６は、第１及び第２の組内の全てのＭＲＡＭセル７０１を、ＡＰ状態又はＰ状態の一方に置くことを含む。したがって、クロスポイントアレイ内の全ての選択されたＭＲＡＭセル７０１が、ＡＰ状態又はＰ状態のいずれかに置かれる。これは、クロスポイントアレイ内の全ての選択されたＭＲＡＭセル７０１がＡＰ状態に置かれるか、あるいは、クロスポイントアレイ内の全ての選択されたＭＲＡＭセル７０１が、Ｐ状態に置かれることを意味する。一実施形態では、ステップ２００６は、ＳＲＲの少なくとも一部を実行することを含む。例えば、ステップ２００６は、プロセス１５００の少なくともステップ１５０２～１５０４を実行することを含み得る。一実施形態では、ステップ１５０２～１５０６が実行される。一実施形態では、ステップ１５０２～１５０８が実行される。
【0154】
ステップ２００８は、ＭＲＡＭセルの第２の組をＡＰ状態又はＰ状態の一方に残したまま、ＭＲＡＭセルの第１の組をＡＰ状態又はＰ状態の他方に同時に置くことを含む。一実施形態では、ＭＲＡＭセルの第１の組は２つ以上のセルを有し、ＭＲＡＭセルの第２の組は０個以上のセルを有する。一実施形態では、ＭＲＡＭセルの第１の組は０個以上のセルを有し、ＭＲＡＭセルの第２の組は２つ以上のセルを有する。一実施形態では、ＭＲＡＭセルの第１の組は１つ以上のセルを有し、ＭＲＡＭセルの第２の組は１つ以上のセルを有する。
【0155】
以下の２つの実施例は、ステップ２００６～２００８で拡張するために使用される。一例として、ステップ２００６で、クロスポイントアレイ内のＭＲＡＭセル７０１の第１の組及び第２の組の両方が、ＡＰ状態に置かれる。第１の例のステップ２００８では、ＭＲＡＭセルの第１の組はＡＰ状態からＰ状態に書き込まれ、一方、ＭＲＡＭセルの第２の組はＡＰ状態のままである。第２の例として、ステップ２００６で、クロスポイントアレイ内のＭＲＡＭセル７０１の第１の組及び第２の組の両方が、Ｐ状態に置かれる。第２の例のステップ２００８では、ＭＲＡＭセルの第１の組はＰ状態からＡＰ状態に書き込まれ、一方、ＭＲＡＭセルの第２の組はＰ状態のままである。
【0156】
上述のように、ＭＲＡＭメモリセルへのデータの読み出し又は書き込みのいずれかは、メモリセルに電流を通すことを含む。閾値切替セレクタがＭＲＡＭデバイスと直列に配置される実施形態では、電流がＭＲＡＭデバイスを通過し得る前に、閾値切替セレクタ及びＭＲＡＭデバイスの直列結合にわたって十分な電圧を印加することによって、閾値切替セレクタをオンにする必要がある。図２１Ａ、図２１Ｂ、及び図２２は、読み出し動作の文脈において、閾値切替セレクタのこのアクティブ化をより詳細に考察する。
【0157】
図２１Ａ及び２１Ｂは、読み出し動作における図１１Ａ及び１１Ｂの層１セルの電流及び電圧のそれぞれの波形の組の実施形態であり、図２１Ａ及び図２１Ｂの時間軸は、整列され、同じスケールである。図１６Ａ及び図１６Ｂと比較して、図２１Ａ及び図２１Ｂは、時刻ｔ３までの間隔を考慮する。読み出し動作のための本実施形態では、読み出しはＰ２ＡＰ方向に実行され、ワード線１ １１００／１１５０は高くバイアスをかけられ、ビット線１１１０／１１６０は低く（例えば、０Ｖ）設定され、それによって、（従来の）電流は、自由層１１０１／１１５１を通過する前に基準層１１０５／１１５５を通過して上方に流れる。（従来の電流とは対照的に、電子電流に関しては、電子流は、図１０Ｂに示す通りである。）
【0158】
図２１Ａ及び２１Ｂの実施形態では、強制電流手法が使用され、メモリは、線用のドライバ回路内の電流源からの読み出し電流Ｉｒｅａｄで基準層側から駆動される。実線２１０１によって図２１Ａに示されるように、電流はＩｒｅａｄ値まで上昇し、電流読み出し動作の持続時間にわたってそこに保持される。この電流は、図１１Ａ及び図１１Ｂの層１メモリセルのワード線１ １１００／１１５０などの選択されたメモリセルに電流を供給する線を移動させ、また経路内の漏れも支持する。図２１Ｂの２１５１に示すように、閾値切替セレクタと抵抗ＭＲＡＭ素子との並列結合にわたる電流は、閾値切替セレクタがオフ状態にあるときに上昇する。２１５３で、閾値切替セレクタにわたる電圧が閾値切替セレクタの閾値電圧Ｖｔｈに達すると、閾値切替セレクタはオンになり、低抵抗状態に切り替わる。
【0159】
いったん閾値切替セレクタがオン状態になると、Ｉｒｅａｄ電流は選択されたメモリセルを通って流れる。これは、図２１Ａの破線２１０３によって示されており、閾値切替セレクタが２１５３でオンに切り替わるときに０からＩｒｅａｄにジャンプして、メモリセルを通る電流をリセットする。電流レベルがＩｒｅａｄで固定されて保持されると、メモリセルにわたる電圧は、ＭＲＡＭデバイスの直列抵抗及び閾値切替セレクタのオン状態抵抗に依存するレベルに低下する。バイナリ実施形態では、メモリセルは、高抵抗逆平行状態及び低抵抗平行状態を有する。高抵抗状態（ＨＲＳ）及び低抵抗状態（ＬＲＳ）に対するＩｒｅａｄ電流に応答して、直列接続されたＭＲＡＭデバイス及び閾値切替セレクタにわたる電圧として結果的に得られる電圧は、それぞれ２１５５及び２１５３として示される。次いで、得られた電圧差をセンス増幅器によって測定して、メモリセルに記憶されたデータ状態を決定することができる。ここでの説明は、閾値切替セレクタと直列に配置されているＭＲＡＭベースのメモリセルに関連しているが、この読み出し技術は、ＰＣＭ又はＲｅＲＡＭデバイスなどの他のプログラム可能な抵抗メモリセルにも同様に適用することができる。
【0160】
図２１Ｂは、２１５３でＶｔｈに達するまで２１５１で上昇させ、次いで、２１５５における高抵抗状態レベル又は２１５３における低抵抗状態のいずれかに低下させるのに印加される電圧を示す。実際のデバイスでは、抵抗及び静電容量により、２１５３における電圧スパイクが２１５５又は２１５３のいずれかに低下するにつれていくらかの遅延が生じる。これは、低抵抗状態の例についての図２２によって示される。
【0161】
図２２は、閾値切替セレクタがオフ状態からオン状態に切り替わるときのＭＲＡＭデバイスにわたる電圧の一例を示す。図２１Ｂと比較して、図２２は、ＭＲＡＭデバイスのみにわたる電圧ＶＭＲＡＭを示し、図２１Ｂは、閾値切替セレクタとＭＲＡＭデバイスとの直列結合にわたる電圧を表す。最初に、閾値切替セレクタがオンになる前に、印加電圧がＶｔｈ電圧まで上昇すると、ＭＲＡＭデバイスにわたる電圧はゼロになる。いったん閾値切替セレクタがオンになると、電流がＭＲＡＭデバイスを通って流れ始め、ＭＲＡＭデバイスにわたる電圧はＶｔｈから閾値切替セレクタにわたって降下する電圧Ｖｈｏｌｄを差し引いたレベルにスパイクする。したがって、ＶＭＲＡＭは、０ＶからΔＶすなわち（Ｖｔｈ－Ｖｈｏｌｄ）までジャンプし、その後、印加されたＩｒｅａｄ、例えばＩｒｅａｄ×ＲＭＲＡＭに応答して、抵抗状態にあるＭＲＡＭデバイスにわたる電圧降下まで減衰する。２５ＫΩのＬＲＳ及び１５ｕａの読み出し電流の場合、ＭＲＡＭデバイスにわたる電圧ＶＭＲＡＭは、３７５ｍＶである。一方、５０ＫΩのＨＲＳでは、Ｖｍｒａｍは７５０ｍＶである（電圧をクランプ電圧に制限するコンプライアンスＶに達しない限り）。３７５ｍＶの差は、記憶されたレベルを１５０ｍＶなどの閾値量だけ調整することによって感知することができる。
【0162】
ＶＭＲＡＭ電圧が漸近的ＶＭＲＡＭレベル付近まで低下する速度は、（Ｖｔｈ－Ｖｈｏｌｄ）とＶＭＲＡＭとの間の差である「スナップバック電圧」ΔＶによるスパイクの大きさと、メモリセル及びそれらの間に接続されている線のＲ－Ｃ特性に依存する、電荷がデバイスから流出することができる速度とに依存する。この挙動は、メモリセルの動作に関するいくつかの実際的な結果をもたらす。
【0163】
第１の結果は、図２２に示すように、低抵抗状態及び高抵抗状態の両方が減衰することであり、図２２は低抵抗状態を示す。高抵抗状態は、同様の挙動を示すが、より高い漸近状態を有する。これら２つの状態を区別するために、十分なマージンで分離する必要があり、そのため、２つの状態が明確に区別可能な電圧レベルを有するために十分な時間が経過するまで感知動作を実行することができない。
【0164】
別の結果として、過剰な電流スパイクは、メモリセル内に記憶されたデータをディスターブする可能性がある。図１０Ａ及び図１０Ｂに関して説明したように、ＭＲＡＭメモリの状態は、メモリセルに電流を流すことによって変更することができ、その結果、メモリセルにわたる電圧及び／又はメモリセルを通る電流が十分に長い間十分に高い場合、これは、電流の方向に応じて、図１０Ｂに示すように、平行状態を逆平行状態（Ｐ２ＡＰ書き込み）に変更し、又は図１０Ａに示すように、逆平行状態を平行状態（ＡＰ２Ｐ書き込み）に変更する。例えば、図２１Ａ及び図２１Ｂの読み出しプロセスは、Ｐ２ＡＰ方向で実行されるものとして説明されており、それにより、図２２の波形によるディスターブが、記憶されたデータ状態を決定することができる前に、低抵抗状態メモリセルを高抵抗状態に切り替えることができる。
【0165】
上述のように、閾値切替セレクタは、メモリセルへのアクセスを制御する。具体的には、電圧又は電流をメモリセルに印加してその抵抗状態を読み出し又は変更するために、対応するセレクタは、最初に、十分に高い電圧、例えば、動作閾値電圧Ｖｔｈよりも高い大きさの電圧を印加することによって導電状態に切り替えられなければならない。セレクタが非導電状態にあるとき、例えば、セレクタの両端電圧が動作閾値電圧よりも低い大きさのとき、ＭＲＡＭ電圧は［ＲＭＲＡＭ／（ＲＭＲＡＭ＋Ｒｓｅｌｅｃｔｏｒ）］×Ｖａｐｐｌｉｅｄ＝ＶＭＲＡＭの比であるため、メモリセルは分離され、その既存の抵抗状態を維持する。非導電性Ｒｓｅｌｅｃｔｏｒ（例えば１ＭΩより大きい）がＲＭＲＡＭ（例えば１００Ω未満）よりもはるかに大きい場合、ＶＭＲＡＭは、セレクタがオンになり、その抵抗が例えば１ＫΩに低下するまで十分に低い。
【0166】
その結果、ＭＲＡＭメモリセルのデータコンテンツを読み出すための選択は、対応する閾値切替セレクタをオンにすることを含み、これは、ＶｔｈからＶｈｏｌｄへのΔＶのスナップバックを有する。この過渡現象は、例えばＯＴＳターンオンが１ナノ秒未満であるために高速に誘発され、Ｖｓｅｌｅｃｔｏｒの差は、ＭＲＡＭデバイスにわたって印加され、閾値切替セレクタ及びＭＲＡＭの内部抵抗、並びにアレイノード（例えば、ワイヤ間容量、及びトランジスタ及びドライバ内の他の素子の容量）、並びにこれらの容量性素子に対する直列抵抗によって決定される時間で減衰する。この過渡現象は、メモリセルに記憶されたデータ状態のディスターブをもたらす可能性があり、過渡現象が十分に収まるまでメモリセルを感知することができないため、この過剰電圧のブリードオフをより迅速にできるほど、読み出しディスターブの量は少なくなり、より迅速に読み出し動作を完了することができる。
【0167】
図７Ｄに示すような多層クロスポイントアレイ構造において、上部層７２０内のＭＲＡＭデバイスの配向が、（図１１Ａの実施形態に示すような）下部層７１８と同じである場合、自己参照読み出し（ＳＲＲ）プロセスについて上述したようなＰ２ＡＰ方向の読み出し中に、電流は、２つの層内で異なる方向に流れる。より具体的には、図１１Ａに示すようなＭＲＡＭ１１０２及びＭＲＡＭ１１１２の配向でＰ２ＡＰ方向で読み出す場合、電流は、層１セル及び層２セルの両方について上向きに流れる。結果的に、層１メモリセルに対してＰ２ＡＰ方向で読み出しを実行する場合、ワード線１ １１００は高電圧レベルに設定され、ビット線１１１０は低電圧レベルに設定され、一方、層２メモリセルに対してＰ２ＡＰ方向で読み出しを実行する場合、ビット線１１１０は高電圧に設定され、ワード線２ １１２０は低電圧に設定される。これは、ＳＲＲプロセスにおける層１の読み出し時には、電流シンクとして機能するように、図１１Ａのビット線１１１０に低くバイアスをかける必要があるが、ＳＲＲプロセスにおける層２の読み出し時には、ビット線１１１０は、代わりに、電流源として機能するように高くバイアスをかけられることに留意されたい。これは、層１メモリセル及び層２メモリセルの同時読み出しを防止する。
【0168】
図７Ｄ又は図１１Ａに示すような多層メモリ構造を形成する場合、プロセスの観点から、各層が同じ方法で形成され、１つのモジュールのみが必要とされることが好ましい。例えば、図１１Ａを見ると、基板（図示せず）上に第１の組の導電線（ワード線１ １１００）を形成した後、プロセスモジュールは、閾値切替セレクタ、基準層、トンネルバリア、及び自由層（それぞれ１１０９、１１０５、１１０３、及び１１０１）を順に形成することができる。次いで、第２の組の導電線（ビット線１１１０）を形成した後、メモリセルプロセスモジュールを繰り返して、閾値切替セレクタ、基準層、トンネルバリア、及び自由層（それぞれ１１１９、１１１５、１１１３、及び１１１１）を形成することができる。後続の層ごとに同じステップの組を繰り返すことにより、特にＭＲＡＭ構造１１０２及び１１１２が単純化された形態で表され、これらの要素のための実際のプロセスモジュールがより関与するので、プロセスが簡略化される。
【0169】
全てのＭＲＡＭ層を同じ配向で形成することが典型的には好ましいが、交互の層のＭＲＡＭデバイスの配向を反転することは、いくつかの利点を提供することができる。図１１Ｂは、層２のメモリセルが図１１Ａに対して反転されている実施形態を示し、それにより、ＳＲＲ動作において、電流は、層１メモリセルを読み出すときにワード線１ １１５０からビット線１１６０に、層２メモリセルを読み出すときにワード線２ １１７０からビット線１１６０に強制的に流される。これにより、いずれのレベルからの読み出し時にもビット線１１６０上で同じバイアスレベルを使用することが可能になり、また、図１４、図１５、及び後続の図に関して上述した複数のメモリセルの同時アクセスのような、両方のレベルのメモリセルの同時読み出しも可能になる。あるいは、図１１Ａの層１メモリセルは、反転された配向を有することができ、電流は、ＳＲＲ読み出し動作においてビット線１１１０からワード線１ １１００及び／又はワード線２ １１２０に強制的に流される。いずれかの層の配向を反転させることにより、いずれのレベルのメモリセルを読み出すときにも、ビット線１１１０の同じバイアスが可能になるが、２つの層のいずれが反転されているかは、図２２に示すような過渡電圧をどのくらい迅速に消散させることができるかに影響を及ぼし得る。
【0170】
上述したように、過渡スパイクが、閾値切替セレクタがオンになるときにＭＲＡＭ素子にわたってどれだけ速く生成したかは、この電圧スパイクが放電する経路に沿った抵抗及び静電容量に依存する。例えば、層１及び層２の両方において配向が同じである図１１Ａに戻ると、ワード線１ １１００は、層１におけるＳＲＲ読み出しのために高く引っ張られ、一方、ワード線２は、層２におけるＳＲＲ読み出しのために低く引っ張られる。図１２又は図１３のワード線ドライバ１２１０ａ～１２１０ｈを参照すると、下部レベルのワード線を高く引っ張ることは、Ｐチャネルデバイスを使用することによって実施することができ、一方、上部レベルのワードを低く引っ張ることは、Ｎチャネルデバイスの使用を使用することによって実施することができる。ＰＭＯＳプルアップトランジスタに基づくかＮＭＯＳプルダウントランジスタに基づくかにかかわらず、そのようなドライバの静電容量はそのサイズに大きく比例する。ＮＭＯＳデバイスは、所与の量の駆動抵抗要件のために、ＰＭＯＳデバイスよりも小さいサイズで形成することができる。その結果、ワード線がビット線よりも短い図１２又は図１３に示すようなアレイ構造では、図２２に示すＭＲＡＭデバイスにわたる過渡現象は、接地に向かって引っ張るＮチャネルデバイスを使用することによって選択されたワード線によって最も迅速に放電することができ、下部層又は上部層のいずれかを選択するためのビット線は、Ｐ２ＡＰを読み出すために、例えば３．３Ｖなどの正電源の近くに引っ張られる。したがって、両方の層が図１１Ａの上部層のようなワード線を選択することを可能にするために、図２３に示すように、下部レベルのＭＲＡＭデバイスの配向を反転させることができる。そのような構成は、読み出しディスターブが低減されるので、データを読み出すときのビットエラー率を大幅に低減することができ、読み出し待ち時間における性能の向上も可能にする。
【0171】
図２３は、読み出し動作における静電容量を最小化するために、下部層内のＭＲＡＭデバイスが上部層に対して反転されている、クロスポイントメモリアーキテクチャの２つの層の実施形態を示す。図２３は、図１１Ａの要素を繰り返し、同様に番号付けされている（例えば、ワード線１ １１００は、ここでは２３００である）が、層１セルの層ＭＲＡＭ構成要素は反転されている。
【0172】
より具体的には、図２３では、層１メモリセルは、ワード線１ ２３００の下部導電線とビット線２３１０の中間導電線との間に形成されている。ここで、ＭＲＡＭデバイス２３０２は、トンネルバリア２３０３の上に形成された基準層２３０１を有し、トンネルバリア２３０３は、自由層２３０５の上に形成されている。これは、図１１Ａの層１ＭＲＡＭデバイス１１０１に対して反転されており、その結果、層１メモリセルは、ビット線２３１０からＭＲＡＭデバイス２３０２を通る強制電流によって感知される。これは、ビット線２３１０からワード線１ ２３００に流れる、太く強調された矢印によって表される。図２３の実施形態では、閾値切替セレクタ２３０９は依然としてＭＲＡＭデバイス２３０２の下にあり、この素子を形成することに関連するプロセスシーケンスが両方の層において同じであることを可能にするが、代替実施形態では、ＭＲＡＭデバイス２３０２及び閾値切替セレクタ２３０９の順序が逆になる。
【0173】
層２では、ワード線２ ２３２０とビット線２３１０との間のメモリセルは、図１１Ａのように配向され、自由層２３１１はトンネルバリア２３１３の上に形成され、トンネルバリア２３１３は、基準層２３１５の上に形成され、その下に閾値切替セレクタ２３１９がある。層１メモリセルと同様に、層２メモリセルは、ビット線２３１０からＭＲＡＭデバイス２３１２を通る強制電流によって感知される。これは、ビット線２３１０からワード線２ ２３２０に流れる、太く強調された矢印によって表される。
【0174】
図２３はまた、ワード線１ ２３００、ビット線２３１０、及びワード線１ ２３２０の選択及びドライバ回路を概略的に表す。図１２及び図１３を再び参照すると、これらの素子は、ワード線ドライブ１２１０ａ～１２１０ｈ、又はビット線ドライバ１２１２ａ～１２１２ｄのいずれかの一部と見なすことができる。太く強調された矢印によって表されるように、Ｐ２ＡＰ方向での読み出し動作において、読み出し電流は、ビット線２３１０からワード線１ ２３００及びワード線２ ２３２０の一方又は両方に駆動される。電流Ｉｒｅａｄ（Ｐ２ＡＰ）は、例えば、供給レベルに接続する電流ミラーに基づくことができる電流源２３４５によって提供され得る。電流源２３４５は、デコード制御信号ＢＬ Ｓｅｌを受信してビット線２３１０を選択するＰＭＯＳデバイス２３４３によって、ビット線２３１０に読み出し電流Ｉｒｅａｄ（Ｐ２ＡＰ）を供給する。読み出し電流は、それぞれのＮＭＯＳデバイス２３４１及び２３４７によってワード線１ ２３００及びワード線２ ２３２０から放電され、これらのＮＭＯＳデバイスは、それぞれのデコード制御信号ＷＬ１ Ｓｅｌを受信してワード線１ ２３００を選択し、ＷＬ２ Ｓｅｌを受信してワード線２ ２３２０を選択する。
【0175】
閾値電圧（Ｖｔｈ）を増加させることによって閾値切替デバイスの漏れが低減され、Ｖｔｈドロップを回避するために、メモリセルのワード線又はビット線の一方にＰチャネルプルアップデバイスを使用し、ワード線及びビット線の他方にＮチャネルプルダウンを使用するときに、最も広い許容Ｖｔｈ範囲が得られる。ここで主に説明されている２つの層の実施形態では、ビット線は、それらが２つの別個のワード線の間に配置されていることに起因して、また、図１２及び図１３に関して示すような実施形態で、ビット線がより長くなる傾向があることに起因して、より大きい静電容量になる傾向がある。したがって、閾値選択スイッチが消散され得るときに過渡電圧がスパイクする速度は、主にワード線のＲ－Ｃ特性によって決定される。ブリードオフ時間及び読み出し待ち時間を低減することができる１つの方法は、導電性ワイヤの長さを短くし、アレイの線間間隔を大きくすることによって静電容量を低減することであるが、これらの技術はいずれもメモリ密度を低下させる。メモリ密度に悪影響を及ぼすことなく、ブリードオフ時間及び読み出し待ち時間を低減することができる別の方法は、導電性ワイヤを駆動するために使用されるトランジスタのサイズを縮小することによるものである。ワード線２３００及び２３２０にサイズの小さいＮＭＯＳデバイス２３４１及び２３４７を使用し、ビット線２３１０にサイズの大きいＰＭＯＳデバイス２３４３を使用することにより、アレイ密度を低下させることなく、過渡電圧を消散させるための一次経路の静電容量を低減することができる。
【0176】
図１６Ａ及び図１６Ｂに示す自己参照読み出しプロセスを再び参照すると、ｔ１～ｔ３の間とｔ５～ｔ６の間の感知動作の両方において、電流の流れは図２３に示す通りであり、両方ともＩｒｅａｄを使用する。メモリセルの全てが高抵抗ＡＰ状態に置かれるｔ３～ｔ５における書き込みの場合、電流はまた、図２３に示すようにＰ２ＡＰ方向であるが、強制電流のためにＩｗｒｉｔｅを有する電流源を使用する。したがって、図２３の実施形態では、アレイは、ビット線２３１０がＰＭＯＳデバイス２３４３によって一貫して高く引っ張られ、電流源２３４５が区間ｔ３～ｔ５の間にＩｗｒｉｔｅに切り替えられ、ワード線２３００及び２３２０がＮＭＯＳデバイス２３４１及び２３４７によって一貫して低く引っ張られて動作することができる。図１９Ａ及び図１９Ｂに示すように、選択されたメモリセルを低抵抗平行状態（ＡＰ２Ｐ）に書き込むときにのみ、これらのバイアスが反転され、選択されたメモリセルを通してＩｗｒｉｔｅをＡＰ２Ｐ方向に駆動するために、選択されたビット線２３１０は低く取られ、ワード線２３００及び２３２０のうちの１つ又は両方の、選択されたワード線は、高く取られる。層１及び層２両方のメモリセルがＳＲＲプロセスのサブ動作のそれぞれに関して同じ方向にバイアスをかけられるため、これらの動作が両方の層に対して並行して実行される実施形態が可能になることに留意されたい。
【0177】
図２４は、図２３の構造を使用して自己参照読み出しを実行するための実施形態のフローチャートである。このフローは、層１メモリセル及び層２メモリセルの両方のＳＲＲプロセスを説明し、このステップは、２つの層の間で交互になる。２つの層は、独立して動作することができ、その結果、層１又は層２の動作のみが実行されるか、又はそれらは同時に動作することができ、その結果、複数のワード線に沿った同時読み出しについて上述したように、所与の層２の動作が対応する層１の動作と同時に実行されて、両方の層のデータコンテンツを同時に読み出す。
【0178】
ステップ２４０１において、ＢＬ Ｓｅｌ信号をＰＭＯＳ ２３４３にアサートし、ＷＬ１ Ｓｅｌ信号をＮＭＯＳ ２３４１にアサートすることによって、Ｉｒｅａｄをビット線２３１０からワード線１ ２３００に駆動することによって、層１のＭＲＡＭデバイス２３０２のデータコンテンツが感知される。ＭＲＡＭデバイス２３０２の抵抗状態は、次いで、対応するセンス増幅器（すなわち、ＳＡ １２２８ａ～１２２８ｈのうちの１つ）によって決定することができる。同様に、ステップ２４０３は、ＢＬ Ｓｅｌ信号をＰＭＯＳ ２３４３にアサートし、ＷＬ２ Ｓｅｌ信号をＮＭＯＳ ２３４７にアサートすることによってビット線２３１０からワード線２ ２３２０へＩｒｅａｄを駆動することによって層２のＭＲＡＭデバイス２３１２のデータコンテンツが感知されることを決定し、ＭＲＡＭデバイス２３１２の抵抗状態は、対応するセンス増幅器（すなわち、ＳＡ１２２８ａ～１２２８ｈのうちの１つ）によって決定される。層１及び層２の両方のメモリセルは、ステップ２４０１及び２４０３のように同時にバイアスをかけることができるため、いくつかの実施形態では、これらの感知動作を同時に実行することができる。
【0179】
ステップ２４０５において、ＢＬ Ｓｅｌ信号をＰＭＯＳ ２３４３にアサートし、ＷＬ１ Ｓｅｌ信号をＮＭＯＳ ２３４１にアサートすることによって、Ｉｗｒｉｔｅをビット線２３１０からワード線１ ２３００に駆動することによって、層１のＭＲＡＭデバイス２３０２はＡＰ状態に書き込まれるが、ここでは電流源２３４５はＩｗｒｉｔｅを供給している。ステップ２４０７において、ＢＬ Ｓｅｌ信号をＰＭＯＳ ２３４３にアサートし、ＷＬ１ Ｓｅｌ信号をＮＭＯＳ ２３４７にアサートすることによって、Ｉｗｒｉｔｅをビット線２３１０からワード線２ ２３２０に駆動することによって、層２のＭＲＡＭデバイス２３１２はＡＰ状態に書き込まれ、ここでは電流源２３４５はＩｗｒｉｔｅを供給している。層１及び層２の両方のメモリセルは、ステップ２４０５及び２４０７のように同時にバイアスをかけることができるため、いくつかの実施形態では、これらの感知動作を同時に実行することができる。次いで、ＳＲＲプロセスの第２の読み出しは、ステップ２４０１及びステップ２４０３についてそれぞれ上述したように実行することができるステップ２４０９及び２４１１に続くことができる。
【0180】
層１メモリセルのＭＲＡＭ素子２３０２が低抵抗平行状態に書き込まれるように選択された場合、ステップ２４１３において、ワード線１ ２３００からビット線２３１０に（すなわち、先行するステップとは反対方向に）書き込み電流Ｉｗｒｉｔｅを駆動することによってＡＰ２Ｐ動作が実行される。同様に、層２メモリセルのＭＲＡＭ素子２３１２が低抵抗平行状態に書き込まれるように選択された場合、ステップ２４１５において、ワード線２ ２３２０からビット線２３１０に書き込み電流Ｉｗｒｉｔｅを駆動することによってＡＰ２Ｐ動作が実行される。ステップ２４１３及び２４１５の両方が、対応するワード線から同じビットに電流を駆動するので、これらの動作を同時に実行することができる。
【0181】
図２４の前述の説明で述べたように、ステップの各対がビット線及び対応するワード線に同じ方法でバイアスをかけるので、これらのステップを並列に実行することができる。逆に、層のうちの１つのみが読み出される場合、その層に関連するステップのみを実行することができる。
【0182】
図２５は、図２３の構造を形成するための実施形態のフローチャートである。各ステップ内で、プロセスは、図１１Ａの構造を形成することになるプロセスと同様であり得るが、図２５は、層１と層２との間のプロセスステップの順序の変更を強調している。上述したように、図２３は簡略化されており、自由層、トンネルバリア、及び基準層のＭＲＡＭのみが表されているが、より詳細な説明は、例えば図９に関して上述した追加の構造を含む。
【0183】
ステップ２５０１では、第１の方向に延びる第１の組の導電性ワイヤが、図２３に示されていない基板の上に形成される。図２３の図では、第１の導電線はワード線１ ２３００を含み、図７Ｄのワード線の下部の組に対応する。図２３の実施形態では、閾値切替デバイスは、各層のＭＲＡＭデバイスの下に形成され、閾値切替セレクタ２３０９は、ステップ２５０３で形成される。他の実施形態では、閾値切替デバイスは、層の一方又は両方においてＭＲＡＭデバイスの上に形成され得る。ステップ２５０４で、層１ＭＲＡＭデバイス２３０２が形成される。層１ＭＲＡＭデバイスが反転されている図２３の実施形態では、ステップ２５０４は、ステップ２５０５で自由層２３０５を閾値切替セレクタ２３０９の上に形成し、ステップ２５０７でトンネルバリア２３０３を自由層２３０５の上に形成し、次いでステップ２５０９でトンネルバリア２３０３の上に基準層２３０１を形成する一連のサブステップを含む。
【0184】
ステップ２５１１では、第２の組の導電線が層１ＭＲＡＭデバイス２３０２の上に形成される。導電線の第２の層は、ビット線２３１０を含み、図７Ｄのビット線に対応する。ステップ２５１１の完了により、層１のメモリ構造が完成する。クロスポイントアーキテクチャでは、この第２の組の導電線は、基板上で導電線の第１の層（ワード線の底部の組）に垂直な第２の方向に延びる。図２３（及び上記の図１１Ａ及び図１１Ｂ）は、説明の目的のために左から右に延びるワード線及びビットの両方を表しているが、より大きな構造で見ると、これらのうちの１つ（ビット線又はワード線の２つの層のいずれか）は、図７Ｂ～図７Ｄに示されるように、より正確にページ内に延びている。
【0185】
第２の層は、第２の組の導電線（ビット線２３１０）の上に層２閾値切替セレクタ２３１９を形成するステップ２５１３で開始して形成される。図２３の実施形態のプロセスシーケンスでは、層２閾値切替セレクタは、層のメモリセルのＭＲＡＭデバイスの下に再び形成されるが、層１のように、他の実施形態はこれを逆にすることができる。次いで、ステップ２５１４で、層２ＭＲＡＭデバイス２３１２が形成される。ステップ２５１４のサブステップは、層１に対して順序を逆にし、ステップ２５１５は、閾値切替セレクタ２３１９の上に基準層２３１５を形成し、ステップ２５１７は、基準層２３１５の上にトンネルバリア２３１３を形成し、ステップ２５１９は、トンネルバリア２３３１３の上に自由層２３１１を形成する。ワード線２ ２３２０を含む導電線の頂部層は、ステップ２５２１で、ワード線１ ２３００を含む導電線の底部層と同じ方向に、下にある構造の上を延びるように形成される。２５２１で、図２３の２層構造が完成する。追加の層が形成される場合、プロセスは同じ方法で継続し、層１のプロセスモジュールとモジュール２のプロセスモジュールと交互させることができる。
【0186】
第１の組の態様によれば、装置は、基板と、基板上に形成された１つ以上のメモリアレイとを有する不揮発性メモリを含む。アレイのそれぞれは、基板の表面に平行な第１の方向に延びる第１の組の導電線と、第１の組の導電線の上に形成されており、基板の表面に平行な第２の方向に延びる第２の組の導電線と、第２の組の導電線の上に形成されており、第１の方向に延びる第３の組の導電線と、第１及び第２の組のメモリセルと、を含む。第１の複数のメモリセルの各々は、第１の組の導電線の対応する１つと第２の組の導電線の対応する１つとの間に接続されており、第１の複数のメモリセルの各々は、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）デバイスと直列に接続された閾値切替セレクタを含み、第１の複数のメモリセルの各々のＭＲＡＭデバイスは、固定磁場極性を有する基準層と、基準層と直列に接続されており、かつプログラム可能な磁場極性を有する自由層とを含み、自由層は基準層の下に形成されている。第２の複数のメモリセルはそれぞれ、第２の組の導電線の対応する１つと第３の組の導電線の対応する１つとの間に接続されており、第２の複数のメモリセルのそれぞれは、ＭＲＡＭデバイスと直列に接続された閾値切替セレクタを含み、複数のメモリセルの各々のＭＲＡＭデバイスは、固定磁場極性を有する基準層と、基準層と直列に接続されており、かつプログラム可能な磁場極性を有する自由層とを含み、自由層は基準層の上に形成されている。
【0187】
追加の態様では、方法は、第２の導電線から対応する第１の導電線に読み出し電流を強制的に流すことによって、第１の複数のメモリセルのうちの選択された１つのデータ状態を感知することを含み、第１の複数のメモリセルのうちの選択された１つは、第１の複数のメモリセル及び第２の複数のメモリセルを含むアレイの一部であり、第１及び第２の複数のメモリセルの各々は、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）デバイスと直列に接続された閾値切替セレクタを含む。方法はまた、対応する第２の導電線から対応する第３の導電線に読み出し電流を強制的に流すことによって、第２の複数のメモリセルのうちの選択された１つのデータ状態を感知することを含む。更に、方法は、対応する第２の導電線から対応する第１の導電線に書き込み電流を強制的に流すことによって、第１の複数のメモリセルのうちの選択された１つを第１の状態から第２の状態に書き込むことと、対応する第１の導電線から対応する第２の導電線に書き込み電流を強制的に流すことによって、第１の複数のメモリセルのうちの選択された１つを第２の状態から第１の状態に書き込むことと、対応する第２の導電線から対応する第３の導電線に書き込み電流を強制的に流すことによって、第２の複数のメモリセルのうちの選択された１つを第１の状態から第２の状態に書き込むことと、対応する第３の導電線から対応する第２の導電線に書き込み電流を強制的に流すことによって、第２の複数のメモリセルのうちの選択された１つを第２の状態から第１の状態に書き込むことと、を含み得る。
【0188】
別の一組の態様では、装置は、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）デバイスと直列に接続された閾値切替セレクタをそれぞれ有するメモリセルのアレイに接続するように構成されたコントローラ回路を含み、アレイは、第１の組の導電性ワイヤのうちの対応する１つと、第２の組の導電性ワイヤのうちの対応する１つとの間にそれぞれ接続された第１の複数のメモリセルと、第３の組の導電性ワイヤのうちの対応する１つと、第２の組の導電性ワイヤのうちの対応する１つとの間にそれぞれ接続された第２の複数のメモリセルと、を含み、制御回路は、第１の組の導電性ワイヤのうちの対応する１つに、第２の組の導電性ワイヤのうちの対応する１つよりも低い電圧へとバイアスをかけることによって、第１の複数のメモリセルのうちの選択された１つを読み出し、第３の組の導電線のうちの対応する１つに、第２の組の導電線のうちの対応する１つよりも低い電圧へとバイアスをかけることによって、第２の複数のメモリセルのうちの選択された１つを読み出し、第１の組の導電線のうちの対応する１つに、第２の組の導電線のうちの対応する１つよりも低い電圧へとバイアスをかけることによって、第１の複数のメモリセルのうちの選択された１つを第１の状態から第２の状態に書き込み、第１の組の導電線のうちの対応する１つに、第２の組の導電線のうちの対応する１つよりも高い電圧へとバイアスをかけることによって、第１の複数のメモリセルのうちの選択された１つを第２の状態から第１の状態に書き込み、第３の組の導電線のうちの対応する１つに、第２の組の導電線のうちの対応する１つよりも低い電圧へとバイアスをかけることによって、第２の複数のメモリセルのうちの選択された１つを第１の状態から第２の状態に書き込み、第３の組の導電線のうちの対応する１つに、第２の組の導電線のうちの対応する１つよりも高い電圧へとバイアスをかけることによって、第２の複数のメモリセルのうちの選択された１つを第２の状態から第１の状態に書き込むように更に構成される。
【0189】
本明細書の目的のために、明細書中の「実施形態」、「一実施形態」、「いくつかの実施形態」又は「別の実施形態」に対する言及は、異なる実施形態又は同一の実施形態について記述するために使用されることがある。
【0190】
本明細書の目的のために、接続とは、直接的な接続又は間接的な接続（例えば、１つ又は複数の他の部分を介して）であり得る。場合によっては、ある要素が別の要素に接続されるか又は結合されると言及される場合、この要素は、他の要素に直接的に接続されてもよく、又は、介在要素を介して他の要素に間接的に接続されてもよい。ある要素が別の要素に直接的に接続されていると言及される場合、この要素と他の要素との間には介在要素は存在しない。２つのデバイスは、それらが互いの間で電子信号を交換することができるように直接的に又は間接的に接続されている場合、「通信状態」にある。
【0191】
本明細書の目的のために、「基いて」という用語は、「少なくとも部分的に基いて」と読むことができる。
【0192】
本明細書の目的のために、追加の文脈がない、「第１の」物体、「第２の」物体、及び「第３の」物体などの数値的な用語の使用は、物体の順序を示唆するものではなく、代わりに、異なる物体を識別するための識別目的で使用されることがある。
【0193】
本明細書の目的のために、物体の「組」という用語は、複数の物体のうちの１つ又は複数の物体の「組」を指すことがある。
【0194】
前述の詳細な説明は、例示及び説明の目的のために提示されている。前述の詳細な説明は、網羅的であること、又は開示された正確な形態に限定することを意図したものではない。上記の教示に鑑みて多くの修正及び変形が可能である。説明した実施形態は、提案した技術の原理及びその実際の用途を最もよく説明するために選択されたものであり、それによって、当業者が様々な実施形態で、企図される特定の使用法に適するように様々な修正を伴って、この技術を最も良いように利用することを可能にする。本範囲は、本明細書に添付の請求項によって定義されることが意図されている。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図17】
【図18】
【図19A】
【図19B】
【図20】
【図21A】
【図21B】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
