半导体存储设备制造技术

一种半导体存储设备，包括：第一半导体存储区域(11‑1)；第二半导体存储区域(11‑2)；参考电路(12‑6)；以及读出放大器(12‑1)，该读出放大器(12‑1)通过开关(12‑2和12‑3)在单单元模式中与参考电路和第一半导体存储区域连接或与参考电路和第二半导体存储区域连接，在双单元模式中与第一半导体存储区和第二半导体存储区域连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请基于在2014年03月12日递交的美国临时申请No.61/951,929，并要求其的优先权，通过引用将上述美国临时申请公开的全部内容并入本文。
本文描述的实施例一般涉及半导体存储设备。
技术介绍
已知作为一种阻变型存储器的磁性随机存取存储器(MRAM)。MRAM的写入方法包括磁场写入方法和自旋转移写入方法(spin transfer writing method)。这些方法中，自旋转移方法有利于提高集成密度、降低功耗并增强能力，因为该方法具有随着磁体的尺寸变小磁化反转所必要的自旋转移电流降低的特性。自旋转移写入方式的MTJ(磁性隧道结)元件具有由两个铁磁层和其间置入的非磁性阻挡层(绝缘薄膜)组成的多层结构，并且通过由自旋极化隧道效应引起的磁阻的变化来存储数字数据。根据两个铁磁层的磁化取向，MTJ元件可以是低阻状态和高阻状态。当两个铁磁层的磁化取向(自旋方向)处于并行状态(P(并行)状态)时，MTJ元件处于低阻状态。当两个铁磁层的磁化取向处于反并行状态(AP(反并行)状态)时，MTJ元件处于高阻状态。附图说明图1是示出根据实施例的半导体存储设备的结构的框图。图2是示出根据实施例的存储器单元的写入操作的图。图3是示出根据实施例的读出放大器和存储器单元阵列的结构的框图。图4是示出根据实施例的读出放大器的结构的电路。图5是示出根据实施例的读出放大器的结构的电路。图6是示出根据实施例的读出放大器的结构的电路。图7是示出实施例中在存储器单元中流动的单元电流和在参考电路中流动的参考电流之间的关系的曲线图。图8是示出根据实施例的半导体存储设备的读出操作的时序图。具体实施方式一般情况下，根据一个实施例，半导体存储设备包括：被配置为能够存储数据的第一半导体存储区域、被配置为能够存储数据的第二半导体存储区域、参考电路、以及被配置为感测存储在第一半导体存储区域和第二半导体存储区域中的数据的读出放大器。半导体存储设备还包括：被配置为控制读出放大器的控制电路、以及被配置为存储与第一操作模式相关的第一感测信息和与第二操作模式相关的第二感测信息的存储模块，并且该存储模块被配置为当接收选择第一操作模式的第一操作模式选择信号时为控制电路提供第一感测信息，或当接收选择第二操作模式的第二操作模式选择信号时为控制电路提供第二感测信息。在第一操作模式中通过使用参考电路感测第一半导体存储区域或第二半导体存储区域中存储的数据。在第二操作模式中通过使用第二半导体存储区域感测第一半导体存储区域中存储的数据。控制电路被配置为当接收到第一操作模式选择信号和第一感测信息为读出放大器提供第一控制信号，并且当接收到第二操作模式选择信号和第二感测信息时为读出放大器提供第二控制信号。读出放大器被配置为当接收第一操作模式选择信号和第一控制信号时读出放大器电连接参考电路和第一半导体存储区域或第二半导体存储区域，并且通过使用参考电路执行感测在第一半导体存储区域或第二半导体存储区域中存储的数据的感测操作。读出放大器被配置为当接收第二操作模式选择信号和第二控制信号时读出放大器电连接第一半导体存储区域和第二半导体存储区域，并且通过使用第二半导体存储区域执行感测在第一半导体存储区域中存储的数据的感测操作。下文将参照附图描述已构造的实施例。在下面的说明中，通过相同附图标记表示具有基本相同功能和结构的结构元件，并且仅在必要时给出重叠说明。构成附图标记的数字之后的“字母”或“连字符&数字”，以及构成附图标记的符号之后的“数字”或“连字符&数字”，被用来区分由包括相同数字的附图标记所指示并具有相同结构的元件。当没有必要区分由包括相同数字的附图标记所指示的元件时，这些元件通过仅包括数字或符号的附图标记指示。例如，当没有必要区分具有附图标记1a和1b的元件时，这些元件综合地通过附图标记1来指示。此外，例如，当没有必要区分具有附图标记WL1和WL2的元件时，这些元件综合地通过附图标记WL来指示。应当指出，附图是示意性的，并且厚度和平面尺寸之间的关系、层间厚度的比率等与实际不同。因此，应当考虑以下说明来判断具体的厚度和尺寸。不用说，附图包括具有相互不同关系或尺寸比例的部分。此外，下文将描述的实施例通过示例的方式示出了用于体现实施例的技术概念的设备或方法，并且实施例的技术概念不将结构部件的材料、形状、结构、布置等具体限制到下文所描述的那样。实施例的技术概念可以在权利要求的范围内进行各种变化。(实施例)<根据实施例的半导体存储设备的结构>首先，参照图1，其示意性地描述了根据实施例的半导体存储设备的基本结构。图1是示出根据实施例的半导体存储设备的结构的框图。根据实施例的半导体存储设备1包括存储器单元阵列(也简称为“单元阵列”)11、主读出放大器12、行解码器13、DQ电路14、控制器15、地址指令电路16、寄存器17、以及内部电压发生器18。存储器单元阵列11是MRAM，其中多个存储器单元MC以矩阵形式二维布置。每个存储器单元MC包括MTJ 22(未示出)和单元晶体管23(未示出)。MTJ元件22是磁隧道结元件，其通过电阻状态的变化来存储数据，并且可以通过电流重写数据。单元晶体管23与MTJ元件22相关联地设置，并且该单元晶体管23被配置为当使得电流在相关联的MTJ元件22中流动时使该单元晶体管23为有益的。多个字线WL以行方向布置，多个位线BL以列方向布置，使得字线WL和位线BL彼此交叉。两个相邻位线BL构成一对，并且存储器单元MC被设置为与字线WL和位线对(本实施例中，为方便起见，称为位线BL和源线SL)之间的交叉点相关联。每个存储器单元MC的MTJ元件22和单元晶体管23在位线对之间(例如BL和SL之间)串联连接。此外，单元晶体管23的栅极被连接到字线WL。读出放大器12以存储器单元阵列11的位线方向而放置，并且基于外部控制信号通过指令地址信号CAi来识别指令或地址，并且控制位线BL和源线SL。另外，读出放大器12被连接到位线BL，并且通过感测被连接到所选择的字线WL的存储器单元MC中流动的电流，读出在存储器单元中存储的数据。另外，通过使电流在被连接到所选择的字线WL的存储器单元MC中流动，读出放大器12写入数据。此外，当读出放大器12接收双/单选择信号时，读出放大器12使存储器单元阵列11以单单元模式或双单元模式操作。顺便提及，单单元模式和双单元模式将在后面予以说明。读出放大器12和外部输入/输出端子DQ之间的数据的发送/接收经由DQ电路14执行。行解码器13以存储器单元阵列11的字线方向而放置在两侧的每侧上，并解码已从地址指令电路16提供的指令地址信号CAi的地址。此外，行解码器13以存储器单元阵列11的字线方向而放置在两侧并且被连接到字线，并且该行解码器13被配置为在数据读出或数据写入时对所选择的字线WL施加电压。更具体地，行解码器13被配置为能够根据解码的行地址对所选择的字线WL施加电压。例如芯片选择信号CS、时钟信号CK和时钟使能信号CKE的各种外部控制信号被输入到控制器15。控制器15控制地址指令电路16，并且在地址和指令之间进行区分。另外，控制器15包括定时控制器15a。定时控制器15a基于从寄存器17接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体存储设备，包括：第一半导体存储区域；第二半导体存储区域；参考电路；读出放大器，其感测在所述第一半导体存储区域和所述第二半导体存储区域中存储的数据；控制电路；以及存储模块，其存储与第一操作模式相关的第一感测信息和与第二操作模式相关的第二感测信息，并且当接收选择所述第一操作模式的第一操作模式选择信号时为所述控制电路提供所述第一感测信息，或当接收选择所述第二操作模式的第二操作模式选择信号时为所述控制电路提供所述第二感测信息，其中，在所述第一操作模式中通过使用所述参考电路感测在所述第一半导体存储区域或所述第二半导体存储区域中存储的所述数据，在所述第二操作模式中通过使用所述第二半导体存储区域感测在所述第一半导体存储区域中存储的所述数据，当接收到所述第一操作模式选择信号和所述第一感测信息时，所述控制电路为所述读出放大器提供第一控制信号，并且当接收到所述第二操作模式选择信号和所述第二感测信息时，所述控制电路为所述读出放大器提供第二控制信号，当所述读出放大器接收所述第一操作模式选择信号和所述第一控制信号时，所述读出放大器电连接所述参考电路和所述第一半导体存储区域或所述读出放大器电连接所述参考电路和所述第二半导体存储区域，并且通过使用所述参考电路来执行感测在所述第一半导体存储区域或所述第二半导体存储区域中存储的数据的感测操作，以及当所述读出放大器接收所述第二操作模式选择信号和所述第二控制信号时，所述读出放大器电连接所述第一半导体存储区域和所述第二半导体存储区域，并且通过使用所述第二半导体存储区域执行感测在所述第一半导体存储区域中存储的数据的感测操作。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.12 US 61/951,9291.一种半导体存储设备，包括：第一半导体存储区域；第二半导体存储区域；参考电路；读出放大器，其感测在所述第一半导体存储区域和所述第二半导体存储区域中存储的数据；控制电路；以及存储模块，其存储与第一操作模式相关的第一感测信息和与第二操作模式相关的第二感测信息，并且当接收选择所述第一操作模式的第一操作模式选择信号时为所述控制电路提供所述第一感测信息，或当接收选择所述第二操作模式的第二操作模式选择信号时为所述控制电路提供所述第二感测信息，其中，在所述第一操作模式中通过使用所述参考电路感测在所述第一半导体存储区域或所述第二半导体存储区域中存储的所述数据，在所述第二操作模式中通过使用所述第二半导体存储区域感测在所述第一半导体存储区域中存储的所述数据，当接收到所述第一操作模式选择信号和所述第一感测信息时，所述控制电路为所述读出放大器提供第一控制信号，并且当接收到所述第二操作模式选择信号和所述第二感测信息时，所述控制电路为所述读出放大器提供第二控制信号，当所述读出放大器接收所述第一操作模式选择信号和所述第一控制信号时，所述读出放大器电连接所述参考电路和所述第一半导体存储区域或所述读出放大器电连接所述参考电路和所述第二半导体存储区域，并且通过使用所述参考电路来执行感测在所述第一半导体存储区域或所述第二半导体存储区域中存储的数据的感测操作，以及当所述读出放大器接收所述第二操作模式选择信号和所述第二控制信号时，所述读出放大器电连接所述第一半导体存储区域和所述第二半导体存储区域，并且通过使用所述第二半导体存储区域执行感测在所述第一半导体存储区域中存储的数据的感测操作。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一感测信息包括第一感测时间段和第一读出时间段，所述第一感测时间段指示其中所述读出放大器以所述第一操作模式感测数据的第一感测操作所需要的时间段，并且所述第一读出时间段指示从所述读出放大器的所述第一感测操作的启动直到所述数据的读出所需要的时间段，以及所述第二感测信息包括第二感测时间段和第二读出时间段，所述第二感测时间段指示其中所述读出放大器以所述第二操作模式感测数据的第二感测操作所需要的时间段，并且所述第二读出时间段指示从所述读出放大器的所述第二感测操作的启动直到所述数据的读出所需要的时间段。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第一控制信号包括用于启动所述第一感测操作的第一启动信号、用于终止所述第一感测操作的第一终止信号、以及用于使所述读出放大器输出所述第一感测操作的结果的第一输出信号，以及所述第二控制信号包括第二启动信号、用于终止所述第二感测操作的第二终止信号、以及用于使所述读出放大器输出所述第二感测操作的结果的第二输出信号。4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述控制电路基于所述第一操作模式选择信号和所述第一感测时间段来确定所述第一终止信号，基于所述第一操作模式选择信号和所述第一读出时间段来确定所述第一输出信号，基于所述第二操作模式选择信号和所述第二感测时间段来确定所述第二终止信号，以及基于所述第二操作模式选择信号和所述第二读出时间段来确定所述第二输出信号。5.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第一操作模式中的所述第一感测时间段长于所述第二操作模式中的所述第二感测时间段。6.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第一操作模式中的所述第一读出时间段长于所述第二操作模式中的所述第二读出时间段。7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述读出放大器包括开关电路，当所述读出放大器接收所述第一操作模式选择信号时，所述开关电路电连接所述参考电路和所述第一半导体存储区域或电连接所述参考电路和所述第二半导体存储区域，以及当所述读出放大器接收所述第二操作模式选择信号时，所述开关电路电连接所述第一半导...

【专利技术属性】
技术研发人员：片山明，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本;JP