[發(fā)明專利]用于非易失性存儲器件的感測放大器及相關方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610361838.2
• 申請日: 2016-05-26
• 公開（公告）號: CN106887246B
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發(fā)明（設計）人: M·帕索蒂;M·卡里希米;R·庫爾施瑞斯薩;C·奧里奇奧
• 申請（專利權）人: 意法半導體國際有限公司;意法半導體股份有限公司
• 主分類號: G11C7/06
• 分類號: G11C7/06;G11C11/4091
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;張昊

本公開涉及用于非易失性存儲器件的感測放大器及相關方法，存儲器件包括相變存儲(PCM)單元和互補PCM單元的陣列。列解碼器耦合至PCM單元和互補PCM單元的陣列，并且感測放大器耦合至列解碼器。感測放大器包括被配置為分別接收給定PCM單元和互補PCM單元的第一和第二電流的電流積分器。電流?電壓轉換器耦合至電流積分器，并且被配置為接收第一和第二電流，并且分別向第一和第二節(jié)點提供給定PCM單元和互補PCM單元的第一和第二電壓。邏輯電路耦合至第一和第二節(jié)點，并且被配置為響應于第一和第二電壓禁用列解碼器并使位線電壓和互補位線電壓放電。

技術領域

本發(fā)明涉及存儲器領域，更具體地，涉及用于非易失性存儲器件的感測放大器及相關方法。

背景技術

非易失性相變存儲器(PCM)結合有具有在具有不同電特性的相之間切換的能力的材料。例如，這些材料可以在雜亂非晶相與有序晶相或多晶相之間切換，兩相與顯著不同值的電阻率相關聯(lián)，從而具有所存儲數(shù)據(jù)的不同值。例如，元素周期表的VI族的元素(諸如碲(Te)、硒(Se)或銻(Sb)，稱為硫屬化合物或硫族化物材料)可以有利地用于制造相變存儲單元。通過局部增加硫族化物材料的單元的溫度來獲得相變，通過電阻電極(通常已知為加熱器)被設置為與硫族化物材料的相應區(qū)域接觸。選擇器件(例如，MOSFET)連接至加熱器，并且能夠實現(xiàn)通過相應加熱器編程電流的通路。電流通過焦耳效應產生相變所需的溫度。在讀取期間，通過施加足夠低而不能引起顯著加熱的電壓，然后通過讀取在單元中流動的電流的值來檢測硫族化物材料的狀態(tài)。由于電流與硫族化物材料的導電性成比例，所以可以確定材料的狀態(tài)，因此確定存儲在存儲單元中的數(shù)據(jù)。

非易失性存儲器包括以行(字線)和列(位線)組織的存儲單元的陣列。在PCM的情況下，每個存儲單元都通過串聯(lián)連接的相變存儲元件和選擇器晶體管形成。基于在輸入處接收的邏輯地址信號以及更多的解碼方案，列解碼器和行解碼器能夠選擇存儲單元，具體為選擇對應的字線和位線。

列解碼器可以包括模擬選擇開關(由晶體管組成)，其在它們的相應控制端上接收地址信號。選擇開關可以根據(jù)層級中的樹結構來組織，并且它們在每個層級中的數(shù)量與組織和存儲陣列的大小相關。當使能時，選擇開關允許所選位線根據(jù)期望實施的操作達到電壓和/或電流的確定值。具體地，在編程級或讀取級與所選位線之間創(chuàng)建電流路徑。通過特定數(shù)量的選擇開關的串聯(lián)來限定電流路徑，并且對于編程級和讀取級來說都是相同的(存儲陣列內)。具體地，在電流路徑的上游，選擇器通常設置用于將路徑可選地與編程級或讀取級相關聯(lián)。通常，在用于讀取讀取級中的數(shù)據(jù)的感測放大器內生成用于讀取操作的位線偏置電壓，并且在編程級中的專用編程驅動器內生成用于寫入操作的位線偏置電壓。感測放大器通過將流入所選存儲單元的電流與流入?yún)⒖紗卧膮⒖茧娏鬟M行比較來執(zhí)行存儲在存儲單元中的數(shù)據(jù)的讀取。

在PCM的具體情況下，為了執(zhí)行讀取操作，使用低值的電壓(例如，300mV和600mV之間)和標準值的電流(例如，在10-20μA的區(qū)域中)。用于執(zhí)行寫入的電壓通常高于用于讀取的值，例如近似比用于讀取操作的電壓高2V。此外，例如在600μA的區(qū)域中使用大電流。此外，在讀取期間使用列編碼中的快速建立(settling)。

在PCM存儲器中，感測放大器可以包括三級。第一和第二級通常是差分級，它們分別用作電流積分器和比較器。第三級是設置-重置(SR)鎖存器，其鎖存并將差分輸入轉換為單端輸出。這種類型的感測放大器的缺陷在于，在比較器的一個臂中總是存在靜電流。此外，要求相對較長的預充電時間，這導致降低的生產率和較長的訪問時間。

現(xiàn)有感測放大器的另一示例可以包括差分I/V轉換器和比較器，其被設計為直接從電源電壓(VCC)偏置位線。差分結構拒絕同時讀寫，并且提供在單元讀取操作期間發(fā)生的噪聲。位線放電后讀取特征可以實施為降低通過字線上升引起的錯誤。對于同一字線上的多組單元圖案，通過設置單元在所選字線中注入的較高電流增加了電壓，從而影響弱設置單元和重置單元的值。在檢測設置單元之后降低對應的位線可以減少這種效應。然而，這種類型的感測放大器的缺陷在于，僅在讀循環(huán)的結尾處由觸發(fā)器電流采樣輸出之后切斷靜電流，因此，經(jīng)歷大電流消耗直到輸出被采樣。