动态随机存取存储器芯片制造技术

本发明专利技术系有关于具有强化存取暨回复架构的动态随机存取存储器。动态随机存取存储器包含动态随机存取存储器单元，动态随机存取存储器单元具有存取晶体管与储存电容，字节线耦接至存取晶体管的闸极端。在字节线被选择以开启存取晶体管与字节线未被选择以关闭存取晶体管之间的时段中，第一电压或第二电压储存于动态随机存取存储器单元中，其中该第一电压高于应用在该动态随机存取存储器中的高电位信号的电压，而第二电压低于应用在该动态随机存取存储器中低电位信号的电压。存储器中低电位信号的电压。存储器中低电位信号的电压。

【技术实现步骤摘要】
动态随机存取存储器芯片


[0001]本专利技术系有关于动态存储器，特别有关于具有强化存取暨回复架构的动态存储器。

技术介绍

[0002]现有技术中，最广泛使用的动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)单元(cell)包含一存取晶体管和一储存电容，其中存取晶体管的源极连接储存电容，而存取晶体管的汲极则连接一比特线。比特线耦接第一级感测放大器，而第一级感测放大器从动态随机存取存储器单元所读出(READ out)的信号通过列开关(column switches)后，再传送至一第二级感测放大器，其中第二级感测放大器连接输入/输出线(也就是数据线)。DRAM在写入操作(WRITE operation)期间，由输入/输出缓冲器所驱动的信号会被稳定在数据线，而输入/输出缓冲器驱动的信号会进一步通过第一级感测放大器后，再过存取晶体管写入至储存电容。存取晶体管进行激活模式(active mode，也就是对应述存取晶体管已开启稳定)后，存取晶体管可进行储存电容的读取操作(READ operation)或储存电容的写入操作(WRITE operation)。而在存取晶体管的非激活模式(inactive mode，也就是该存取晶体管已开启关闭)下，存取晶体管则可避免储存电容所储存的数据遗失。
[0003]在现有技术中，存取晶体管被设计具有一高的阈值电压，尽量将通过存取晶体管的漏电流最小化，但随之而来的缺点是当存取晶体管开启时，存取晶体管的性能降低。因此，连接存取晶体管的闸极的字节线必须被升压或连接至一高的电压VPP(通常来自一字节线驱动电路)以允许存取晶体管具有高驱动能力而将信号写入至该储存电容，其中电压VPP是通过该字节线驱动电路载入至字节线或存取晶体管的闸极。因为电压VPP是施加在存取晶体管的高压，所以存取晶体管的闸极的电介质材料(例如，一氧化层或一高电介常数材料)必须比应用至动态随机存取存储器的其他周边电路(例如命令解码器，位址解码器和其他输入/输出电路等)的闸极的电介质材料还要厚。因此，存取晶体管的设计面临不是只能维持高性能、就是只能维持高可靠性的挑战，且须在存取晶体管的可靠性和性能之间进行了艰难的权衡取舍。然而在现有技术中，存取晶体管的设计更专注于达成存取晶体管的高可靠性，却同时必须牺牲存取晶体管的性能。
[0004]关于前述既有的存取晶体管设计，存取晶体管必须具有高阈值电压以降低存取晶体管的漏电流(其中降低存取晶体管的漏电流有助于延长储存电容中所储存的电荷的保存时间(retention time))，具有厚的闸极电介质材料则可承受高的字节线电压(例如电压VPP)，以及牺牲该存取晶体管的性能。因此，通过存取晶体管对储存电容写入一高电位信号(也就是信号“ONE”，其中信号“ONE”通常对应如图1A所示的电压VCCSA)将会花较长的时间达到或无法完全达到信号“ONE”所对应的电压VCCSA。也就是说，将信号“ONE”所对应的电压VCCSA完全写入至该储存电容所耗费的写入时间(WRITE time)将较长。
[0005]另外，请再参照图1A，其中图1A是说明动态随机存取存储器单元最常用的设计的示意图，其中动态随机存取存储器单元包含存取晶体管11和储存电容12。存取晶体管11的
闸极耦接于字节线WL，感测放大器20通过比特线BL耦接于存取晶体管11，其中感测放大器20可由P型金氧半晶体管P1、P2和N型金氧半晶体管N1、N2所组成，且P型金氧半晶体管P1、P2和N型金氧半晶体管N1、PN2的耦接关系可参照图1A，在此不再赘述。动态随机存取存储器单元在写入操作(WRITE operation)期间利用存取晶体管11作为一开关以控制电荷通过比特线BL储存至储存电容12，或是在读取操作(READ operation)期间传送储存电容12所储存的电荷至比特线BL，其中多个动态随机存取存储器单元分别连接比特线BL。例如，感测放大器20在读出操作期间通过放大动态随机存取存储器单元传送至比特线BL的信号以闩锁信号“ONE”(其中信号“ONE”可例如为1.2V，信号“ONE”通常为感测放大器20所提供的电压VCCSA)或信号“ZERO”(其中信号“ZERO”可例如为0V，信号“ZERO”通常为感测放大器20所提供的电压VSS)，或者在写入操作期间，储送信号“ONE”或信号“ZERO”至感测放大器20，以储存正确的信号至动态随机存取存储器单元的储存电容12。
[0006]请参照图1B，图1B是说明动态随机存取存储器单元在存取(读取或写入)操作期间的相关信号的波形的示意图。例如，动态随机存取存储器单元在25nm制程的设计下，通常具有下列与动态随机存取存储器单元阵列的相关参数∶比特线BL上的信号“ONE”的电压为1.2V，字节线WL上的开启电压为2.7V(也就是电压VPP为2.7V)以及字节线WL上的等待(standby)电压约为
‑
0.3V，该阈值电压介于0.7V和0.9V之间，存取晶体管11的闸极的电介质材料必须承受2.7V的电压强度，其中在老化应力(burn
‑
in stress)的条件下，存取晶体管11的闸极的电介质材料更必须承受3.4V的电压强度以维持可接受的可靠性裕度(reliability margin)，以及必须采用厚的存取晶体管11的闸极的电介质材料，其中厚的存取晶体管11的闸极的电介质材料会牺牲存取晶体管11的性能。
[0007]如图1B所示，储存电容12在一开始是处于一等待模式(standby made)或非激活模式(也就是说此时存取晶体管11完全关闭)，且字节线WL上的电压为
‑
0.3V(等待电压)。比特线BL和互补比特线BLB上的电压被等化(equalized)在电压VCCSA的一半(即0.6V)。当储存电容12要进入激活模式(也就是存取晶体管11以完全开启)时，字节线WL上的电压先从该等待电压(
‑
0.3V)被提升至电压VPP(例如2.7V)，其中电压VPP大于电压VCCSA(1.2V)和存取晶体管11的阈值电压VT(可为0.7V或0.8V)的总和，以在存取晶体管11的闸源极电压(例如2.7V
‑
1.2V
‑
0.8V＝0.7V)上提供足够大的驱动力。另外，因为存取晶体管11开启，所以比特线BL可耦接储存电容12。如图1B所示，在存取(读出或写入)操作期间，字节线WL上的电压持续维持在电压VPP，且在存取操作期间之后是伴随着一回复阶段(RESTORE phase)，或者是预充电阶段(precharge phase)。在回复阶段，感测放大器20将根据储存电容12所储存的信号“ONE”或信号“ZERO”对储存电容12再充电。经过回复阶段，字节线WL上的电压将从电压VPP下拉至该等待电压(
‑
0.3V)，导致存取晶体管11再次处于该非激活模式。
[0008]综上所述，电压VPP所造成的高压应力将使得存取晶体管11的闸极被设计成具有较厚的电介质材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动态随机存取存储器芯片，其特征在于，包含：一第一组动态随机存取存储器单元，该第一组动态随机存取存储器单元中的每一动态随机存取存储器单元包含一存取晶体管与一储存电容；以及一第一组感测放大器，电性耦接至该第一组动态随机存取存储器单元；其中在一第一参考温度时的该动态随机存取存储器芯片的保存时间系相同或实质相同于在一第二参考温度时的该动态随机存取存储器芯片的保存时间，且相同或实质相同于在一第三参考温度时的该动态随机存取存储器芯片的保存时间，其中该第一参考温度小于该第二参考温度，该第二参考温度小于该第三参考温度。2.如权利要求1所述的动态随机存取存储器芯片，其特征在于，该第一参考温度系为85℃，该第二参考温度系为95℃，该第三参考温度系为105℃。3.如权利要求1所述的动态随机存取存储器芯片，其特征在于，该动态随机存取存储器芯片的保存时间系根据三标准差法则从该第一组动态随机存取存储器单元的平均保存时间来计算。4.如权利要求3所述的动态随机存取存储器芯片，其特征在于，该动态随机存取存储器芯片的保存时间约为130ms。5.一种动态随机存取存储器芯片，其特征在于，包含：一第一组动态随机存取存储器单元，该第一组动态随机存取存储器单元中的每一动态随机存取存储器单元包含一存取晶体管与一储存电容；以及一第一组感测放大器，电性耦接至该第一组动态随机存取存储器单元；其中在一第一参考温度时的该动态随机存取存储器芯片的保存时间小于在一第二参考温度时的该动态随机存取存储器芯片的保存时间，且在该第二参考温度时的该动态随机存取存储器芯片的保存时间小于在一第三参考温度时的该动态随机存取存储器芯片的保存时间，其中该第一参考温度小于该第二参考温度，该第二参考温度小于该第三参考温度。6.如权利要求5所述的动态随机存取存储器芯片，其特征在于，保存时间从该第一参考温度、该第二参考温度至该第三参考温度增加的斜率小于1ms/℃。7.如权利要求5所述的动态随机存取存储器芯片，其特征在于，该动态随机存取存储器芯片的保存时间系根据三标准差法则从该第一组动态随机存取存储器单元的平均保存时间来计算。8.一种动态随机存取存储器芯片，其特征在于，包含：一第一组动态随机存取存储器单元，该第一组动态随机存取存储器单元中的每一动态随机存取存储器单元包含一存取晶体管与一储存电容；以及一第一组感测放大器，电性耦接至该第一组动态随机存取存储器单元；其中该动态随机存取存储器芯片的保存时间从一第一参考温度、一第二参考温度至一第三参考温度逐渐变化，且该动态随机存取存储器芯片的保存时间在一第四参考温度与一第五参考温度时相同或实质相同；其中该第一参考温度小于该第二参考温度，该第二参考温度小于该第三参考温度，该第三参考温度等于或小于该第四参考温度，该第四参考温度小于该第五参考温度。9.如权利要求8所述的动态随机存取存储器芯片，其特征在于，该动态随机存取存储器
芯片的保存时间从一第一参考温度、一第二参考温度至一第三参考温度逐渐降低，该第一参考温度系为85℃，该第二参考温...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢超群，戎博斗，夏濬，
申请(专利权)人：钰创科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：