專利名稱：具有參考單元陣列的相變存儲(chǔ)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 一般涉及相變存儲(chǔ)器件，并且更具體地涉及非易失性存儲(chǔ)器件， 其利用具有改進(jìn)的參考電流的穩(wěn)定性及改進(jìn)的讀出放大器的偏移特性的相 變電阻器和參考單元。
背景技術(shù)：
即使在關(guān)斷器件的電源時(shí)非易失性存儲(chǔ)器件也能夠保存數(shù)據(jù)。非易失性
存儲(chǔ)器的示例包括》磁存儲(chǔ)器和相變存儲(chǔ)器(PCM)。這些示例具有與易失性 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)類似的數(shù)據(jù)處理速度，并且即使當(dāng)電源關(guān)斷時(shí)也可 以保存數(shù)據(jù)。
圖la和lb是圖解說明傳統(tǒng)相變電阻器(PCR) 4的圖。
PCR 4包括相變材料(PCM) 2，其介于頂電極1和底電極3之間。當(dāng) 通過該器件傳輸電壓和電流時(shí)，在PCM2中產(chǎn)生高溫度，使得依靠因施加 高溫而發(fā)生的電阻改變來改變電傳導(dǎo)狀態(tài)。PCM 2包括AgLnSbTe。 PCM 2 包括以硫族元素(S、 Se、 Te)作為主要成分的好u族元素化物，并且更特別 地，PCM2包括由Ge-Sb-Te組成的鍺銻碲。
圖2a和2b是圖解說明傳統(tǒng)PCR4的操作原理的圖。
如圖2a中所示，當(dāng)小于閾值的低電流在PCR4中流動(dòng)時(shí)可以使PCM2 結(jié)晶。結(jié)晶的PCM2具有低電阻。
如圖2b中所示，當(dāng)大于閾值的高電流在PCR4中流動(dòng)時(shí)PCM2變成非 結(jié)晶的，因?yàn)檫@時(shí)施加于PCM2的溫度高于它的熔點(diǎn)。非結(jié)晶的PCM2具 有高電阻。
利用這種現(xiàn)象，可以將PCR4配置成保存相應(yīng)于這兩種不同電阻狀態(tài)的 非易失性數(shù)據(jù)。例如，數(shù)據(jù)邏輯值"1"相應(yīng)于結(jié)晶的PCR4(低電阻狀態(tài)), 以及數(shù)據(jù)邏輯值"0"相應(yīng)于非結(jié)晶的PCR4 (高電阻狀態(tài))，并且因此可以 利用PCR 4保存^t據(jù)的邏輯狀態(tài)。
圖3是圖解說明傳統(tǒng)相變電阻單元的寫操作的圖。 當(dāng)電流在PCR4的頂電極1和底電極3間流動(dòng)給定時(shí)間時(shí)產(chǎn)生熱。結(jié)果， PCM2的狀態(tài)依賴于由在頂電極1和底電極3間流過的電流導(dǎo)致的溫度而改 變成結(jié)晶狀態(tài)或者非結(jié)晶狀態(tài)。
例如，當(dāng)?shù)碗娏髁鲃?dòng)給定時(shí)間時(shí)，PCM2由于低溫度加熱狀態(tài)而變成結(jié) 晶體，從而PCR 4處于低電阻狀態(tài)(置位的狀態(tài))。相反，當(dāng)高電流流動(dòng)給 定時(shí)間時(shí)，PCM2由于高溫度加熱狀態(tài)而變成非結(jié)晶，,人而PCR4處于高電 阻狀態(tài)(重置的狀態(tài))?；陔娮璧母淖儊泶_定這兩種相間的差別。
在PCR4中，為了在寫模式中寫入置位狀態(tài)，必須向PCR4長(zhǎng)時(shí)間施加 用于將相變材料變成結(jié)晶狀態(tài)所需要的低電壓。相反，為了在寫模式中寫入 重置狀態(tài)，只需要向PCR 4短時(shí)間施加用于將PCM 2變成非結(jié)晶狀態(tài)所需 要的高電壓。
然而，相變存儲(chǔ)器件不是沒有問題的。當(dāng)沒有有效地控制具有相變電阻 器的相變存儲(chǔ)器件的參考電壓時(shí)，讀出放大器的傳感效率下降。這樣，參考 電流是不穩(wěn)定的，并且讀出放大器的精確性和偏移特性下降，導(dǎo)致芯片的數(shù) 據(jù)傳感裕量和成品率的退化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括解決上述問題的相變存儲(chǔ)器件'
列提供改進(jìn)的參考電流的穩(wěn)定性和精確性。
另外，本發(fā)明的實(shí)施例利用包括相變電阻器的相變存儲(chǔ)器件中的具有相 同延時(shí)元件的參考單元陣列提供改進(jìn)的讀出放大器的傳感效率。
另外，本發(fā)明的實(shí)施例改進(jìn)包括相變電阻器的相變存儲(chǔ)器件中的讀出放 大器的偏移特性。
依照第一實(shí)施例， 一種相變存儲(chǔ)器件包括單元陣列塊，包括一個(gè)或多 個(gè)相變電阻單元，在一條或多條字線和一條或多條位線的交叉點(diǎn)上形成每個(gè) 相變電阻單元；參考單元陣列塊，配置成輸出參考電流，參考單元陣列塊包 括一個(gè)或多個(gè)參考單元，在字線和參考位線的交叉點(diǎn)上形成每個(gè)參考單元； 列選擇單元，連接到單元陣列塊的一條或多條位線的每一條，并且配置成選 擇連接到單元陣列塊的一條或多條位線的一條或多條；參考列選擇單元，連 接到參考單元陣列塊并且配置成選擇參考位線；以及讀出放大器，連接到列
選捧單元和參考列選捧單元，并且依照參考單元陣列塊的參考電流以及由列 選擇單元所選擇的位線的單元數(shù)據(jù)電流進(jìn)行放大。
依照第二實(shí)施例， 一種相變存儲(chǔ)器件包括多個(gè)單元陣列塊，每個(gè)單元 陣列塊包括在字線和位線的交叉點(diǎn)上形成的一個(gè)或多個(gè)相變電阻單元；多個(gè) 列選擇單元，每個(gè)列選擇單元被連接到所述多個(gè)單元陣列塊之一，并且配置 成選擇連接到所連接的一個(gè)單元陣列塊的一條或多條位線的一條或多條；單 個(gè)參考單元陣列塊，配置成輸出參考電流，該參考單元陣列塊包括一個(gè)或多 個(gè)參考單元，在字線和參考位線的交叉點(diǎn)上形成每個(gè)參考單元；參考列選擇 單元，連接到所述單個(gè)參考單元陣列塊的參考位線，并且配置成選擇參考位 線；以及多個(gè)讀出放大器，每個(gè)讀出放大器被連接到所述列選擇單元之一和 所述單個(gè)參考列選擇單元，并且每個(gè)讀出放大器依照所述單個(gè)參考單元陣列 塊的參考電流以及由所述列選擇單元所選擇的位線的單元數(shù)據(jù)電流進(jìn)行放 大。
依照第三實(shí)施例， 一種相變存儲(chǔ)器件包括多個(gè)單元陣列塊，每個(gè)單元 陣列塊包括在字線和位線的交叉點(diǎn)上形成的一個(gè)或多個(gè)相變電阻單元；多個(gè) 列選擇單元，每個(gè)列選擇單元被連接到所述多個(gè)單元陣列塊之一，并且配置 成選擇所連接的單元陣列塊的一條或多條位線的一條或多條；多個(gè)參考單元 陣列塊，每個(gè)參考單元陣列塊相應(yīng)于單元陣列塊之一，其中每個(gè)參考單元陣 列塊被配置成輸出參考電流，并且每個(gè)參考單元陣列塊包括一個(gè)或多個(gè)參考 單元，在字線和參考位線的交叉點(diǎn)上形成每個(gè)參考單元；多個(gè)參考列選擇單 元，每個(gè)參考列選擇單元被連接到所述多個(gè)參考單元陣列塊之一，并且配置 成選擇所連接的參考單元陣列塊的參考位線；以及多個(gè)讀出放大器，每個(gè)讀 出放大器被連接到所述列選擇單元之一和相應(yīng)的參考列選擇單元，并且每個(gè) 讀出放大器依照參考位線的參考電流以及由所述列選擇單元所選擇的位線 的單元數(shù)據(jù)電流進(jìn)行放大。


圖la和lb是圖解說明傳統(tǒng)相變電阻器的圖。
圖2a和2b是圖解說明如圖la和lb所示的傳統(tǒng)相變電阻器的操作原理 的圖。
圖3是圖解說明傳統(tǒng)相變電阻單元的寫操作的圖。
圖4是表示依照本發(fā)明的實(shí)施例的相變存儲(chǔ)器件的電路圖。 圖5是表示依照本發(fā)明的實(shí)施例的相變存儲(chǔ)器件的電路圖。 圖6是表示依照本發(fā)明的實(shí)施例的相變存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)圖。 圖7是表示依照本發(fā)明的實(shí)施例的相變存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)圖。 圖8是示出用于圖解說明依照本發(fā)明的實(shí)施例的相變存儲(chǔ)器件的置位電
阻、重置電阻和參考電阻的關(guān)系的圖。
圖9是示出用于圖解說明依照本發(fā)明的實(shí)施例的相變存儲(chǔ)器件的讀電流
的關(guān)系的圖。
圖IO是表示圖4的讀出放大器的實(shí)施例的電路圖。
圖ll是表示圖4的讀出放大器的另一個(gè)實(shí)施例的圖。
圖12是表示圖4的讀出放大器的另一個(gè)實(shí)施例的圖。
圖13是示出用于圖解說明圖10所示的讀出放大器的放大單元的波形圖。
圖14是示出用于圖解說明圖IO的讀出放大器的操作電壓的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
圖4是表示依照本發(fā)明的實(shí)施例的相變存儲(chǔ)器件的電路圖。
圖4的相變存儲(chǔ)器件包括參考單元陣列塊100、單元陣列塊200、參考 列選擇單元300、列選擇單元400、參考電阻器Rref、讀出放大器S/A、以 及寫驅(qū)動(dòng)單元w/D。
單元陣列塊200包括沿列方向排列的多條位線BL0 BL2以及沿行方向 排列的多條字線WL0 WL3。單元陣列塊200包括多個(gè)單位單元C,其在位 線BL0 BL2和字線WL0 WL3交叉的地方排列。單位單元C包括相變電阻 器PCR和二極管D。 二極管D包括PN 二極管元件。
相變電阻器PCR的一個(gè)電極連接到位線BL，并且另一個(gè)電極連接到二 極管D的P型區(qū)。二極管D的N型區(qū)連接到字線WL。當(dāng)寫入數(shù)據(jù)時(shí)，基 于位線BL中流動(dòng)的是置位電流Iset還是重置電流Ireset來改變相變電阻器 PCR的相。
參考單元陣列塊100包括沿列方向排列的參考位線RBL以及沿行方向 排列的字線WL0 WL3。參考單元陣列塊100包括參考開關(guān)RSW，其在參 考位線RBL和字線WL0 WL3交叉的地方排列。
具有單元選擇開關(guān)元件的參考開關(guān)RSW包括PN 二極管元件。參考位 線RBL由多條位線BL0 BL2共同使用。
參考開關(guān)RSW具有連接到參考位線RBL的P型區(qū)以及連接到字線WL 的N型區(qū)。參考電流Iref流過參考位線RBL。
參考列選擇單元300包括參考列開關(guān)，其連接在參考位線RBL和參考 電阻器Rref之間。參考列開關(guān)具有接收參考列選擇信號(hào)REFCS的柵極。參 考列開關(guān)包括NMOS晶體管Nl。參考電阻器Rref用來流入?yún)⒖茧娏鱅ref并 且連接在NMOS晶體管Nl和參考節(jié)點(diǎn)Nref之間。
單元陣列塊200的每個(gè)位線BL連接到列選擇單元400。列選擇單元400 包括多個(gè)列開關(guān)。每個(gè)列開關(guān)連接在位線BL0 BL2之一和節(jié)點(diǎn)Nbl之間， 并且每個(gè)列開關(guān)具有接收多個(gè)列選擇信號(hào)CS一0 CS—2之一的柵極。列開關(guān) 包括NMOS晶體管N2 N4。
讀出放大器S/A讀出通過節(jié)點(diǎn)Nbl和參考節(jié)點(diǎn)Nref傳輸?shù)膯卧獢?shù)據(jù)以 將邏輯數(shù)據(jù)"1"與邏輯數(shù)據(jù)"0"區(qū)分開。在將要將數(shù)據(jù)寫入單元時(shí)，寫驅(qū) 動(dòng)單元W/D向節(jié)點(diǎn)Nbl提供與寫數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓。
當(dāng)在讀模式時(shí)，將低電壓電平傳輸給所選擇的字線WL，以及將讀電壓 Vread傳輸給位線BL。讀出放大器S/A放大通過位線BL、相變電阻器PCR 和二極管D流入字線WL的置位電流Iset (或者重置電流Ireset)和流入?yún)?考單元的參考電流Iref的數(shù)據(jù)。
圖5是表示依照本發(fā)明的實(shí)施例的相變存儲(chǔ)器件的圖。
該相變存儲(chǔ)器件包括參考單元陣列塊100、單元陣列塊200、參考列選 擇單元300、列選擇單元400、參考電阻器Rref、讀出放大器S/A、以及寫 驅(qū)動(dòng)單元W/D。
單元陣列塊200包括沿列方向排列的多條位線BL0 BL2以及沿行方向 排列的多條字線WL0 WL3。單元陣列塊200包括多個(gè)單位單元C，其在位 線BL0 BL2和字線WL0 WL3交叉的地方排列。單位單元C包括相變電阻 器PCR和二極管D。 二極管D包括PN 二極管元件。
相變電阻器PCR的一個(gè)電極連接到位線BL，而另一電極連接到二極管 D的P型區(qū)。二極管D的N型區(qū)連接到字線WL。當(dāng)寫入數(shù)據(jù)時(shí)，基于流入 位線BL的是置位電流Iset還是重置電流Ireset來改變相變電阻器PCR的相。
參考單元陣列塊100包括沿列方向排列的參考位線RBL以及沿行方向
排列的字線WL0 WL3。參考單元陣列塊100包括多個(gè)單位參考單元RC， 其在參考位線RBL和字線WL0 WL3交叉的地方排列。單位參考單元RC 包括相變電阻器PCR和參考開關(guān)RSW。具有單元選擇開關(guān)元件的參考開關(guān) RSW包括PN 二4及管元件。
單位參考單元rc的相變電阻器pcr的一個(gè)電極連接到參考位線rbl, 并且另 一個(gè)電極連接到參考開關(guān)RSW的P型區(qū)。參考開關(guān)RSW的N型區(qū) 連接到字線WL。參考電流Iref流過參考位線RBL。公共的參考位線RBL 由多條位線BL0 BL2中的每一條使用。
參考列選擇單元300包括參考列開關(guān)，其連接在參考位線RBL和參考 電阻器Rref之間。參考列開關(guān)具有接收參考列選擇信號(hào)REFCS的柵極。參 考列開關(guān)包括NMOS晶體管N1。參考電阻器Rref用來流入?yún)⒖茧娏鱅ref并 且連接在NMOS晶體管Nl和參考節(jié)點(diǎn)Nref之間。
單元陣列塊200的每條位線BL連接到列選擇單元400。列選擇單元400 包括多個(gè)列開關(guān)。每個(gè)列開關(guān)連接在位線BL0 BL2之一和節(jié)點(diǎn)Nbl之間， 并且每個(gè)列開關(guān)具有接收多個(gè)列選擇信號(hào)CSJ) CS—2之一的柵極。列開關(guān) 包括NMOS晶體管N2 N4。
讀出放大器S/A讀出通過節(jié)點(diǎn)Nbl和參考節(jié)點(diǎn)Nref傳輸?shù)膯卧獢?shù)據(jù)以 將邏輯數(shù)據(jù)"1"與邏輯數(shù)據(jù)"0"區(qū)分開。在將要將數(shù)據(jù)寫入單元時(shí)，寫驅(qū) 動(dòng)單元W/D向節(jié)點(diǎn)Nbl提供與寫數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓。
當(dāng)在讀模式時(shí)，將低電壓電平傳輸給所選擇的字線wl,以及將讀電壓 Vread傳輸給位線BL。讀出放大器S/A放大通過位線BL、相變電阻器PCR 和二極管D流入字線WL的置位電流Iset (或者重置電流Ireset)和流入?yún)?考單元的參考電流Iref的數(shù)據(jù)。
圖6是表示依照本發(fā)明的實(shí)施例的相變存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)圖。
該相變存儲(chǔ)器件包括參考單元陣列塊100、多個(gè)單元陣列塊 200_0 200—2、參考列選擇單元300、多個(gè)列選擇單元400_0~400—2、多個(gè)參 考電阻器RrefO Rref2、讀出放大器S/A、以及寫驅(qū)動(dòng)單元W/D。
參考列選擇單元300連接到參考單元陣列塊IOO并且布置在參考單元陣 列塊100的較低區(qū)域。在一個(gè)參考單元陣列塊100上排列參考列選擇單元300 和參考電阻器RrefO Rref2。每個(gè)列選擇單元400_0~400一2連接到單元陣列 塊200—0-200—2之一。在相應(yīng)的一個(gè)單元陣列塊200—0-200—2的較低區(qū)域中
排列每個(gè)列選擇單元400—0 400—2。
參考列選擇單元300通過參考電阻器RrefD Rref2連接到參考節(jié)點(diǎn) NrefD Nref2。參考電阻器Rref0 Rref2連接在參考列選擇單元300和相應(yīng)的 參考節(jié)點(diǎn)NrefO Nref2之間。每個(gè)參考節(jié)點(diǎn)NrefO Nref2連接到讀出放大器 S/A和寫驅(qū)動(dòng)單元W/D之一。每個(gè)列選擇單元400—0-400—2連接到節(jié)點(diǎn) NblO Nb12之一。
讀出放大器S/A (0)連接到節(jié)點(diǎn)NblO和參考節(jié)點(diǎn)NrefD。讀出放大器 S/A ( 1 )連接到節(jié)點(diǎn)Nbll和參考節(jié)點(diǎn)Nrefl。讀出放大器S/A (2)連接到 節(jié)點(diǎn)Nbl2和參考節(jié)點(diǎn)Nref2。
圖7是表示依照本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例的相變存儲(chǔ)器件的圖。
圖7中所示的相變存儲(chǔ)器件包括多個(gè)參考單元陣列塊100_0~100—2、多 個(gè)單元陣列塊200—0 200—2、多個(gè)參考列選擇單元300_0~300—2、多個(gè)列選 擇單元400—0-400—2、以及多個(gè)參考電阻器RrefD Rref2。
每個(gè)參考列選擇單元300一0 300一2連接到參考單元陣列塊100—0~100_2 之一 (即參考列選擇單元和參考單元陣列塊逐個(gè)連接)，并且在參考單元陣 列塊100—0-100—2之下設(shè)置參考列選擇單元300_0~300—2。列選擇單元 400_0~400_2逐個(gè)連接到單元陣列塊200_0~200—2,并且在單元陣列塊 200—0-200—2之下分別地排列列選擇單元400一0 400_2。
在單元陣列塊200—0-200—2的一側(cè)布置參考單元陣列塊100—0-100—2。 參考單元陣列塊100—0~100_2逐個(gè)連接到單元陣列塊200_0~200_2 (即每個(gè) 參考單元陣列塊100—0~100—2相應(yīng)于單元陣列塊200—0-200—2之一 )，從而 參考單元陣列塊的數(shù)量等于單元陣列塊的數(shù)量。分別在列選擇單元 400—0-400—2之一的一側(cè)布置每個(gè)參考列選擇單元300—0~300—2。參考列選 擇單元300_0~300—2逐個(gè)連接到列選擇單元400_0~400—2,從而參考列選擇 單元的數(shù)量等于列選擇單元的數(shù)量。
參考列選擇單元300—0~300一2通過參考電阻器RrefO Rref2連接到相應(yīng) 的參考節(jié)點(diǎn)NrefD Nref2。參考電阻器RrefO Rref2分別連接在參考列選擇單 元300—0 300—2和參考節(jié)點(diǎn)NrefO Nref2之間。
每個(gè)參考節(jié)點(diǎn)NrefO Nref2連接到多個(gè)讀出放大器S/A (0) S/A (2) 和寫驅(qū)動(dòng)單元W/D之一。列選擇單元400_0~400—2逐個(gè)連接到節(jié)點(diǎn) NblO Nb12。
參考節(jié)點(diǎn)NrefO相應(yīng)于節(jié)點(diǎn)NblO,并且連接到讀出放大器S/A ( 0 )。參 考節(jié)點(diǎn)Nrefl相應(yīng)于節(jié)點(diǎn)Nbll,并且連接到讀出放大器S/A ( 1 )，以及參考 節(jié)點(diǎn)Nref2相應(yīng)于節(jié)點(diǎn)Nbl2,并且連接到讀出放大器S/A ( 2 )。
圖8是示出用于圖解說明依照本發(fā)明的實(shí)施例的相變存儲(chǔ)器件的置位電 阻、重置電阻和參考電阻的關(guān)系的圖。
如圖8中所示，位線BL的置位電阻Rset (當(dāng)相變層具有結(jié)晶相時(shí)的電 阻)具有小于參考電阻器Rref的值，并且位線BL的重置電阻Rreset (當(dāng)相 變層具有非結(jié)晶相時(shí)的電阻)具有大于參考電阻器Rr e f的值。
圖9是示出用于圖解說明依照本發(fā)明的實(shí)施例的相變存儲(chǔ)器的讀電流的 關(guān)系的圖。
如圖9中所示，流過位線BL的置位電流Iset (讀電流)具有高于參考 電流Iref的值，并且流過位線BL的重置電流Ireset (讀電流)具有低于參考 電流Iref的<直。
圖IO是表示圖4的讀出放大器S/A的電路圖。
讀出放大器S/A包括均衡單元500、放大單元510、上拉單元520、放 大單元530、放大激活控制單元540、電流傳感負(fù)載單元550、以及偏壓控制 單元560。
均衡單元500包括PMOS晶體管P1 P3。 PMOS晶體管Pl連接在電源 電壓VDD端和輸出端OUT之間。PMOS晶體管P2連接在電源電壓VDD 端和輸出端/OUT之間。PMOS晶體管P3連接在輸出端OUT和/OUT之間。 PMOS晶體管P1 P3具有接收讀出放大器使能信號(hào)SEN的公共柵極。
放大單元510包括PMOS晶體管P4、P5和NMOS晶體管N5、N6。PMOS 晶體管P4、P5與NMOS晶體管N5、N6交叉耦接。PMOS晶體管P4和NMOS 晶體管N5的源極/漏極連接到輸出端OUT，并且PMOS晶體管P5和NMOS 晶體管N6的源極/漏極連接到輸出端/OUT。
上拉單元520包括PMOS晶體管P6。PMOS晶體管P6連接在節(jié)點(diǎn)Nsabl 和節(jié)點(diǎn)Nsaref之間，并且具有接收讀出放大器使能信號(hào)SEN的柵極。節(jié)點(diǎn) Nsabl連接到NMOS晶體管N5,并且節(jié)點(diǎn)Nsaref連接到NMOS晶體管N6。
放大單元530包括NMOS晶體管N7、 N8。 NMOS晶體管N7連接在節(jié) 點(diǎn)Nsabl和NMOS晶體管N9之間，并且具有連接到節(jié)點(diǎn)Nbl—2的柵極。 NMOS晶體管N8連接在節(jié)點(diǎn)Nsaref和NMOS晶體管N9之間，并且具有接
收參考電壓Nref—2的柵極。
放大激活控制單元540包括NMOS晶體管N9。 NMOS晶體管N9連接 在放大單元530和地電壓GND端之間，并且具有接收讀出放大器使能信號(hào) SEN的柵極。
電流傳感負(fù)載單元550包括負(fù)載電阻器Rloadl、 Rload2。負(fù)載電阻器 Rloadl連接在電源電壓VDD端和節(jié)點(diǎn)Nbl_2之間。負(fù)載電阻器Rload2連接 在電源電壓VDD端和節(jié)點(diǎn)Nref—2之間。
偏壓控制單元560包括NMOS晶體管N10、 Nll。 NMOS晶體管N10 連接在節(jié)點(diǎn)Nbl—2和節(jié)點(diǎn)Nbl之間，并且NMOS晶體管N10的柵極接收箝 位電壓VCLMP。 NMOS晶體管Nll連接在節(jié)點(diǎn)Nref—2和節(jié)點(diǎn)Nref之間， 并且NMOS晶體管Nll的柵極接收箝位電壓VCLMP。
圖ll是表示圖4的讀出放大器的另一個(gè)實(shí)施例的圖。
圖11中所示的讀出放大器S/A包括均衡單元600、放大單元610、上拉 單元620、放大單元630、放大激活控制單元640、電流傳感負(fù)載單元650 以及偏壓控制單元660。
均衡單元600包括PMOS晶體管P7 P9。 PMOS晶體管P7連接在電源 電壓VDD端和輸出端OUT之間。PMOS晶體管P8連接在電源電壓VDD 端和輸出端/OUT之間。PMOS晶體管P9連接在輸出端OUT和/OUT之間。 PMOS晶體管P7 P9具有接收讀出放大器使能信號(hào)SEN的公共柵極。
放大單元610包括PMOS晶體管P10、 Pll和NMOS晶體管N12、 N13。 PMOS晶體管P10、 Pll與NMOS晶體管N12、 N13交叉耦接。PMOS晶體 管P10和NMOS晶體管N12的源極/漏極連接到輸出端OUT,并且PMOS 晶體管Pll和NMOS晶體管N13的源極/漏極連接到輸出端/OUT。
上拉單元620包括PMOS晶體管P12 P14。 PMOS晶體管P12連接在電 源電壓VDD端和節(jié)點(diǎn)Nsabl之間，并且PMOS晶體管P12的柵極接收讀出 放大器使能信號(hào)SEN。 PMOS晶體管P14連接在電源電壓VDD端和節(jié)點(diǎn) Nsaref之間，并且PMOS晶體管P14的柵極接收讀出放大器使能信號(hào)SEN。 PMOS晶體管P13連接在節(jié)點(diǎn)Nsabl和節(jié)點(diǎn)Nsaref之間，并且PMOS晶體管 P13的柵極接收讀出放大器使能信號(hào)SEN。
放大單元630包括NMOS晶體管N14、 N15。 NMOS晶體管N14連接 在節(jié)點(diǎn)Nsabl和NMOS晶體管N16之間，并且NMOS晶體管N14的柵極連
接到節(jié)點(diǎn)Nbl—2。NMOS晶體管N15連接在節(jié)點(diǎn)Nsaref和NMOS晶體管N16 之間，并且NMOS晶體管N15的柵極接收參考電壓Nref—2。
放大激活控制單元640包括NMOS晶體管N16。 NMOS晶體管N16連 接在放大單元630和地電壓GND端之間，并且NMOS晶體管N16的柵極接 收讀出放大器使能信號(hào)SEN。
電流傳感負(fù)載單元650包括PMOS晶體管P15、 P16。 PMOS晶體管P15 連接在電源電壓VDD端和節(jié)點(diǎn)Nb1—2之間，并且PMOS晶體管P15的柵極 ^接收負(fù)載電壓Vload。 PMOS晶體管P16連^r在電源電壓VDD端和節(jié)點(diǎn) Nref—2之間，并且PMOS晶體管P16的柵極接收負(fù)載電壓Vload。
偏壓控制單元660包括NMOS晶體管N17、 N18。 NMOS晶體管N17 連接在節(jié)點(diǎn)Nbl—2和節(jié)點(diǎn)Nbl之間，并且NMOS晶體管N17的柵極接收箝 位電壓VCLMP。 NMOS晶體管N18連接在節(jié)點(diǎn)Nref—2和節(jié)點(diǎn)Nref之間， 并且NMOS晶體管N18的柵極接收箝位電壓VCLMP。
圖12是表示圖4的讀出放大器S/A的另一個(gè)實(shí)施例的電路圖。
圖4的讀出放大器S/A包括均衡單元700、放大單元710、上拉單元720、 放大單元730、放大激活控制單元740、電流傳感負(fù)載單元750以及偏壓控 制單元760。
均衡單元700包括PMOS晶體管P17 P19。 PMOS晶體管P17連接在電 源電壓VDD端和輸出端OUT之間。PMOS晶體管P18連接在電源電壓VDD 端和輸出端/OUT之間。PMOS晶體管P19連接在輸出端OUT和/OUT之間。 PMOS晶體管P17 P19具有接收讀出放大器使能信號(hào)SEN的公共柵極。
放大單元710包括PMOS晶體管P20、 P21和NMOS晶體管N19、 N20。 PMOS晶體管P20、 P21與NMOS晶體管N19、 N20交叉耦接。PMOS晶體 管P20和NMOS晶體管N19的源極/漏極連接到輸出端OUT,并且PMOS 晶體管P21和NMOS晶體管N20的源極/漏極連接到輸出端/OUT。
上拉單元720包括PMOS晶體管P22~P24。 PMOS晶體管P22連接在電 源電壓VDD端和節(jié)點(diǎn)Nsabl之間，并且PMOS晶體管P22的柵極接收讀出 放大器使能信號(hào)SEN。 PMOS晶體管P24連接在電源電壓VDD端和節(jié)點(diǎn) Nsaref之間，并且PMOS晶體管P24的柵極接收讀出放大器使能信號(hào)SEN。 PMOS晶體管P23連接在節(jié)點(diǎn)Nsabl和節(jié)點(diǎn)Nsaref之間，并且PMOS晶體管 P23的柵極接收讀出放大器使能信號(hào)SEN。
放大單元730包括NMOS晶體管N21、 N22。 NMOS晶體管N21連接 在節(jié)點(diǎn)Nsabl和NMOS晶體管N23之間，并且NMOS晶體管N21的柵極連 接到節(jié)點(diǎn)Nbl—2。NMOS晶體管N22連接在節(jié)點(diǎn)Nsaref和NMOS晶體管N23 之間，并且NMOS晶體管N22的柵極接收參考電壓Nref_2。
放大激活控制單元740包括NMOS晶體管N23。 NMOS晶體管N23連 接在放大單元730和地電壓GND端之間，并且NMOS晶體管N23的柵極接 收讀出放大器使能信號(hào)SEN。
電流傳感負(fù)載單元750包括負(fù)載電阻器Rload3、 Rload4。負(fù)載電阻器 Rload3連接在電源電壓VDD端和節(jié)點(diǎn)Nbl—2之間。負(fù)載電阻器Rload4連接 在電源電壓VDD端和節(jié)點(diǎn)Nref一2之間。
偏壓控制單元760包括NMOS晶體管N24、 N25。 NMOS晶體管N24 連接在節(jié)點(diǎn)Nbl_2和節(jié)點(diǎn)Nbl之間，并且NMOS晶體管N24的柵極接收箝 位電壓VCLMP。 NMOS晶體管N25連接在節(jié)點(diǎn)Nref—2和節(jié)點(diǎn)Nref之間， 并且NMOS晶體管N25的柵極接收箝位電壓VCLMP。
圖13是示出用于圖解說明圖IO所示的讀出放大器的第一和第二放大單 元510、 530的波形圖。
當(dāng)箝位電壓VCLMP升到某一個(gè)電平時(shí)，導(dǎo)通NMOS晶體管NIO、 Nil 以傳輸位線BL的數(shù)據(jù)電流Idata給節(jié)點(diǎn)Nbl,并且傳輸參考位線的參考電流 Iref給節(jié)點(diǎn)Nref。從圖10中可知，通過箝位電壓VCLMP控制NMOS晶體 管N10、 Nil的柵極電壓。
電流傳感負(fù)載單元550包括負(fù)載電阻器Rloadl 、 Rload2。依照負(fù)載電阻 器Rloadl 、Rload2的負(fù)載值將位線BL和參考位線的電流轉(zhuǎn)換為節(jié)點(diǎn)Nbl—2、 Nref_2的傳感電壓值。
讀出放大器使能信號(hào)SEN控制放大激活控制單元540。基于放大激活控 制單元540的激活狀態(tài)激活放大單元510、 530。放大單元530利用NMOS 晶體管N7、 N8的增益放大節(jié)點(diǎn)Nbl—2和參考電壓Nref一2的值。
節(jié)點(diǎn)Nsabl、 Nsaref的兩端都依照上拉單元520的操作在預(yù)充電時(shí)段期 間被預(yù)充電到高電平。預(yù)充電處理改進(jìn)讀出放大器S/A的第一放大特性。在 時(shí)段tl期間表示了這種改進(jìn)，節(jié)點(diǎn)Nsabl、 Nsaref的兩端都被下拉以具有放 大的電壓值。將在放大單元530所放大的電壓傳輸給放大單元510,從而改 進(jìn)讀出放大器S/A的第二放大特性。
放大單元510將放大單元530的增益放大以改進(jìn)讀出放大器S/A的偏移 特性。均衡單元500在預(yù)充電時(shí)段期間將放大單元510的輸出信號(hào)預(yù)充電到 高電平。
圖14是示出用于圖解說明圖IO的讀出放大器的操作電壓的時(shí)序圖。圖 14也表示在兩個(gè)讀周期中的數(shù)據(jù)"1"和數(shù)據(jù)"0"的電流傳感梯:作的時(shí)序圖。
在讀周期n，當(dāng)列選擇信號(hào)CS和參考列選擇信號(hào)REFCS被激活時(shí)，單 元的數(shù)據(jù)電流Idata和參考電流Iref開始流動(dòng)。在預(yù)定的時(shí)間之后，激活讀 出放大器使能信號(hào)SEN，并且放大輸出端OUT、/OUT的電壓。數(shù)據(jù)電流Idata 大于參考電流Iref;因而，將輸出端OUT以高電平輸出，并將輸出端/OUT 以4氐電平l餘出。
在讀周期n+l，當(dāng)列選擇信號(hào)CS和參考列選擇信號(hào)REFCS被激活時(shí)， 單元的數(shù)據(jù)電流Idata和參考電流Iref開始流動(dòng)。在預(yù)定的時(shí)間之后，激活 讀出放大器使能信號(hào)SEN，并且放大輸出端OUT、 /OUT的電壓。數(shù)據(jù)電流 Idata小于參考電流Iref，因而，將輸出端OUT以低電平輸出，并將輸出端 /OUT以高電平輸出。
如上所述，依照本發(fā)明的實(shí)施例的相變存儲(chǔ)器件利用具有相變電阻器的 相變存儲(chǔ)器件中的參考單元陣列，改進(jìn)參考電流的穩(wěn)定性和精確性。
時(shí)元件的參考單元陣列，改進(jìn)讀出放大器的傳感效率。
另外，相變存儲(chǔ)器件改進(jìn)具有相變電阻器的相變存儲(chǔ)器件中的讀出放大 器的偏移特性。
盡管已經(jīng)描述了與本發(fā)明一致的許多例證性的實(shí)施例，但是應(yīng)該認(rèn)識(shí) 到，那些本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想出屬于該公開的原理的精神和范圍的許多其 它修改和實(shí)施例。特別地，在該公開、附圖以及附隨的權(quán)利要求書的范圍內(nèi) 的組成部分和/或排列中，許多變化和修改是可能的。除組成部分和/或排列 中的變化和修改之外，對(duì)于那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說作為另外選擇的使用 同樣也是顯而易見的。
相關(guān)申請(qǐng)交叉引用
本申請(qǐng)要求于2007年7月24日公開的韓國專利申請(qǐng)?zhí)?0-2007-73851 的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過引用并入這里。
權(quán)利要求
1、一種相變存儲(chǔ)器件，包括單元陣列塊，包括一個(gè)或多個(gè)相變電阻單元，在一條或多條字線和一條或多條位線的交叉點(diǎn)上形成每個(gè)相變電阻單元；參考單元陣列塊，配置成輸出參考電流，所述參考單元陣列塊包括一個(gè)或多個(gè)參考單元，在字線和參考位線的交叉點(diǎn)上形成每個(gè)參考單元；列選擇單元，連接到所述單元陣列塊的一條或多條位線的每一條，并且配置成選擇連接到所述單元陣列塊的一條或多條位線的一條或多條；參考列選擇單元，連接到所述參考單元陣列塊的參考位線，并且配置成選擇所述參考位線；以及讀出放大器，連接到所述列選擇單元和所述參考列選擇單元，并且依照所述參考單元陣列塊的參考電流以及由所述列選擇單元所選擇的位線的單元數(shù)據(jù)電流進(jìn)行放大。
2、 依照權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器件，進(jìn)一步包括參考電阻器， 連接到所述參考列選擇單元和所述讀出放大器之間的參考位線。
3、 依照權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，所述一個(gè)或多個(gè)相變 電阻單元的每一個(gè)包括相變電阻器，配置成保存與相變對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，其中所述相變依賴于施加 于所述相變電阻器的電流的電平而發(fā)生；以及二極管元件，連接在所述相變電阻器和相應(yīng)的字線之間。
4、 依照權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，所述一個(gè)或多個(gè)參考 單元的每一個(gè)包括二極管元件，連接在所述參考位線和字線之間。
5、 依照權(quán)利要求4所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，所述參考單元陣列塊 進(jìn)一步包括相變電阻器，配置成存儲(chǔ)與依賴于流過所述相變電阻器的電流 而發(fā)生的相變對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。
6、 依照權(quán)利要求4所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，所述二極管元件是具 有連接到所述參考位線的P型區(qū)和連接到所述字線的N型區(qū)的PN二極管。
7、 依照權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，所述列選擇單元包括 一個(gè)或多個(gè)列選擇開關(guān)，其中所述列選擇開關(guān)之一連接在所.述一條或多條位 線的每一條和所述讀出放大器之間，并且通過列選擇信號(hào)控制每個(gè)列選擇開 關(guān)。
8、 依照權(quán)利要求7所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，所述列選擇開關(guān)包括 NMOS晶體管。
9、 依照權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，所述參考列選擇單元 包括列選擇開關(guān)，連接在所述參考位線和所述讀出放大器之間，并且通過參 考列選擇信號(hào)控制。
10、 依照權(quán)利要求9所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，所述參考列選擇開關(guān) 包括NMOS晶體管。
11、 依照權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，所述一條或多條位線 共享單個(gè)讀出放大器。
12、 依照權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，所述位線的重置電阻 值大于參考電阻，并且置位電阻小于所述參考電阻。
13、 依照權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，所述位線中流動(dòng)的重 置電流小于所述參考電流，并且置位電流小于所述參考電流。
14、 依照權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，所述讀出放大器包括 均衡單元，配置成在預(yù)充電時(shí)段期間預(yù)充電所述讀出放大器的輸出端； 放大單元，配置成依照位線電壓端和參考電壓端的電壓電平將所述輸出端的電壓》丈大；上拉單元，配置成在預(yù)充電時(shí)段期間在所述放大單元的輸入節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行 上拉操作；放大激活控制單元，配置成響應(yīng)于讀出放大器使能信號(hào)控制所述放大單 元的激活；電流傳感負(fù)載單元，配置成將所述單元數(shù)據(jù)電流和所述參考電流轉(zhuǎn)換為 位線節(jié)點(diǎn)和參考節(jié)點(diǎn)的電壓電平；以及偏壓控制單元，配置成依照箝位電壓控制所述參考電流和所述單元數(shù)據(jù) 電流。
15、 依照權(quán)利要求14所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，所述放大單元包括 第一放大單元，配置成放大所述位線節(jié)點(diǎn)和所述參考節(jié)點(diǎn)的電壓；以及 第二放大單元，配置成放大所述第一放大單元的電壓。
16、 依照權(quán)利要求14所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，所述上拉單元包括 第一PMOS晶體管，連接在所述輸入節(jié)點(diǎn)之間，其中所述第一PMOS晶體 管的柵極接收所述讀出放大器使能信號(hào)。
17、 依照權(quán)利要求16所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，所述上拉單元進(jìn)一 步包括第二PMOS晶體管，連接在電源電壓端和所述位線節(jié)點(diǎn)之間，其中所述 第二PMOS晶體管的柵極接收所述讀出放大器使能信號(hào)；以及第三PMOS晶體管，連接在所述電源電壓端和所述參考節(jié)點(diǎn)之間，其中 所述第三PMOS晶體管的柵極接收所述讀出放大器使能信號(hào)。
18、 依照權(quán)利要求14所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，所述電流傳感負(fù)載 單元包括第一負(fù)載電阻器，連接在電源電壓端和所述位線節(jié)點(diǎn)之間；以及 第二負(fù)載電阻器，連接在所述電源電壓端和所述參考節(jié)點(diǎn)之間。
19、 依照權(quán)利要求14所述的相變存儲(chǔ)器件，其中，所述電流傳感負(fù)載 單元包括第四晶體管，連接在電源電壓端和所述位線節(jié)點(diǎn)之間，并且具有接收負(fù) 載電壓的一冊(cè)一及；以及第五晶體管，連接在所述電源電壓端和所述參考節(jié)點(diǎn)之間，并且具有接 收所述負(fù)載電壓的柵極。
20、 一種相變存儲(chǔ)器件，包括多個(gè)單元陣列塊，每個(gè)單元陣列塊包括在字線和位線的交叉點(diǎn)上形成的 一個(gè)或多個(gè)相變電阻單元；多個(gè)列選擇單元，每個(gè)列選擇單元被連接到所述多個(gè)單元陣列塊之一， 并且配置成選擇連接到所連接的一個(gè)單元陣列塊的一條或多條位線的一條 或多條；單個(gè)參考單元陣列塊，配置成輸出參考電流，所述參考單元陣列塊包括 一個(gè)或多個(gè)參考單元，在字線和參考位線的交叉點(diǎn)上形成每個(gè)參考單元；參考列選擇單元，連接到所述單個(gè)參考單元陣列塊的參考位線，并且配 置成選擇所述參考位線；以及多個(gè)讀出放大器，每個(gè)讀出放大器被連接到所述列選擇單元之一和所述 單個(gè)參考列選擇單元，并且每個(gè)讀出放大器依照所述單個(gè)參考單元陣列塊的 參考電流以及由所述列選擇單元所選擇的位線的單元數(shù)據(jù)電流進(jìn)行放大。
21、 一種相變存儲(chǔ)器件，包括 多個(gè)單元陣列塊，每個(gè)單元陣列塊包括在字線和位線的交叉點(diǎn)上形成的一個(gè)或多個(gè)相變電阻單元；多個(gè)列選擇單元，每個(gè)列選擇單元被連接到所述多個(gè)單元陣列塊之一， 并且配置成選擇所連接的單元陣列塊的 一條或多條位線的 一條或多條；多個(gè)參考單元陣列塊，每個(gè)參考單元陣列塊與所述多個(gè)單元陣列塊之一對(duì)應(yīng)，其中每個(gè)參考單元陣列塊被配置成輸出參考電流，并且每個(gè)參考單元 陣列塊包括一個(gè)或多個(gè)參考單元，在字線和參考位線的交叉點(diǎn)上形成每個(gè)參 考單元；多個(gè)參考列選擇單元，每個(gè)參考列選擇單元被連接到所述多個(gè)參考單元 陣列塊之一，并且配置成選擇所連接的參考單元陣列塊的參考位線；以及多個(gè)讀出放大器，每個(gè)讀出放大器被連接到所述列選擇單元之一和相應(yīng) 的參考列選擇單元，并且每個(gè)讀出放大器依照所述參考位線的參考電流以及 由所述列選擇單元所選擇的位線的單元數(shù)據(jù)電流進(jìn)行放大。
全文摘要
一種相變存儲(chǔ)器件包括與多條字線交叉的多條位線和一條參考位線。單元陣列塊具有在字線和位線交叉的地方排列的相變電阻單元。參考單元陣列塊，配置成輸出參考電流，并且在字線和參考位線交叉的地方形成。列選擇單元，配置成選擇連接到單元陣列塊的相應(yīng)的位線。參考列選擇單元連接到參考單元陣列塊，并且配置成選擇參考位線。讀出放大器連接到列選擇單元和參考列選擇單元，并且配置成接收參考電流和位線的單元數(shù)據(jù)電流。
文檔編號(hào)G11C16/02GK101364434SQ20081016869
公開日2009年2月11日 申請(qǐng)日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月24日
發(fā)明者姜熙福, 洪錫敬 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司