阻變存儲裝置的製作方法

2023-05-13 10:55:16 1

專利名稱：阻變存儲裝置的製作方法
技術領域：
本發明總體而言涉及一種半導體裝置，更具體而言涉及一種包括阻變存儲器單元的半導體裝置。
背景技術：
現有的DRAM包括由電容器構成的存儲器單元，並且通過將電荷充電至存儲器單元或從存儲器單元放電來儲存數據。然而，由於電容器因其特性而具有漏電流，故DRAM的缺點在於它是易失性存儲器。為了克服這個缺點，已開發了非易失性的且不需要保持數據的存儲器。具體地，已嘗試通過修改存儲器單元的結構來實現非易失性。這些嘗試之一是包括阻變存儲器單元的阻變存儲裝置。圖1是示意性地示出現有的阻變存儲裝置的配置的視圖。在圖1中，現有的阻變存儲裝置包括存儲器單元11、第一至第四電晶體N1、N2、N3和N4、以及接地電壓Vss。存儲器單元11由電阻值根據溫度或電流而改變的阻變物質形成，並且根據儲存在存儲器單元11中的數據而具有不同的電阻值。第一電晶體NI提供感測電流以感測儲存在存儲器單元11中的數據。第一電晶體NI接收偏壓VB，並將電源電壓VPPSA施加至感測節點SAI。第二電晶體N2響應於柑位信號VCLAMP而導通，並起到控制施加至存儲器單元11的電壓不超過閾值的作用。第三電晶體N3響應於位線選擇信號BLS而導通，並選擇要實現數據存取的位線。第四電晶體N4響應於字線選擇信號WLS而導通，並選擇要實現數據存取的字線。現有的阻變存儲裝置通過改變感測節點SAI的電壓而感測儲存在存儲器單元11中的數據。第一電晶體NI在被施加偏壓VB時導通，並被配置成將預定的電流量提供給感測節點SAI。電流流經存儲器單元11。因此，感測節點SAI的電壓電平根據存儲器單元11的電阻值而改變。也就是說，當存儲器單元11的電阻值大時，感測節點SAI的電壓具有高電平，而當存儲器單元11的電阻值小時，感測節點SAI的電壓具有低電平。以此方式，在現有的阻變存儲裝置中，將預定的電流量提供給感測節點SAI，並且經由感測節點SAI的電壓電平根據存儲器單元11的電阻值的變化來感測儲存在存儲器單元11中的數據。另外，為了可以靠地感測感測節點SAI的電壓電平根據存儲器單元11的電阻值而來的變化，使用升壓電壓VPPSA作為電源電壓。通常，可以經由泵浦電路將升壓電壓VPPSA產生成電平比外部電壓更高的電壓。

發明內容
本發明描述一種能夠通過感測根據儲存在存儲器單元中的數據的電流變化來有效地執行數據感測的阻變存儲裝置。在一個實施例中，一種阻變存儲裝置包括:感測電壓發生單元，所述感測電壓發生單元被配置成響應於參考電壓和感測節點的電壓而將感測節點驅動至具有預定電平的電壓；以及存儲器單元，所述存儲器單元與感測節點連接，並被配置成根據存儲器單元的電阻值而改變流經感測節點的電流的幅度。在一個實施例中，一種阻變存儲裝置包括:比較器，所述比較器被配置成將參考電壓與感測節點的電壓進行比較，並產生比較信號；驅動器部，所述驅動器部被配置成接收比較信號，並將具有預定電平的電壓提供給感測節點；存儲器單元，所述存儲器單元與感測節點連接，並被配置成根據存儲器單元的電阻值而改變流經感測節點的電流的幅度；以及電流複製單元，所述電流複製單元被配置成接收比較信號並複製感測電流。在一個實施例中，一種阻變存儲裝置包括:感測電壓發生單元，所述感測電壓發生單元被配置成響應於參考電壓和感測節點的電壓而將感測節點驅動至具有預定電平的電壓；存儲器單元，所述存儲器單元與感測節點連接，並被配置成根據存儲器單元的電阻值而改變流經感測節點的電流的幅度；以及電流鎖存單元，所述電流鎖存單元被配置成將通過複製感測電流所產生的複製電流與通過參考電壓所產生的參考電流進行比較，並產生數據輸出信號。在一個實施例中，一種阻變存儲裝置包括:感測電壓發生單元，所述感測電壓發生單元被配置成響應於參考電壓和感測節點的電壓而將感測節點驅動至具有預定電平的電壓；存儲器單元，所述存儲器單元與感測節點連接，並被配置成根據存儲器單元的電阻值而產生感測電流；以及輸出信號發生單元，所述輸出信號發生單元被配置成感測通過複製感測電流所產生的複製電流的幅度，並產生數據輸出信號。


結合附圖描述特徵、方面和實施例，其中:圖1是示意性地示出現有的阻變存儲裝置的配置的視圖；圖2是示意性地示出根據一個實施例的阻變存儲裝置的配置的視圖；圖3是示意性地示出根據一個實施例的阻變存儲裝置的配置的視圖；圖4是示出用於感測從圖3的阻變存儲裝置產生的複製電流的幅度的電流感測單元的一個實施例的配置的視圖；圖5是示意性地示出根據一個實施例的阻變存儲裝置的配置的視圖；圖6是示出圖5的電流鎖存單元的配置的視圖；圖7是說明根據一個實施例的阻變存儲裝置的操作的時序圖；圖8是示意性地示出根據一個實施例的阻變存儲裝置的配置的視圖；圖9A和圖9B是每個都示出圖8的輸出信號發生單元的一個實施例的配置的視圖；以及圖10是說明根據一個實施例的阻變存儲裝置的操作的時序圖。
具體實施例方式在下文中，將結合附圖通過各種實施例來描述根據本發明的阻變存儲裝置。相同的參考標號或相同的參考標記在整個說明書中可以表示相同的元件。圖2是示意性地示出根據一個實施例的阻變存儲裝置的配置的視圖。在圖2中，阻變存儲裝置I可以包括感測電壓發生單元Iio和存儲器單元120。感測電壓發生單元110可以響應於參考電壓VREF和感測節點VSAI的電壓而將具有預定電平的電壓提供給感測節點VSAI。存儲器單元120可以與感測節點VSAI連接。存儲器單元120可以接收感測節點VSAI的電壓，並且可以根據存儲器單元120的電阻值而改變流經感測節點VSAI的電流量。當存儲器單元120的電阻值小時流經感測節點VSAI的電流量大於當存儲器單元120的電阻值大時流經感測節點VSAI的電流量。圖1所示的現有的阻變存儲裝置具有如下的結構:流經感測節點VSAI的電流量可以是固定的，感測節點VSAI的電壓電平可以根據存儲器單元11的電阻值而改變，可以通過感測電壓電平的變化來感測數據。相反地，在圖2所示的實施例中，阻變存儲裝置I具有如下的結構:感測節點VSAI可以固定至預定的電壓電平，流經感測節點VSAI的電流量可以根據存儲器單元120的電阻值而改變，可以通過感測電流的變化來感測數據。根據可以感測電流變化的實施例的阻變存儲裝置I具有各種優點。首先，由於阻變存儲裝置I可以感測電流的變化，故不需要將大的電壓範圍提供給存儲器單元120，因此，不需要提供具有高電平的電壓。在現有的阻變存儲裝置中，感測節點VSAI的電壓可以根據存儲器單元120的電阻值而改變，並且需要容許電壓變化被感測到的閾值或參考值。因此，為了區別存儲器單元的高電阻狀態和低電阻狀態，應該提供具有大的範圍的電壓。因此，在現有的阻變存儲裝置中，可以看出如圖1那樣通過泵浦電源電壓來提供升壓電壓VPPSA。然而，在根據一個實施例的阻變存儲裝置I中，由於不需要如以上所述的閾值電壓，故不需要產生具有大的範圍的電壓，而是如圖2所示那樣施加外部電壓VDD作為電源電壓就足夠了。因此，可以因為不使用升壓電壓而減少電流消耗，並可以移除用於產生高電壓的電路。此外，由於可以感測電流變化，故縮短了感測儲存在存儲器單元120中的數據的時間。換言之，使得快速數據感測成為可能。再者，由於採用了將具有預定電平的電壓提供給感測節點VSAI的改進結構，故可以移除不必要的元件，諸如現有技術中的柑位開關。在圖2中，阻變存儲裝置I還可以包括列開關130和/或行開關140。列開關130可以響應於位線選擇信號BLS而將存儲器單元120與感測節點VSAI連接。行開關140可以與字線連接，並形成經過存儲器單元120的電流路徑。即，行開關140可以響應於字線選擇信號WLS而將存儲器單元120與接地電壓VSS的端子連接。在圖2中，感測電壓發生單元110可以包括比較器111和驅動器部112。比較器111可以將參考電壓VREF的電平與感測節點VSAI的電壓電平進行比較，並可以產生比較信號COM。舉例來說，參考電壓VREF可以具有電源電壓VDD的一半的電平。此外，感測電壓發生單元110可以響應於感測使能信號SEN而被使能。感測使能信號SEN可以從讀取命令產生。讀取命令可以包括用於數據輸出的所有讀取命令，諸如正常讀取命令和驗證讀取命令。驅動器部112可以響應於比較信號COM而將具有預定電平的電壓提供給感測節點VSAI。驅動器部112可以包括第一 MOS電晶體Ml。在圖2中，雖然第一 MOS電晶體Ml例示為PMOS電晶體，但應注意本發明不局限於此。第一 MOS電晶體Ml具有可以接收比較信號COM的柵極、施加有電源電壓VDD的源極、以及可以與感測節點VSAI連接的漏極。
比較器111可以逐漸地降低比較信號COM的電平，直到感測節點VSAI的電壓電平變得與參考電壓VREF的電平相同。驅動器部112響應於比較信號COM而逐漸驅使性地將感測節點VSAI驅動至電源電壓VDD的電平。驅動器部112可以根據被降低的比較信號COM來增大提供給感測節點VSAI的電壓的幅度。如果參考電壓VREF的電平與感測節點VSAI的電壓電平變得彼此相同，則驅動器部112可以固定感測節點VSAI的電壓電平。存儲器單元120可以接收具有預定電平的電壓，並可以根據存儲器單元120的電阻值來改變流經感測節點VSAI的電流量。流經感測節點VSAI的電流量的變化可以改變第一 MOS電晶體Ml的柵極的電壓電平，即，比較信號COM的電平。因此，感測電壓發生單元110可以將具有預定電平的電壓提供給感測節點VSAI，並且流經感測節點VSAI的電流的幅度可以根據存儲器單元120的電阻值而改變。圖3是示意性地示出根據一個實施例的阻變存儲裝置2的配置的視圖。在圖3中，列開關230、行開關240和存儲器單元220的配置與圖2相同。在圖3中，感測電壓發生單元210除了包括比較器211和驅動器部212之外還可以包括預充電部213。預充電部213可以響應於預充電信號PCG而將預充電電壓VPCG提供給感測節點VSAI。預充電電壓VPCG可以是電平等於或小於參考電壓VREF的電平的任何電壓。預充電部213可以在預充電信號PCG使能時將預充電電壓VPCG提供給感測節點VSAI，並可以提高感測節點VSAI的電壓電平。如果在比較器211執行將參考電壓VREF的電平與感測節點VSAI的電壓電平進行比較的操作之前感測節點VSAI通過預充電部213而具有預充電電壓VPCG的電平，則可以支持更快速的感測操作。也就是說，因為比較器211可以將通過預充電電壓VPCG的電平而被提高的感測節點VSAI的電壓與參考電壓VREF進行比較，故縮短了用於使感測節點VSAI的電壓變成與參考電壓VREF的電平相同的時間，並且驅動器部212將具有預定電平的電壓提供給感測節點VSAI的定時變得更早。在圖3中，阻變存儲裝置2還可以包括電流複製單元250。電流複製單元250可以產生複製電流ICOPY用於平穩的數據感測，所述複製電流ICOPY具有與流經感測節點VSAI的電流的幅度基本上相同的幅度。電流複製單元250可以響應於作為感測電壓發生單元210的比較器211的輸出的比較信號COM而產生複製電流IC0PY。具有預定電平的電壓可以通過感測電壓發生單元210而被提供給感測節點VSAI,當流經感測節點VSAI的電流的幅度根據存儲器單元220的電阻值改變時，電流複製單元250可以產生幅度與流經感測節點VSAI的電流的幅度基本上相同的複製電流IC0PY。電流複製單元250可以包括第二 MOS電晶體M2。在圖3中，第二 MOS電晶體M2例示為PMOS電晶體。第二 MOS電晶體M2具有可以接收比較信號COM的柵極、可以接收電源電壓VDD的源極、以及輸出複製電流ICOPY的漏極。第二 MOS電晶體M2可以是與構成感測電壓發生單元210的驅動器部212的第一 MOS電晶體Ml基本上相同的電晶體。換言之，由於第一 MOS電晶體Ml和第二 MOS電晶體M2響應於比較信號C0M，故僅當第一 MOS電晶體Ml和第二MOS電晶體M2由具有基本上相同的驅動力的電晶體構成時，才可以使流經感測節點VSAI的電流的幅度與複製電流ICOPY的幅度彼此相同。圖2和圖3所示的比較器111和211可以由本領域中公知的差動放大器構成。差動放大器可以被配置成響應於感測使能信號SEN而操作、將感測節點VSAI的電壓電平與參考電壓VREF的電平進行比較、並產生比較信號COM。圖4示出用於感測可以從圖3的阻變存儲裝置產生的複製電流的幅度的電流感測單元的一個實施例的配置的視圖。在圖4中，電流感測單元可以包括複製電壓發生部310、電壓比較部320、電壓鎖存部、以及輸出鎖存部350。複製電壓發生部310可以被配置成接收從電流複製單元250產生的複製電流IC0PY，並根據複製電流ICOPY的幅度而產生複製電壓VC0PY。複製電壓發生部310可以包括參考電流源IREF，以及第一 NMOS電晶體N31和第二 NMOS電晶體N32。第一 NMOS電晶體N31和第二 NMOS電晶體N32可以形成電流鏡結構。因此，流經第一 NMOS電晶體N31的電流的幅度可以與流經第二 NMOS電晶體N32的電流的幅度彼此相等。相比於複製電流ICOPY的幅度小於流經第二 NMOS電晶體N32的電流的幅度的情況，在複製電流ICOPY的幅度大於流經第二 NMOS電晶體N32的電流的幅度的情況下，可以產生具有相對較高的電平的複製電壓VC0PY。電壓比較部320可以被配置成將複製電壓VCOPY的幅度與參考電壓VREF的幅度進行比較。電壓鎖存部可以被配置成根據電壓比較部320的比較結果而產生輸出信號OUT。電壓比較部320可以包括第三NMOS電晶體N33和第四NMOS電晶體N34。電壓鎖存部可以包括第一反相器IV31和第二反相器IV32。第三NMOS電晶體N33具有可以接收複製電流ICOPY的柵極，以及可以與接地電壓VSS連接的源極。第四NMOS電晶體N34具有可以接收參考電壓VREF的柵極，以及可以與接地電壓VSS連接的源極。第一反相器IV31具有可以接收電源電壓VDD的第一電源端子，以及可以與第三NMOS電晶體N33的漏極連接的第二電源端子。輸出信號OUT可以從第一反相器IV31的輸出端子產生。第二反相器IV32具有可以接收電源電壓VDD的第一電源端子，以及可以與第四NMOS電晶體N34的漏極連接的第二電源端子。第二反相器IV32的輸入端子可以與第一反相器IV31的輸出端子連接，第二反相器IV32的輸出端子可以與第一反相器IV31的輸入端子連接。輸出鎖存部350可以被配置成接收讀取使能信號RLEN和電壓鎖存部的輸出信號OUT,並輸出數據輸出信號DOUT。電流感測單元還可以包括使能部330和340。使能部330和340被配置成響應於比較使能信號SAEN來操作電壓比較部320和電壓鎖存部。此外，使能部330和340可以被配置成響應於比較使能信號SAEN而將第一反相器IV31的輸出端子和第二反相器IV32的輸出端子預充電。使能部330和340可以包括第一 PMOS電晶體P31和第二 PMOS電晶體P32，以及第五NMOS電晶體N35和第六NMOS電晶體N36。第一 PMOS電晶體P31和第二 PMOS電晶體P32可以經由其柵極接收比較使能信號SAEN，並連接第一反相器IV31和第二反相器IV32的第一電源端子和輸出端子。因此，當接收可以被禁止的比較使能信號SAEN時，第一 PMOS電晶體P31和第二 PMOS電晶體P32將第一反相器IV31的輸出端子和第二反相器IV32的輸出端子預充電至電源電壓VDD的電平。第五NMOS電晶體N35具有可以接收比較使能信號SAEN的柵極，並可以連接在第一反相器IV31的第二電源端子與第三NMOS電晶體N33的漏極之間。第六NMOS電晶體N36具有可以接收比較使能信號SAEN的柵極，並可以連接在第二反相器IV32的第二電源端子與第四NMOS電晶體N34的漏極之間。當接收被使能的比較使能信號SAEN時，第五NMOS電晶體N35和第六NMOS電晶體N36將第一反相器IV31和第二反相器IV32的電源端子與第三NMOS電晶體N33和第四NMOS電晶體N34的漏極連接。
在比較使能信號SAEN被禁止的狀態下，第一反相器IV31和第二反相器IV32的輸出端子可以被預充電至高電平。如果比較使能信號SAEN被使能，則電壓比較部320可以將複製電壓VCOPY的幅度和參考電壓VREF的幅度進行比較。在複製電壓VCOPY的幅度大於參考電壓VREF的幅度的情況下，經由第三NMOS電晶體N33流入的電流量比經由第四NMOS電晶體N34流入的電流量多。此外，由於第一反相器IV31的輸入端子可以與第二反相器IV32的輸出端子(可以被預充電至高電平)連接，故可以產生具有低電平的輸出信號OUT。相反地，在複製電壓VCOPY的幅度小於參考電壓VREF的幅度的情況下，經由第四NMOS電晶體N34流入的電流量可以比經由第三NMOS電晶體N33流入的電流量多。因此，第二反相器IV32的輸出端子可以變成低電平，並且由於第一反相器IV31的輸入端子可以與第二反相器IV32的輸出端子連接，故可以產生具有高電平的輸出信號OUT。當讀取使能信號RLEN被使能時，輸出鎖存部350可以根據輸出信號OUT的電平來產生數據輸出信號D0UT。輸出鎖存部350可以接收例如輸出信號OUT的反相信號OUTB(未示出)。當讀取使能信號RLEN被使能時，輸出鎖存部350可以在輸出信號OUT的反相信號OUTB具有高電平時產生高電平的數據輸出信號D0UT，並且可以在輸出信號OUT的反相信號OUTB具有低電平時產生低電平的數據輸出信號DOUT。圖5是示意性地示出根據一個實施例的阻變存儲裝置的配置的視圖。在圖5中，阻變存儲裝置3可以包括感測電壓發生單元410、存儲器單元420、電流複製單元450和電流鎖存單元460。感測電壓發生單元410、存儲器單元420和電流複製單元450與圖2和圖3的實施例相同。電流鎖存單元460可以被配置成將複製電流ICOPY的幅度與參考電流IREF的幅度進行比較。電流鎖存單元460可以通過將複製電流ICOPY的幅度與參考電流IREF的幅度進行比較來產生數據輸出信號DOUT。複製電流ICOPY是幅度與流經感測節點VSAI的感測電流基本上相同的電流，參考電流IREF是參考電壓VREF所產生的電流。稍後將說明參考電流IREF。電流鎖存單元460可以將複製電流ICOPY的幅度與參考電流IREF的幅度進行比較，並可以根據比較結果而產生具有不同邏輯電平的數據輸出信號D0UT。舉例來說，在複製電流ICOPY的幅度大於參考電流IREF的幅度的情況下，電流鎖存單元460可以產生高電平的數據輸出信號D0UT，而在複製電流ICOPY的幅度小於參考電流IREF的幅度的情況下，電流鎖存單元460可以產生低電平的數據輸出信號D0UT。在圖5中，與圖3的阻變存儲裝置2相似，阻變存儲裝置3還可以包括列開關430和/或行開關440。圖6示出電流鎖存單元460，連同電流複製單元450和參考電流發生單元470 —起。雖然電流複製單元450和參考電流發生單元470在圖5和圖6中被示出為與電流鎖存單元460分離的元件，但應注意在另外的實施例中電流鎖存單元460可以被配置成包括電流複製單元450和參考電流發生單元470之一或兩者。參考電流發生單元470可以包括第三MOS電晶體M3。在圖6中，參考電流發生單元470例示為PMOS電晶體。第三MOS電晶體M3具有可以接收參考電壓VREF的柵極、被施加電源電壓VDD的源極、以及輸出參考電流IREF的漏極。第三MOS電晶體M3可以是與第一 MOS電晶體Ml和第二 MOS電晶體M2基本上相同的電晶體。換言之，第一至第三MOS電晶體Ml、M2和M3可以由具有基本上相同的驅動力的電晶體構成，並且可以以相同的速率來改變根據施加至柵極的電壓所產生的電流的幅度。
電流鎖存單元460可以包括電流比較部461和輸出鎖存部462。電流比較部461可以被配置成接收複製電流ICOPY和參考電流IREF，並將複製電流ICOPY的幅度和參考電流IREF的幅度進行比較。輸出鎖存部462可以被配置成根據電流比較部461的比較結果而產生輸出信號OUT。 在圖6中，電流比較部461可以包括第一 NMOS電晶體N51和第二 NMOS電晶體N52。第一 NMOS電晶體N51和第二 NMOS電晶體N52形成交叉耦合的結構。第一 NMOS電晶體N51具有可以接收參考電流IREF的柵極、可以接收複製電流ICOPY的漏極、以及可以與接地電壓VSS連接的源極。第二 NMOS電晶體N52具有可以接收複製電流ICOPY的柵極、可以接收參考電流IREF的漏極、以及可以與接地電壓VSS連接的源極。經由此結構，第一 NMOS電晶體N51和第二 NMOS電晶體N52根據複製電流ICOPY和參考電流IREF的幅度而選擇性地導通。電流比較部461還可以包括預充電開關。預充電開關包括第三至第五NMOS電晶體N53、N54和N55。第三NMOS電晶體N53和第四NMOS電晶體N54經由其柵極接收預充電控制信號，並響應於預充電控制信號而將第一 NMOS電晶體N51和第二 NMOS電晶體N52的漏極與接地電壓VSS連接。第五NMOS電晶體N55具有可以接收預充電控制信號的柵極，並可以響應於預充電控制信號而將第一 NMOS電晶體N51和第二 NMOS電晶體N52的漏極彼此連接。因此，當比較使能信號SAEN被禁止時，預充電開關使電流比較部461不比較複製電流ICOPY的幅度和參考電流IREF的幅度。預充電控制信號可以從比較使能信號SAEN產生。預充電控制信號可以是比較使能信號SAEN的反相信號SAENB。比較使能信號SAEN可以從如以上所述的讀取命令產生。輸出鎖存部462可以包括第一反相器IV51和第二反相器IV52。第一反相器IV51具有可以接收電源電壓VDD的第一電源端子，以及可以與第一 NMOS電晶體N51的漏極連接的第二電源端子。第一反相器IV51具有可以接收第二反相器IV52的輸出的輸入端子，以及可以與電源電壓VDD連接的輸出端子。第一反相器IV51的輸出被提供作為輸出信號OUT。第二反相器IV52具有可以接收電源電壓VDD的第一電源端子，以及可以與第二 NMOS電晶體N52的漏極連接的第二電源端子。第二反相器IV52具有可以接收第一反相器IV51的輸出的輸入端子，並可以通過將第一反相器IV51的輸出的電平反相而輸出一輸出。輸出鎖存部462還可以包括使能開關。使能開關可以包括第六至第九NMOS電晶體N56、N57、N58和N59。第六NMOS電晶體N56可以經由其柵極接收比較使能信號SAEN，並可以響應於比較使能信號SAEN而連接第一反相器IV51的第二電源端子和第一 NMOS電晶體N51的漏極。第七NMOS電晶體N57可以經由其柵極接收比較使能信號SAEN，並可以響應於比較使能信號SAEN而連接第二反相器IV52的第二電源端子和第二 NMOS電晶體N52的漏極。第八NMOS電晶體N58可以經由其柵極接收比較使能信號SAEN，並響應於比較使能信號SAEN而將電源電壓VDD提供給第一反相器IV51的輸出端子和第二反相器IV52的輸入端子。第九NMOS電晶體N59可以經由其柵極接收比較使能信號SAEN，並響應於比較使能信號SAEN而將電源電壓VDD提供給第一反相器IV51的輸入端子和第二反相器IV52的輸出端子。電流鎖存單元460還可以包括數據鎖存部463。數據鎖存部463可以被配置成接收輸出鎖存部462的輸出信號OUT和讀取使能信號RLEN。數據鎖存部463可以在讀取使能信號RLEN被使能時提供輸出鎖存部462的輸出信號OUT作為數據輸出信號D0UT。讀取使能信號RLEN可以從以上所述的讀取命令產生。以下將說明電流鎖存單元460的操作。電流比較部461可以在預充電控制信號被使能時將第三至第五NMOS電晶體N53、N54和N55導通，並且不比較複製電流ICOPY和參考電流IREF的幅度。其後，如果比較使能信號SAEN被使能且預充電控制信號被禁止，則可以將第三至第五NMOS電晶體N53、N54和N55以及第八NMOS電晶體N58和第九NMOS電晶體N59關斷，而可以將第六NMOS電晶體N56和第七NMOS電晶體N57導通，並且可以將複製電流ICOPY的幅度和參考電流IREF的幅度進行比較。在複製電流ICOPY的幅度大於參考電流IREF的幅度的情況下，第二 NMOS電晶體N52可以導通，而第一 NMOS電晶體N51可以關斷。因此，第二反相器IV52的第二電源端子可以接收接地電壓VSS。由於第一反相器IV51的第二電源端子未接收接地電壓VSS，故輸出鎖存部462可以產生高電平的輸出信號OUT。因此，數據鎖存部463可以在讀取使能信號RLEN被使能時鎖存輸出鎖存部462的輸出並產生高電平的數據輸出信號D0UT。相反地，在複製電流ICOPY的幅度小於參考電流IREF的幅度的情況下，第一 NMOS電晶體N51可以導通，而第二 NMOS電晶體N52可以關斷。因此，第一反相器IV51的第一電源端子可以接收接地電壓VSS。由此，輸出鎖存部462可以產生低電平的輸出信號OUT。因此，數據鎖存部463可以在讀取使能信號RLEN被使能時鎖存輸出鎖存部462的輸出信號0UT，並產生低電平的數據輸出信號DOUT。圖7是說明根據一個實施例的阻變存儲裝置的操作的時序圖。將參照圖5至圖7說明根據本發明的一個實施例的阻變存儲裝置3的操作。首先，為了存取儲存在所需的存儲器單元中的數據，將位線選擇信號BLS和字線選擇信號WLS使能。當存儲器單元420被位線選擇信號BLS和字線選擇信號WLS選中時，從讀取命令將感測使能信號SEN使能以感測儲存在存儲器單元420中的數據。感測電壓發生單元410可以將預定的電壓提供給感測節點VSAI。由於預定的電壓被提供給感測節點VSAI，流經感測節點VSAI的電流的幅度可以根據存儲器單元420的電阻值(即，根據儲存在存儲器單元420中的數據的值)而改變。電流量的變化帶來比較信號COM的電壓電平的變化，電流複製單元450可以響應於比較信號COM的電壓電平的變化而產生複製電流IC0PY。當存儲器單元420的電阻大時，複製電流ICOPY的幅度減小，而當存儲器單元420的電阻小時，複製電流ICOPY的幅度增大。此時，電流比較部461響應於禁止的比較使能信號SAEN而不比較複製電流ICOPY和參考電流IREF的幅度。在複製電流ICOPY根據存儲器單元420的電阻值而充分改變後，比較使能信號SAEN被使能。輸出鎖存部462可以根據複製電流ICOPY與參考電流IREF的比較結果而產生高電平或低電平的輸出信號0UT，數據鎖存部463響應於讀取使能信號RLEN而鎖存輸出鎖存部462的輸出信號0UT，並可以輸出高電平或低電平的數據輸出信號D0UT。圖8是示意性地示出根據一個實施例的阻變存儲裝置的配置的視圖。在圖8中，阻變存儲裝置4可以包括感測電壓發生單元710、存儲器單元720、列開關730、行開關740、電流複製單元750、以及輸出信號發生單元760。感測電壓發生單元710、存儲器單元720、列開關730和行開關740與圖5的阻變存儲裝置3相同。阻變存儲裝置4用輸出信號發生單元760的配置來代替阻變存儲裝置3的電流鎖存單元460。電流複製單元750可以被包括在輸出信號發生單元760中，或者可以被配置成阻變存儲裝置4的分離元件。輸出信號發生單元760可以被配置成感測具有與感測電流基本上相同的幅度的複製電流ICOPY的幅度，並可以產生數據輸出信號D0UT。如以上所述，複製電流ICOPY的幅度可以根據存儲器單元720的電阻值而改變。因此，輸出信號發生單元760可以感測複製電流ICOPY的幅度，並可以產生具有高電平或低電平的數據輸出信號D0UT。圖9A和圖9B是每個都示出輸出信號發生單元760的一個實施例的配置的視圖。在圖9A中，輸出信號發生單元760A可以包括電流量感測部761和數據鎖存部762。電流量感測部761可以被配置成感測複製電流ICOPY的幅度並產生輸出信號OUT。電流量感測部761根據複製電流ICOPY的幅度而改變輸出信號OUT的轉變時間。數據鎖存部762可以被配置成響應於讀取使能信號RLEN來鎖存電流量感測部761的輸出信號0UT，並提供數據輸出信號DOUT。在圖9A中，電流量感測部761可以包括第一反相器7611和第二反相器7612。第一反相器7611可以接收複製電流IC0PY。第一反相器7611的驅動時間可以根據複製電流ICOPY的幅度而改變。即，第一反相器7611可以包括第一 PMOS電晶體P81和第一 NMOS電晶體N81。由於第一 PMOS電晶體P81和第一 NMOS電晶體N81的導通時間根據複製電流ICOPY的幅度而改變，故第一反相器7611的驅動時間可以改變。第二反相器7612可以接收第一反相器7611的輸出並將其反相,並且輸出所得的信號。與第一反相器7611相似,第二反相器7612的驅動時間可以根據複製電流ICOPY的幅度而改變。第二反相器7612可以包括第二 PMOS電晶體P82和第二 NMOS電晶體N82。第二 PMOS電晶體P82和第二 NMOS電晶體N82的導通時間根據第一反相器7611的輸出而改變。因此，第一反相器7611和第一反相器7612可以根據複製電流ICOPY的幅度而改變輸出信號OUT的電平的轉變時間。電流量感測部761還可以包括預充電部分7613a。預充電部分7613a可以被配置成在第一反相器7611可以接收複製電流ICOPY之前將第一反相器7611的輸入端子預充電至預定的電壓電平。在圖9A中，預充電部分7613a可以響應於預充電控制信號PCGV而將第一反相器7611的輸入端子預充電至接地電壓VSS的電平。預充電部分7613a可以包括第三NMOS電晶體N83。第三NMOS電晶體N83可以包括可以接收預充電控制信號PCGV的柵極、可以與第一反相器7611的輸入端子連接的漏極、以及可以與接地電壓VSS連接的源極。因此，預充電部分7613a在預充電控制信號PCGV被使能時將接地電壓VSS提供給第一反相器7611的輸入端子。因此，電流量感測部761在其可以接收複製電流ICOPY之前可以通過預充電部分7613a而輸出低電平的輸出信號。其後，如果電流量感測部761接收複製電流IC0PY，則輸出信號OUT的電平的轉變時間可以根據複製電流ICOPY的幅度而改變。即，在複製電流ICOPY的幅度大的情況下，輸出信號OUT快速地轉變至高電平，而在複製電流ICOPY的幅度小的情況下，與複製電流ICOPY的幅度大的情況相比輸出信號OUT較慢地轉變至高電平。電流量感測部761還可以包括第一防洩漏部分7614和第二防洩漏部分7615。第一防洩漏部分7614可以被配置成接收第一反相器7611的輸出和第二反相器7612的輸出，並連接電源電壓VDD的端子和第一反相器7611的輸入端子。第一防洩漏部分7614可以包括第四PMOS電晶體P84和第五PMOS電晶體P85。第四PMOS電晶體P84具有可以與第一反相器7611的輸出端子連接的柵極，以及可以與第一反相器7611的輸入端子連接的漏極。第五PMOS電晶體P85具有可以與第二反相器7612的輸出端子連接的柵極、可以與電源電壓VDD的端子連接的源極、以及可以與第四PMOS電晶體P84的源極連接的漏極。因此，第四PMOS電晶體P84和第五PMOS電晶體P85可以阻止電流從電源電壓VDD的端子施加至第一反相器7611的輸入端子，並僅在第一反相器7611和第二反相器7612的輸出具有低電平的情況下允許複製電流ICOPY傳送至第一反相器7611。第二防洩漏部分7615可以被配置成接收第一反相器7611的輸出和第二反相器7612的輸出，並連接接地電壓VSS的端子和第一反相器7611的輸入端子。第二防洩漏部分7615可以包括第四NMOS電晶體N84和第五NMOS電晶體N85。第四NMOS電晶體N84具有可以與第一反相器7611的輸出端子連接的柵極，以及可以與第一反相器7611的輸入端子連接的漏極。第五NMOS電晶體N85具有可以與第二反相器7612的輸出端子連接的柵極、可以與接地電壓VSS的端子連接的源極、以及可以與第四NMOS電晶體N84的源極連接的漏極。因此，第四NMOS電晶體N84和第五NMOS電晶體N85防止複製電流ICOPY洩漏至接地電壓VSS，並在第一反相器7611和第一反相器7612的輸出具有高電平的情況下允許複製電流ICOPY被精確地傳送至第一反相器7611。電流量感測部761還可以包括電流施加開關7616。電流施加開關7616可以響應於通過使能信號PEN和PENB而將複製電流ICOPY傳送至第一反相器7611。電流施加開關7616可以在通過使能信號PEN被使能時將複製電流ICOPY傳送至第一反相器7611，並可以在通過使能信號PEN被禁止時阻止複製電流ICOPY傳送至第一反相器7611。可以提供電流施加開關7616以防止在第一反相器7611的輸入端子被預充電部分7613a預充電時施加複製電流IC0PY。因此，可以在第一反相器7611的輸入端子被充分預充電時將通過使能信號PEN使能。如果通過使能信號PEN使能，則預充電控制信號PCGV可以禁止。當半導體裝置4的感測操作結束時，即當感測使能信號SEN禁止時，預充電控制信號PCGV可以被使能。數據鎖存部762響應於讀取使能信號RLEN而鎖存電流量感測部761的輸出信號OUT,並可以產生數據輸出信號D0UT。考慮第一反相器7611和第二反相器7612的驅動力，讀取使能信號RLEN可以被配置成在適當的時間使能。此外，讀取使能信號RLEN在通過使能信號PEN的脈波寬度內產生。讀取使能信號RLEN的脈波寬度可以以如下的方式設置:當複製電流ICOPY的幅度大時，讀取使能信號RLEN在電流量感測部761的輸出信號OUT的電平的轉變時間之後被使能，而當複製電流ICOPY的幅度小時，讀取使能信號RLEN在電流量感測部761的輸出信號OUT的電平的轉變時間之前被禁止。圖9B是示出輸出信號發生單元760B的另一個實施例的配置的視圖。圖9B僅在預充電部分的配置上不同於圖9A，圖9B的其它元件與圖9A相同。在圖9B中，預充電部分7613b可以包括第三PMOS電晶體P83。第三PMOS電晶體P83具有可以接收預充電控制信號PCGV的柵極、可以與第一反相器7611 (參見圖9A)的輸入端子連接的源極，以及可以與接地電壓VSS連接的漏極。因此，第三PMOS電晶體P83響應於預充電控制信號PCGV而將接地電壓VSS提供給第一反相器7611的輸入端子。當預充電部分7613b由PMOS電晶體P83構成時，不是直接將接地電壓VSS提供給第一反相器7611的輸入端子，而是可以提供通過第三PMOS電晶體P83的閾值電壓而具有比接地電壓VSS更高的電平的電壓。在第一反相器7611的輸入端子預充電至通過第三PMOS電晶體P83的閾值電壓而比接地電壓VSS更高的電平的情況下，可以改善電流量感測部761的複製電流感測能力。換言之，電流量感測部761可以快速地感測複製電流IC0PY，並可以將電流量感測部761的輸出信號OUT的電平轉變的時間提iu。圖10說明根據一個實施例的阻變存儲裝置4的操作的時序圖。將參照圖8至圖10說明根據一個實施例的阻變存儲裝置4的操作。首先，為了存取儲存在期望的存儲器單元中的數據，將位線選擇信號BLS和字線選擇信號WLS使能。當存儲器單元720被位線選擇信號BLS和字線選擇信號WLS選中時，感測使能信號SEN被使能以感測儲存在存儲器單元720中的數據，並且感測電壓發生單元710將預定的電壓提供給感測節點VSAI。由於預定的電壓被提供給感測節點VSAI，流經感測節點VSAI的電流的幅度可以根據存儲器單元720的電阻值(即，根據儲存在存儲器單元720中的數據的值)而改變。電流量的變化帶來比較信號COM的電壓電平的變化，並且電流複製單元750可以響應於比較信號COM的電壓電平的變化而產生複製電流IC0PY。當存儲器單元720的電阻大時，複製電流ICOPY的幅度減小，而當存儲器單元720的電阻小時，複製電流ICOPY的幅度增大。其後，當通過使能信號PEN使能時，電流施加開關7616響應於通過使能信號PEN而將複製電流ICOPY施加至電流量感測部761。電流量感測部761可以接收複製電流I COPY,並根據複製電流ICOPY的幅度來確定輸出信號OUT的電平的轉變時間。在複製電流ICOPY的幅度大的情況下，電流量感測部761的輸出信號OUT快速地轉變至高電平。數據鎖存部762可以響應於讀取使能信號RLEN而鎖存具有高電平的電流量感測部761的輸出信號0UT，並產生數據輸出信號D0UT。相反地，在複製電流ICOPY的幅度小的情況下，電流量感測部761的輸出信號OUT緩慢地轉變至高電平。數據鎖存部762響應於讀取使能信號RLEN而鎖存電流量感測部761的輸出信號OUT。由於電流量感測部761的輸出信號OUT緩慢地轉變至高電平，故數據鎖存部762鎖存具有低電平的電流量感測部761的輸出信號OUT。因此，數據鎖存部762可以產生具有低電平的數據輸出信號D0UT。雖然以上已經描述了各種實施例，但是本領域技術人員應當理解的是，所描述的實施例僅僅是實例。因此，本發明所述的阻變存儲裝置不應基於所描述的實施例而受限制。
權利要求
1.一種阻變存儲裝置，包括: 感測電壓發生單元，所述感測電壓發生單元被配置成響應於參考電壓和感測節點的電壓而將所述感測節點驅動至具有預定電平的電壓；以及 存儲器單元，所述存儲器單元與所述感測節點連接，並被配置成根據所述存儲器單元的電阻值而改變流經所述感測節點的電流的幅度。
2.如權利要求1所述的阻變存儲裝置，其中，所述感測電壓發生單元包括: 比較器，所述比較器被配置成將所述參考電壓的電平與所述感測節點的電壓電平進行比較，並產生比較信號；以及 驅動器部，所述驅動器部被配置成響應於所述比較信號而將電源電壓提供給所述感測節點。
3.如權利要求2所述的阻變存儲裝置，其中，所述驅動器部包括MOS電晶體，所述MOS電晶體具有柵極以及漏極和源極，所述柵極接收所述比較信號，所述漏極和所述源極中的任何一個被施加所述電源電壓而另一個與所述感測節點連接。
4.如權利要求1所述的阻變存儲裝置，還包括: 列開關，所述列開關被配置成響應於位線選擇信號而將所述感測節點與所述存儲器單元連接。
5.如權利要求1所述的阻變存儲裝置，還包括: 行開關，所述行開關被配置成響應於字線選擇信號而將所述存儲器單元與接地電壓的端子連接。
6.如權利要求1所述的阻變存儲裝置，還包括: 電流複製單元，所述電流複製單元被配置成響應於比較信號而產生具有與感測電流基本上相同的幅度的複製電流。
7.如權利要求6所述的阻變存儲裝置，其中，所述電流複製單元包括MOS電晶體，所述MOS電晶體具有用於接收所述比較信號的柵極、用於接收電源電壓的源極、以及用於輸出所述複製電流的漏極。
8.如權利要求6所述的阻變存儲裝置，還包括: 電流感測單元，所述電流感測單元被配置成響應於所述複製電流而產生複製電壓、將所述複製電壓的電平和所述參考電壓的電平進行比較、並產生數據輸出信號。
9.如權利要求8所述的阻變存儲裝置，其中，所述電流感測單元包括: 複製電壓發生部，所述複製電壓發生部被配置成從所述複製電流產生所述複製電壓； 電壓比較部，所述電壓比較部被配置成將所述複製電壓的電平和所述參考電壓的電平進行比較； 電壓鎖存部，所述電壓鎖存部被配置成鎖存所述電壓比較部的比較結果並產生輸出信號；以及 輸出鎖存部，所述輸出鎖存部被配置成響應於所述輸出信號而產生所述數據輸出信號。
10.如權利要求1所述的阻變存儲裝置，還包括: 預充電部，所述預充電部被配置成在所述感測電壓發生單元操作之前將所述感測節點驅動至具有等於或低於所述參考電壓的電平的預充電電壓電平。
11.一種阻變存儲裝置，包括: 感測電壓發生單元，所述感測電壓發生單元被配置成響應於參考電壓和感測節點的電壓而將所述感測節點驅動至具有預定電平的電壓； 存儲器單元，所述存儲器單元與所述感測節點連接，並被配置成根據所述存儲器單元的電阻值而產生感測電流；以及 輸出信號發生單元，所述輸出信號發生單元被配置成感測通過複製所述感測電流所產生的複製電流的幅度，並產生數據輸出信號。
12.如權利要求11所述的阻變存儲裝置，其中，所述感測電壓發生單元包括: 比較器，所述比較器被配置成將所述參考電壓的電平與所述感測節點的電壓電平進行比較，並產生比較信號；以及 驅動器部，所述驅動器部被配置成響應於所述比較信號而將電源電壓提供給所述感測節點。
13.如權利要求12所述的阻變存儲裝置，其中，所述驅動器部包括MOS電晶體，所述MOS電晶體具有柵極以及漏極和源極，所述柵極接收所述比較信號，所述漏極和所述源極中的任何一個被施加所述電源電壓而另一個與所述感測節點連接。
14.如權利要求13所述的阻變存儲裝置，還包括: 電流複製單元，所述電流複製單元被配置成響應於所述比較信號而產生具有與所述感測電流基本上相同的幅度的複製電流。
15.如權利要求14所述的阻變存儲裝置，其中，所述電流複製單元包括MOS電晶體，所述MOS電晶體具有柵極以及漏極和源極，所述柵極接收所述比較信號，所述漏極和所述源極中的任何一個被施加所述電源電壓而另一個輸出所述複製電流。
16.如權利要求11所述的阻變存儲裝置，其中，所述輸出信號發生單元包括: 電流量感測部，所述電流量感測部被配置成感測所述複製電流的幅度，並產生輸出信號；以及 數據鎖存部，所述數據鎖存部被配置成響應於讀取使能信號而鎖存所述電流量感測部的輸出信號，並產生所述數據輸出信號。
17.如權利要求16所述的阻變存儲裝置，其中，所述電流量感測部根據所述複製電流的幅度而改變所述輸出信號的電平的轉變時間。
18.如權利要求17所述的阻變存儲裝置，其中，所述電流量感測部包括: 第一反相器，所述第一反相器被配置成通過接收所述複製電流而被驅動； 第二反相器，所述第二反相器被配置成通過接收所述第一反相器的輸出而被驅動； 第一防洩漏部分，所述第一防洩漏部分被配置成接收所述第一反相器的輸出和所述第二反相器的輸出，並控制電源電壓的端子和所述第一反相器的輸入端子的連接；以及 第二防洩漏部分，所述第二防洩漏部分被配置成接收所述第一反相器的輸出和所述第二反相器的輸出，並控制接地電壓的端子和所述第一反相器的輸入端子的連接。
19.如權利要求18所述的阻變存儲裝置，其中，所述電流量感測部包括: 預充電部分，所述預充電部分被配置成在接收所述複製電流之前將所述第一反相器的輸入端子預充電至預定的電壓電平。
20.如權利要求18所述的阻變存儲裝置， 其中，所述電流量感測部包括:電流施加開關，所述電流施加開關被配置成響應於通過使能信號來確定用於將所述複製電流施加至所述第一反相器的時間 。
全文摘要
本發明提供一種阻變存儲裝置，包括感測電壓發生單元和存儲器單元。感測電壓發生單元被配置成響應於參考電壓和感測節點的電壓而將感測節點驅動至具有預定電平的電壓。存儲器單元與感測節點連接，並被配置成根據存儲器單元的電阻值而改變流經感測節點的電流的幅度。
文檔編號G11C11/56GK103165180SQ20121043892
公開日2013年6月19日 申請日期2012年11月6日 優先權日2011年12月16日
發明者樸哲賢, 宋澤相 申請人:愛思開海力士有限公司