一种带读电压偏置ＮＭＯＳ晶体管的电阻转换存储器制造技术

本发明专利技术属于不挥发存储器技术领域，具体为一种带读电压偏置ＮＭＯＳ晶体管的电阻转换存储器。本发明专利技术通过在读电路模块和位线之间增加用于偏置存储阵列的预定读操作电压的ＮＭＯＳ晶体管，消除电路在读电路模块中由于工艺波动性等因素带来的读操作电压漂移，稳定读过程中位线上电压，结构相对简单，同时不需要明显增加芯片面积。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于不挥发存储器
，具体涉及一种电阻转换存储器，尤其涉及一 种带读电压偏置NMOS晶体管来稳定读操作电压的电阻转换存储器。
技术介绍
存储器在半导体市场中占有重要的地位，由于便携式电子设备的不断普及，不挥 发存储器在整个存储器市场中的份额也越来越大，其中90%以上的份额被FLASH占据。但 是由于存储电荷的要求，FLASH不能随技术代发展无限制拓展，有报道预测FLASH技术的极 限在32nm左右，这就迫使人们寻找性能更为优越的下一代不挥发存储器。最近，一种以电 阻的阻止变化来定义存储状态的电阻转换存储器(Resistive Switching Memory)因为其 高密度、低成本、可突破技术代发展限制的特点引起高度关注。电阻转换存储器所使用的材 料包括有相变材料、掺杂的SrfrO3、铁电材料PWrTiO3、铁磁材料PrhCaxMnO3、二元金属氧 化物材料、有机材料等，其中，以二元金属氧化物(如Nb2O5，Al2O3, Ta2O5，TixO, NixO, CuxO等) 作为存储电阻的电阻随机存储器(Resisitive Random Access Memory，RRAM)、以及由硫系 化合物相变材料作为存储电阻的相变存储器(Phase Change Memory)由于其优越的存储性 能以及成本特性成为备受专注的两种电阻转换存储器。同时，任何存储器在应用中都包括读操作过程和写操作过程，其中，写操作包括置 位操作(Set)过程和复位操作过程(Reset)。读操作是将存储单元中存储的“0”或“ 1”用 电信号输出。对于电阻随机存储器和相变存储器，其存储单元一般是ITlR结构，T即MOS选 通管，R即存储电阻，读操作时偏置于存储电阻的读电压信号远小于复位操作或者置位操作 的读电压信号。这是为了降低电阻转换存储器的读功耗、并减小读操作导致误操作的可能 (读操作电压过大的话可能导致Reset或Set操作)。图1所示为现有技术的电阻随机存储器的结构示意图。在图1中，只是示意性地 给出了 1条位线、一条字线，实际上每个电阻随机存储器是包括多条位线和多条字线、以及 与位线和字线相连接的存储阵列。如图1所示，其中存储单元101由一个行选通管103和 一个存储电阻102组成，我们称之为ITlR结构。行选通管103的控制端与字线104相连， 受行译码器105的输出信号控制。存储电阻102在不同极性、不同幅度的电压信号的驱动 下会在不同的电阻值之间切换，由此来存储不同的状态。存储电阻102的一端与行选通管 103串联连接，另一端与位线108相连，位线108受列选通管106控制。当要对某个存储单 元进行读写操作时，列选通管106在列译码器107的控制下选中相应的位线108，行译码器 控制105开启相应的行选通管103后，通过写电路110进行数据的写入或者通过度电路109 进行数据的读出。然而以上所述的现有技术的电阻随机存储器存在一个缺点即由子电路 的工艺波动带来的影响，实际上读写过程中对位线所施加的电压(即A点的电压)可能与 我们预期的值有所差别，而且另一方面在读写的关键路径上，列选通管的存在也会对电压 进行分压，造成实际加在ITlR上的电压(即B点电压)有偏差。尤其是在读过程的时候， 由于读的电压非常小，如果与设计值有较大的绝对误差的话，将会导致出的电流与预计值有较大的相对误差，甚至有可能得到错误的读出结果、或者导致误操作的可能。图2所示为意法半导体公司提出的稳定读操作电压的电阻随机存储器结构示意 图。同样，在图2中，只是示意性地给出了 1条位线、一条字线，实际上每个电阻随机存储 器是包括多条位线和多条字线、以及与位线和字线相连接的存储阵列。如图2所示，美国 专利US6754107提出了提出了利用一个NMOS晶体管作偏置来稳定电阻存储器的读写过程 中ITlR上电压的方案，与图1所示电阻随机存储器结构相比，意法的专利主要增加了一个 NMOS管111、以及给NMOS管111的栅极提供电压偏置的驱动电路，其驱动电路包括逻辑模 块112、反相器115，其中反相器的供电电压可以在开关113和114的控制下在读电压Vread 和写电压Vprog之间切换。NMOS管111在这里相当于一个源极跟随器的结构，当它的漏端 (108，与字线选通管连接的一端)电压大于或等于栅端电压(反相器115的输出电平)时， 它的源端电压(B点)只由栅端的电压来决定，因而加在ITlR存储单元的电压不会随着漏 端电压变化而变化，意法半导体公司的专利就是利用这一点来消除传统结构电阻随机存储 器的工艺波动和列选通管的存在带来的影响，稳定存储单元(ITlR)上的电压的，即图中B 点的电压。如图2所示的电阻随机存储器的具体工作过程如下首先逻辑模块根据输入的读 /写工作状态信号来控制开关113和114，同时逻辑模块112始终输出低电平给反相器115。 如果当前状态为读，则开关113导通、114关断，使得反相器的电源电压为读电压Vread， 这样反相器就输出Vread给偏置NMOSl 11的栅端；同样的，如果当前状态为写，则开关113 关断、114导通，使得反相器的电源电压为写电压Vprog，这样反相器就输出Vprog给偏置 NMOSl 11的栅端。这样，无论是读还是写，都能通过NM0S111的栅电压来钳位其源端的电压， 使得存储单元上的分压不受工艺波动性和列选通管分压的影响。然而，图2所示结构电阻随机存储器的最大的缺点就是由于每条位线都需要一 个偏置NMOS管111，存储阵列有多少列就需要多少个偏置管，因而会大大增加电阻随机存 储器的芯片面积和成本。同样，对于现有技术的相变存储器，其基本电路结构也与图1所示的电阻随机存 储器相似，同样也存在这个缺点即由于电路的工艺波动带来的影响，实际上读写过程中对 位线所施加的电压(即A点的电压)可能与我们预期的值有所差别，而且另一方面在读写 的关键路径上，列选通管的存在也会对电压进行分压，造成实际加在ITlR上的电压(即B 点电压)有偏差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够消除在读电路过程中由于工艺波动性等因素带 来的读电压漂移、又不明显增加芯片面积的电阻转换存储器。本专利技术提供的电阻转换存储器，包括存储器阵列、行译码器、列选通管、用于控制 所述列选通管的第一端和第二端之间是否导通的列译码器、读电路模块和写电路模块，所 述列选通管的第一端连接于存储器阵列，写电路模块的输出信号输入至所述列选通管的第 二端；其中，所述电阻转换存储器还包括用于偏置存储阵列的预定读操作电压的NMOS晶体 管，该NMOS晶体管的漏端连接于列选通管的第二端，读电路模块的输出信号输入至NMOS晶 体管的源端。根据本专利技术提供的电阻转换存储器，其中，当所述电阻转换存储器工作在读操作 模式时，所述NMOS晶体管的栅极的偏置电压值等于NMOS晶体管的阈值电压与预定读操作 电压之和；当所述电阻转换存储器工作在写操作模式时，所述NMOS晶体管的栅极的偏置使 NMOS晶体管关断的电压。在一较佳实施例中，所述NMOS晶体管的阈值电压等于0。作为较佳实施例，本专利技术提供的电阻转换存储器为电阻随机存储器，其中，所述存 储器阵列包括多个存储单元，每个存储单元包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻转换存储器，包括存储器阵列、行译码器、列选通管、用于控制所述列选通管的第一端和第二端之间是否导通的列译码器、读电路模块和写电路模块，所述列选通管的第一端连接于存储器阵列，写电路模块的输出信号输入至所述列选通管的第二端，其特征在于，所述电阻转换存储器还包括用于偏置存储阵列的预定读操作电压的ＮＭＯＳ晶体管，该ＮＭＯＳ晶体管的漏端连接于所述列选通管的第二端，该ＮＭＯＳ晶体管的源端连接于所述读电路模块的输出信号端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林殷茵，吴雨欣，张佶，金钢，陈怡，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]