在存儲單元中迅速儲存數據而無電壓損耗的方法及裝置的製作方法
2023-05-07 03:58:06 2
專利名稱：在存儲單元中迅速儲存數據而無電壓損耗的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種存儲裝置，尤其涉及一種在重新儲存和寫入數據時，用於防止存儲單元中儲存的數據可靠性降低的裝置及方法。
背景技術：
一般而言，為了從存儲單元讀取數據，要通過激活字線，將存儲單元中的數據感應在位線上，然後驅動位線讀出放大器，以放大在位線上的感應電壓。之後，需要將位線上的放大的單位電壓重新儲存到存儲單元。當驅動寫入操作，以將來自外部電路的數據儲存在存儲單元中時，將位線上的放大電壓的反相或非反相電壓儲存在存儲單元中。存儲操作區可以為重新儲存區和寫入區的其中之一，其中在位線上的該放大電壓電平被儲存在存儲單元中。
參考圖1，存儲單元11O連接到位線BL和字線WL，讀出放大器120連接到一對位線BL和/BL。字線WL由行解碼器/字線驅動器140驅動。特定字線響應通過激活命令激活的字線控制信號WL_crt，和對應通過行地址信號row_add產生的解碼信號而被激活。因為單元存取電晶體為NMOS電晶體，而且當位線電勢轉移到單元時，臨限電壓Vt會應用到位線，所以會造成臨限電壓的電壓損失。為了補償此臨限電壓損失，應用高壓電平Vpp到字線，而且提供高壓產生器130，以產生高於存儲器的外部電壓電平的高壓電平Vpp。驅動電壓產生器160通過在讀出放大器控制器(未示)中激活的使能信號rtoen和sben使能，然後將驅動電壓信號RTO和SB轉移到位線讀出放大器120。
圖2A為在邏輯高電平數據(H)被儲存在單元中的情形下，重新儲存操作的波形。用於字線的高壓電平Vpp被激活命令激活(即，行激活信號rowact被激活)，然後當存取電晶體通過激活字線WL導通時，通過電荷分配，將單元數據感應在位線BL上。即，在位線BL上的電勢增加一點，位線/BL的電勢則保持在預充電平Vdd/2。結果，儲存在單元中的數據電壓造成位線BL和/BL之間產生電壓差(ΔV)(圖2A中的區域A)。
在預定感測邊限時間之後，若使能信號rtoen和sben通過讀出放大器控制器使能，則可以驅動驅動電壓產生器160和讀出放大器120，所以可以將小電壓(ΔV)放大。因此，位線BL的電壓電平會變成電壓電平Vdd，而位線/BL的電壓電平則變成接地電壓電平GND(圖2A中的區域B)。
雖然位線BL和/BL被分別完全放大為電壓電平Vdd和接地電壓電平GND，但是因為這些放大的電壓電平要重新儲存在存儲單元中，所以字線WL應該通過重新儲存操作被連續激活(圖2A中的區域C)。
在完成重新儲存操作之後，字線通過預充電命令被非激活，而位線BL和/BL隨著小電壓差的解除而被預充電(圖2A中的區域D)。
圖2B為在邏輯高電平數據(H)被寫入存儲單元的情形下，寫入操作的波形。
用於字線的高壓電平Vpp通過激活命令激活(即，行激活信號rowact被激活)，然後當存取電晶體通過激活字線WL導通時，通過電荷分配，將單元數據感應在位線BL上。即，在位線BL上的電勢會增加一點，而位線/BL的電勢則保持在預充電平Vdd/2。結果，儲存在單元中的數據電壓造成位線BL和/BL之間產生電壓差(ΔV)(圖2B中的區域A)。
在預定感測邊限時間之後，若使能信號rtoen和sben通過讀出放大器控制器使能，則可以驅動驅動電壓產生器160和讀出放大器120，所以可以將電壓差(ΔV)放大。因此，位線BL的電壓電平變成電壓電平Vdd，而位線/BL的電壓電平則變成接地電壓電平GND(圖2B中的區域B)。
響應寫入命令，高壓電平″H″通過寫入驅動器(圖1中未示)應用到位線BL，使得在位線BL和/BL發生高壓電平的反相，而且因為字線被激活，所以單元電壓就順從位線的電勢變化(圖2B中的區域C)。
最後，在已完成寫入操作之後，字線通過預充電命令被非激活，而位線BL和/BL則預充電到相同的電壓電平。
參考圖2A和圖2B中的區域C，其中位線電壓應用到存儲單元，儲存在存儲單元中的單元電壓低於位線電壓，所以儲存在存儲單元中的邏輯高電平電壓″H″不足以保證單元數據的可靠性。儲存在存儲單元中的單元電壓低於位線電壓的原因就是使用外部電壓Vext的高壓電平Vpp相對較低，所以字線上的高壓電平Vpp並不能克服存取電晶體的臨限電壓Vt。此外，隨著電路集成度的增加，因為內部操作電壓減少，也會造成此問題。即，在高集成度電路設計時，因為接觸製程變得更難，所以存取電晶體的尺寸會變得更小，而接觸電阻會變得更高。雖然不會產生外部電壓降，但是，若在接觸過程有發生問題，就無法正常完成高壓轉移。結果，製造過程中的接觸問題會使單元壓降和外部壓降相同。
如上所述，在傳統的存儲裝置中，製造過程中的接觸問題和外部電壓降都會使存儲單元中有電壓降。此阻礙單元數據的可靠性的單元電壓降會產生預充電壓電平不被考慮的情形。
發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種當在半導體存儲裝置中驅動重新儲存操作和寫入操作時，用於防止單元數據的可靠度降低的裝置和方法。
本發明的另一目的在於提供一種用於減少寫入追溯操作期間的恢復時間(tWR)的裝置和方法。
根據本發明的一個方面，提供一種半導體存儲裝置，包括用於提高外部電壓電平，然後產生第一高壓電平的高壓產生裝置；用於響應命令信號，發出在重新儲存區和寫入區激活的拉升控制信號的拉升控制信號產生裝置；拉升單元，用於從高壓產生裝置輸出第一高壓電平，或用於提高高壓電平，以響應從拉升控制信號產生器輸出的拉升控制信號，產生第二高壓脈衝電平(pulse level)，其中第二高壓脈衝電平高於第一高壓電平；以及在重新儲存和寫入區，用於使用第一高壓電平驅動字線WL，和用於使用從拉升單元輸出的第二高壓脈衝電平驅動字線WL的字線驅動裝置。
根據本發明的另一方面，提供一種用於驅動半導體存儲裝置的方法，包括下列步驟響應激活命令，將字線激活在第一高壓電平，並將單元數據的小電壓感應在位線上，其中第一高壓電平高於外部電壓電平；將位線上的小電壓放大；將字線激活在第二高壓電平，而且將放大的電壓重新儲存在位線上，其中第二高壓電平高於第一高壓電平；以及響應預充電命令，非激活字線，且預充電位線。
根據本發明的另一方面，提供一種用於驅動半導體存儲裝置的方法，包括下列步驟響應激活命令，將字線激活在第一高壓電平，而且將單元數據的小電壓感應在位線上，其中第一高壓電平高於外部電壓電平；將位線上的小電壓放大；將字線激活在第二高壓電平，而且將放大的電壓重新儲存在位線上，其中第二高壓電平高於第一高壓電平；以及響應預充電命令，非激活字線，且預充電位線。
根據本發明的另一方面，提供一種半導體存儲裝置，包括使用外部電壓電平產生驅動電壓電平的驅動電壓產生裝置；響應命令信號，產生在重新儲存區和寫入區激活的拉升控制信號的拉升控制信號產生裝置；用於從驅動電壓產生裝置轉移驅動電壓電平，或提高外部電壓電平的拉升裝置，以輸出高於外部電壓電平的高壓電平；以及用於接收外部電壓電平或來自拉升裝置的高壓電平，且將選取的存儲單元的位線電壓放大的位線讀出放大器。
根據本發明的另一方面，提供一種驅動半導體存儲裝置的方法，包括下列步驟使用外部電壓電平，將對應感應在位線上的單元數據的電壓電平放大；使用高於外部電壓電平的高壓電平，將放大的電壓電平重新儲存在位線上；以及非激活字線且預充電位線。
根據本發明的另一方面，提供一種驅動半導體存儲裝置的方法，包括下列步驟當通過第一高壓電平激活字線時，使用外部電壓電平，將對應感應在位線上的單元數據的電壓電平放大；當通過第二高壓電平激活字線時，響應寫入命令，將對應輸入數據的電壓電平應用到位線上，而且將放大的電壓電平寫入到位線上，其中第二高壓電平高於第一高壓電平；以及非激活字線並預充電位線。
通過下述優選實施例結合附圖的描述，本發明的上述及其它目的與特點將會變得更加明顯，其中圖1為傳統字線和讀出放大器的框圖；圖2A為在邏輯高電平數據(H)被儲存在圖1的單元中的情形下，重新儲存操作的波形圖；圖2B為在邏輯高電平數據(H)被寫入圖1的存儲單元中的情形下，寫入操作的波形圖；圖3為根據本發明第一實施例的字線和讀出放大器的框圖；圖4A為圖3的拉升控制信號產生器的詳細框圖；
圖4B為圖3的拉升單元的詳細框圖；圖5A為根據本發明的第一實施例的重新儲存操作的波形圖；圖5B為根據本發明的第一實施例的寫入操作的波形圖；圖6為根據本發明第二實施例的字線和讀出放大器的框圖；及圖7為說明圖6的寫入操作的波形。
具體實施例方式
下面，將參考附圖詳細說明本發明的最佳實施例。
第一實施例參考圖3，本發明第一實施例的存儲裝置包括連接到字線WL和位線BL的存儲單元310；提高外部電壓電平Vext，然後產生高壓電平Vpp的高壓產生器320；響應命令信號，發出在重新儲存區和寫入區激活的拉升控制信號ctr_all的拉升控制信號產生器330；拉升單元340，輸出來自高壓產生器320的高壓電平Vpp，或提高高壓電平Vpp，以響應來自拉升控制信號產生器330的拉升控制信號ctr_all，產生高壓脈衝電平Vpp+；及使用來自拉升單元340的高壓脈衝電平Vpp+或高壓電平Vpp，驅動由字線解碼器所選擇的字線WL的字線驅動器350(包括解碼器)。
圖4A為圖3的拉升控制信號產生器330的詳細框圖，而圖4B為圖3的拉升單元340的詳細框圖。
首先，參考圖4A，拉升控制信號產生器330包括產生控制信號SEL的控制信號產生器410，其響應命令信號，如行激活信號rowact和寫入信號write，在重新儲存區和寫入區被激活；緩衝控制信號SEL，然後產生開關控制信號SW_ctr的開關控制信號產生器420；及緩衝且延遲控制信號SEL，然後產生拉升信號CAP_ctr的拉升信號產生器430。
參考圖4B，拉升單元340包括形成在高壓產生器320的輸出端和字線驅動器350的驅動電壓端483之間的電源；在重新儲存或寫入區，導通或關閉電源的開關460；及在重新儲存或寫入區，將開關460的第一高壓電平增加到第二高壓電平的電容器470。
開關460包括響應開關控制信號SW_ctr，轉移電源電壓到電容器470的PMOS電晶體，電容器470包括具有源極和漏極連接到拉升信號CAP_ctr，而柵極則接收開關460的輸出信號的NMOS電晶體。此處應該注意，開關460和電容器470可以通過不同的邏輯電路執行，以完成相同的邏輯操作。
圖5A為本發明的第一實施例的重新儲存操作的波形。用於字線的高壓電平Vpp通過激活命令激活(即，行激活信號rowact被激活)，然後當存取電晶體通過激活的字線WL導通時，通過電荷分配，將單元數據感應在位線BL上。即，在位線BL上的電勢會增加一點，而位線/BL的電勢則保持在預充電準位Vdd/2。結果，儲存在單元中的數據電壓造成位線BL和/BL之間產生電壓差ΔV(圖5A中的區域A)。
在預定感測邊限時間之後，驅動位線讀出放大器，使得電壓差(ΔV)被放大。因此，位線BL的電壓電平變成電壓電平Vdd，而位線/BL的電壓電平則變成接地電壓電平GND(圖5A中的區域B)。
然後，在字線激活的狀態下，在放大位線BL上的電壓電平Vdd被重新儲存在存儲單元中(圖5A的區域B)。此時，通過高壓脈衝電平Vpp+激活字線WL，其中高壓脈衝電平Vpp+高於高壓電平Vpp，而且字線WL通過拉升控制信號產生器330和拉升單元340產生。通過應用高壓脈衝電平Vpp到字線WL，在重新儲存區中的單元電壓保持在令人滿意的高可靠性。
在完成重新儲存操作之後，字線通過預充電命令被非激活，而位線BL和/BL隨著電壓差的解除而被預充電(圖5A中的區域D)。
圖5B為本發明的第一實施例的寫入操作的波形。
用於字線的高壓電平Vpp被激活命令激活(即，行激活信號rowact被激活)，然後當存取電晶體通過激活字線WL導通時，通過電荷分配，將單元數據感應在位線BL上。即，在位線BL上的電勢增加一點，而位線/BL的電勢則保持在預充電準位Vdd/2。結果，儲存在單元中的數據電壓造成在位線BL和/BL之間產生電壓差ΔV(圖5B中的區域A)。
在預定感測邊限時間之後，驅動位線讀出放大器，使得電壓差(ΔV)被放大。因此，位線BL的電壓電平會變成電壓電平Vdd，而位線/BL的電壓電平則變成接地電壓電平GND(圖5B中的區域B)。
高壓電平″H″響應寫入命令，通過寫入驅動器(未示)應用到位線BL，使得在位線BL和/BL上的高壓電平發生反相，因為字線被激活，所以單元電壓就順從位線的電勢變化(圖5B中的區域C)。不同於傳統的存儲裝置，高壓脈衝電平Vpp+被應用到區域C的字線WL。因此，如圖5B所示，要儲存在存儲單元中的單元電壓，在位線BL上不會有任何的數據電壓損失。此外，因為應用到字線WL的高壓脈衝電平VPP+的增加，造成寫入恢復時間tWR縮短，所以可以迅速完成數據電壓反相。
第二實施例參考圖6，本發明第二實施例的存儲裝置包括連接到字線WL和位線BL的存儲單元610；使用外部電壓Vext產生位線讀出放大器620的驅動電壓電平的驅動電壓(RTO)產生器630；響應命令信號，發出在重新儲存區和寫入區激活的拉升控制信號ctr_all的拉升控制信號產生器640；轉移驅動電壓(RTO)產生器630的輸出信號到位線讀出放大器620，或響應拉升控制信號ctr_all，產生高壓驅動信號RTO+的拉升單元650。位線讀出放大器620接收外部電壓電平Vext的電壓驅動信號RTO，或高於外部電壓電平Vext的電壓驅動信號RTO+，作為讀出放大器信號。
因為拉升控制信號產生器640和拉升單元650與圖4A和圖4B中所說明的相同，所以將省略詳細說明。
圖7為圖6的寫入操作的波形圖。如圖7所示，在寫入恢復區(圖7中的區域C)，當位線讀出放大器620接收高於外部電壓電平Vext的電壓驅動信號RTO+，作為讀出放大器驅動信號時，在位線BL上的電壓電平增加，而因為位線電勢的增加，所以要儲存在存儲單元中的單元數據會增加，因此可以更加保證數據的可靠性。
另一方面，因為圖7的恢復的詳細程序與圖5B中所說明的相同，所以雖然省略詳細說明，但是本領域的普通技術人員可以很容易了解數據的讀取和寫入操作。
如上所述，根據本發明，存儲裝置可以保證數據在重新儲存和寫入恢復操作時的可靠性。因為數據可靠，所以存儲裝置的合格率會增加。此外，存儲裝置在很窄的操作電壓下，可以得到可靠的數據，所以存儲裝置的合格率會增加。
雖然結合具體實施例對本發明進行了描述，但本領域的技術人員可以在不脫離權利要求所定義的本發明範圍和精神的情況下，做出各種修改、增加和替換。在本發明中，拉升控制信號是使用行激活信號和寫入信號所產生的；但是，本發明也可以採用其它能夠檢測重新儲存區域或寫入恢復區的信號。
權利要求
1.一種半導體存儲裝置，包括用於提高外部電壓電平，然後產生第一高壓電平的高壓產生裝置；用於響應命令信號，發出在重新儲存區和寫入區激活的拉升控制信號的拉升控制信號產生裝置；用於輸出來自所述高壓產生裝置的所述第一高壓電平，或提高所述高壓電平，以產生第二高壓脈衝電平的拉升單元，以響應來自所述拉升控制信號產生裝置的拉升控制信號，其中第二高壓脈衝電平高於第一高壓電平；以及在重新儲存區和寫入區，用於使用第一高壓電平驅動字線WL，和用於使用來自拉升單元的第二高壓脈衝電平驅動字線WL的字線驅動裝置。
2.如權利要求1所述的半導體存儲裝置，其特徵在於字線驅動裝置由第一高壓電平驅動，而且在存儲器操作區，在第一高壓電平激活字線，其中存儲單元數據感應在位線上，然後被感應的單元數據被放大，其中字線驅動裝置由第二高壓電平驅動，而且在存儲器操作區，在第二高壓電平激活字線，其中在位線上的存儲單元數據被重新儲存在存儲單元中。
3.如權利要求1所述的半導體存儲裝置，其特徵在於字線驅動裝置通過第一高壓電平驅動，然後在存儲器操作區，將字線激活在第一高壓電平，其中存儲單元數據被感應在位線上，然後放大被感應的單元數據，及其中字線驅動裝置通過第二高壓電平驅動，然後在寫入操作區，將字線激活在第二高壓電平，其中響應寫入命令，將在位線上的外部輸入數據重新儲存在存儲單元中。
4.如權利要求1所述的半導體存儲裝置，其特徵在於拉升單元包括形成在高壓產生裝置的輸出端和字線驅動裝置的驅動電壓端之間的電源；在重新儲存區和寫入區，用於導通或關閉電源的開關裝置；及在重新儲存區和寫入區，用於增加開關裝置的第一高壓電平到第二高壓電平的電容器。
5.如權利要求4所述的半導體存儲裝置，其特徵在於所述拉升控制信號產生裝置包括用於產生控制信號的控制信號產生器，其響應命令信號，在預充電區和寫入區被激活；用於緩衝所述控制信號和控制所述開關裝置的開關控制信號產生裝置；以及用於緩衝並延遲所述控制信號的拉升信號產生裝置。
6.如權利要求5所述的半導體存儲裝置，其特徵在於所述開關裝置包括響應開關控制信號，轉移電源電壓的MOS電晶體。
7.如權利要求5所述的半導體存儲裝置，其特徵在於所述拉升單元包括其源極及漏極連接到拉升信號，而柵極接收所述開關裝置的輸出信號的MOS電晶體。
8.如權利要求1所述的半導體存儲裝置，其特徵在於所述開關控制信號和拉升信號在重新儲存區和寫入區被激活，其中開關控制信號在拉升信號之前被激活。
9.一種驅動半導體存儲裝置的方法，包括下列步驟響應激活命令，將字線激活在第一高壓電平，並將單元數據的小電壓感應在位線上，其中第一高壓電平高於外部電壓電平；將位線上的小電壓放大；將字線激活在第二高壓電平，並將放大後的電壓重新儲存在位線上，其中第二高壓電平高於第一高壓電平；以及響應預充電命令，非激活字線，並預充電位線。
10.一種驅動半導體存儲裝置的方法，包括下列步驟響應激活命令，將字線激活在第一高壓電平，並將單元數據的小電壓感應在位線上，其中第一高壓電平高於外部電壓電平；將位線上的小電壓放大；將字線激活在第二高壓電平，並將放大後的電壓重新儲存在位線上，其中第二高壓電平高於第一高壓電平；以及響應預充電命令，非激活字線，並預充電位線。
11.如權利要求10所述的驅動半導體存儲裝置的方法，其特徵在於將位線上的電壓電平寫在存儲單元中的步驟包括將位線上放大的電壓電平反相的步驟。
12.一種半導體存儲裝置，包括使用外部電壓電平來產生驅動電壓電平的驅動電壓產生裝置；響應命令信號，產生在重新儲存區和寫入區激活的拉升控制信號的拉升控制信號產生裝置；用於從驅動電壓產生裝置轉移驅動電壓電平，或提高外部電壓電平的拉升裝置，以輸出高於外部電壓電平的高壓電平；以及用於接收外部電壓電平或來自拉升裝置的高壓電平，且將選取的存儲單元的位線電壓放大的位線讀出放大器。
13.如權利要求12所述的半導體存儲裝置，其特徵在於所述位線讀出放大器接收被感應在位線上的存儲單元數據的外部電壓，然後放大被感應的單元數據，其中位線讀出放大器接收在存儲器操作區中的高壓電平，其中位線上的存儲單元數據被重新儲存在存儲單元中。
14.如權利要求12所述的半導體存儲裝置，其特徵在於所述位線讀出放大器接收在存儲器操作區的外部電壓電平，其中存儲單元數據被感應在位線上，然後被感應的單元數據被放大，其中位線讀出放大器接收在寫入操作區中的高壓電平，位線上的外部輸入數據被儲存在存儲單元中，以響應寫入命令。
15.如權利要求12所述的半導體存儲裝置，其特徵在於所述拉升單元包括形成在高壓產生裝置的輸出端和位線讀出放大器的驅動電壓端之間的電源；在重新儲存區和寫入區，用於導通或關閉電源的開關裝置；及在重新儲存區和寫入區，用於增加開關裝置的輸出電平的拉升單元。
16.如權利要求15所述的半導體存儲裝置，其特徵在於所述拉升控制信號產生裝置包括用於產生控制信號的控制信號產生裝置，其響應命令信號，在預充電區和寫入區被激活；用於緩衝所述控制信號和控制所述開關裝置的開關控制信號產生裝置；以及用於緩衝並延遲所述控制信號的拉升信號產生裝置。
17.如權利要求16所述的半導體存儲裝置，其特徵在於所述開關裝置包括響應開關控制信號，轉移電源電壓的MOS電晶體。
18.如權利要求16所述的半導體存儲裝置，其特徵在於所述拉升單元包括其源極和漏極連接到拉升信號，而柵極接收開關裝置的輸出信號的NMOS電晶體。
19.如權利要求16所述的半導體存儲裝置，其特徵在於開關控制信號和拉升信號在重新儲存區和寫入區被激活，其中開關控制信號在拉升信號之前被激活。
20.一種驅動半導體存儲裝置的方法，包括下列步驟使用外部電壓電平，將對應感應在位線上的單元數據的電壓電平放大；使用高於外部電壓電平的高壓電平，重新儲存位線上放大的電壓電平；以及非激活字線且預充電位線。
21.一種驅動半導體存儲裝置的方法，包括下列步驟當通過第一高壓電平激活字線時，使用外部電壓電平，將對應感應在位線上的單元數據的電壓電平放大；當通過第二高壓電平激活字線時，響應寫入命令，將對應輸入數據的電壓電平應用到位線上，並寫入位線上放大的電壓電平，其中第二高壓電平高於第一高壓電平；以及非激活字線且預充電位線。
22.如權利要求21所述的用於驅動半導體存儲裝置的方法，其特徵在於將位線上的電壓電平寫在存儲單元中的步驟包括將位線上放大的電壓電平反相的步驟。
全文摘要
本發明涉及一種存儲裝置，尤其是一種在重新儲存和寫入數據時，用於防止儲存在存儲單元中的數據的可靠性降低的裝置和方法。本發明的半導體存儲裝置包括用於提高外部電壓電平，然後產生第一高壓電平的高壓產生器；用於響應命令信號，發出在重新儲存區和寫入區激活的拉升控制信號的拉升控制信號產生器；用於輸出來自所述高壓產生器的所述第一高壓電平，或提高所述高壓電平，以產生第二高壓脈衝電平的拉升單元，以響應來自所述拉升控制信號產生器的拉升控制信號，其中第二高壓脈衝電平高於第一高壓電平；以及在重新儲存區和寫入區，用於使用第一高壓電平驅動字線WL，和用於使用來自拉升單元的第二高壓脈衝電平驅動字線WL的字線驅動器。
文檔編號G11C11/408GK1574085SQ20041004550
公開日2005年2月2日 申請日期2004年5月28日 優先權日2003年5月29日
發明者尹錫撤, 李在真 申請人:海力士半導體有限公司