[發明專利]三維三端口位單元及其組裝方法

在審

• 申請號: 201410743598.3
• 申請日: 2014-12-08
• 公開（公告）號: CN104700888A
• 公開（公告）日: 2015-06-10
• 發明（設計）人: 林子貴;廖宏仁;陳炎輝;吳經緯
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: G11C11/413
• 分類號: G11C11/413;G11C11/417
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;李偉

相關申請的交叉申請

本發明是2013年12月6日提交的標題為“THREE?DIMENSIONAL?DUAL-PORT?BIT?CELL?AND?METHOD?OF?ASSEMBING?SAME”的美國專利申請第14/098,567號的部分繼續，其全部內容結合于此作為參考。

技術領域

本發明的系統和方法涉及靜態隨機存取存儲器(“SRAM”)陣列，更具體地，涉及SRAM陣列可使用的三端口位單元。

背景技術

靜態隨機存取存儲器(“SRAM”)或半導體存儲器包括設置為行和列的多個單元以形成陣列。SRAM單元包括耦合至位線和字線的多個晶體管，其中位線和字線用于從存儲器單元讀取數據以及向存儲器單元寫入數據。單端口SRAM能夠在特定時間將單個數據位寫入位單元或從位單元讀取數據位。相反，多端口SRAM能夠基本同時進行多讀取或多寫入。傳統的多端口SRAM結構包括不同金屬線中的字線(“WL”)，由于用戶SRAM信號布線的不同金屬長度而導致不同的電容負載。與單端口SRAM結構相比，多端口SRAM結構在WL方向上較大且較寬。由于多端口SRAM在WL方向上較大和較寬，所以在重WL負載期間會影響SRAM陣列的縱橫比，尤其對于寬輸入/輸出(“I/O”)設計。當與單端口SRAM相比時，多端口SRAM的外圍邏輯電路加倍。如此，多端口SRAM可占用較大的面積，并且會產生信號布線復雜性。

發明內容

為了解決現有技術中所存在的缺陷，根據本發明的一方面，提供了一種三維三端口位單元，包括：寫部分，設置在第一層級上，所述寫部分包括多個寫端口元件；以及讀部分，設置在第二層級上，所述第二層級相對于所述第一層級垂直堆疊且使用至少一個通孔耦合至所述第一層級，所述第二層級包括多個讀端口元件。

在該三維三端口位單元中，所述寫部分還包括多條寫位線，每條寫位線均在所述第一層級的第一導電層中沿著第一方向延伸，并且所述讀部分還包括多條讀位線，每條讀位線均在所述第二層級的第一導電層中沿著所述第一方向延伸。

在該三維三端口位單元中，所述寫部分還包括至少一條寫字線，所述寫字線在所述第一層級的第二導電層中沿著不同于所述第一方向的第二方向延伸，并且所述讀部分還包括至少一條讀字線，所述讀字線在所述第二層級的第二導電層中沿著所述第二方向延伸。

在該三維三端口位單元中，所述多個讀端口元件包括多個讀端口柵極。

在該三維三端口位單元中，所述讀部分還包括設置在所述第二層級上且耦合至所述多個讀端口柵極的至少一個鎖存反相器。

在該三維三端口位單元中，所述多個寫部分元件包括多個寫端口柵極。

在該三維三端口位單元中，所述三端口位單元包括十個晶體管單元，所述讀端口元件包括四個晶體管結構且所述寫端口元件包括六個晶體管結構。

在該三維三端口位單元中，所述多個讀端口柵極和所述多個寫端口柵極中的每一個均為NMOS器件和PMOS器件中的一種。

該三維三端口位單元還包括：寫控制電路，設置在所述第一層級上；以及讀控制電路，設置在所述第二層級上。

在該三維三端口位單元中，所述讀控制電路包括讀端口控制電路和讀字線解碼器，并且所述寫控制電路包括寫端口控制電路和寫字線解碼器。

根據本發明的另一方面，提供了一種半導體存儲器，包括：第一層級，包括第一端口陣列部分；第二層級，使用至少一個通孔相對于所述第一層級垂直堆疊，所述第二層級包括第二端口陣列部分；以及至少一個三維三端口位單元，包括：第一部分，設置在所述第一端口陣列部分上，所述第一部分包括多個寫端口元件；和第二部分，設置在所述第二端口陣列部分上，所述第二部分包括多個讀端口元件。

在該半導體存儲器中，所述第一部分還包括多條寫位線，每一條寫位線均在所述第一層級的第一導電層中沿著第一方向延伸，并且所述第二部分還包括多條讀位線，每一條讀位線均在所述第二層級的第一導電層中沿著所述第一方向延伸。

在該半導體存儲器中，所述第一部分還包括至少一條寫字線，每一條寫字線均在所述第一層級的第二導電層中沿著不同于所述第一方向的第二方向延伸，并且所述第二部分還包括至少一條讀字線，每一條讀字線均在所述第二層級的第二導電層中沿著所述第二方向延伸。

在該半導體存儲器中，所述多個讀端口元件包括多個讀端口柵極。

在該半導體存儲器中，所述第二部分還包括耦合至所述多個讀端口柵極的至少一個鎖存反相器。