非易失性存储器和具有该非易失性存储器的存储装置的制造方法
【专利说明】非易失性存储器和具有该非易失性存储器的存储装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2014年3月25日提交的美国临时申请N0.61/969，911和于2014年5月29日提交的韩国专利申请N0.10-2014-0065176的利益，以上各申请的全部内容以引用方式并入本文中。
技术领域
[0003]本文描述的本发明构思涉及一种非易失性存储器、包括该非易失性存储器的存储装置和/或其读写方法。
【背景技术】
[0004]由于高速和/或低功率电子装置，因此对以高速操作并且具有低操作电压的半导体存储器的需求增加。作为半导体存储器，开发了一种磁性存储器以满足这些需求。磁性存储器由于其高速操作和/或非易失性特征而成为下一代半导体存储器的焦点。
[0005]通常，磁性存储器可包含磁性隧道结(MTJ)图案。MTJ图案由两种磁性材料以及介于它们之间的绝缘层形成。MTJ图案的电阻可随着两种磁性材料的磁化方向而变化。例如，当两种磁性材料的磁化方向彼此反向平行时，MTJ图案具有最大电阻，而当两种磁性材料的磁化方向彼此平行时，其具有最小电阻。可利用电阻值之间的差写/读数据。
【发明内容】
[0006]本发明构思的一些示例实施例的一个方面在于提供一种非易失性存储器，该非易失性存储器包括:用于存储数据的第一真实单元和第二真实单元；用于存储所述数据的互补数据的第一互补单元和第二互补单元；位线，其分别连接至第一真实单元和第二真实单元的第一端；互补位线，其分别连接至第一互补单元和第二互补单元的第一端；第一子字线，其连接至第一真实单元的第二端；第二子字线，其连接至第二真实单元的第二端；第一互补子字线，其连接至第一互补单元的第二端；第二互补子字线，其连接至第二互补单元的第二端；以及第一晶体管，其被构造为响应于施加至第一字线的第一导通电压将第一子字线连接至第一源极线；第一互补晶体管，其被构造为响应于第一导通电压将第一互补子字线连接至第一互补源极线；第二晶体管，其被构造为响应于施加至第二字线的第二导通电压将第二子字线连接至第一源极线；以及第二互补晶体管，其被构造为响应于第二导通电压将第二互补子字线连接至第一互补源极线。
[0007]在一些示例实施例中，第一真实单元和第二真实单元以及第一互补单元和第二互补单元中的每一个是磁性隧道结(MTJ)单元。
[0008]在一些示例实施例中，第一字线和第二字线与第一源极线和第二互补源极线按照相同方向延伸。
[0009]在一些示例实施例中，所述非易失性存储器还包括:位线选择晶体管，其被构造为响应于列选择信号将位线中的一根选择性地连接至第一数据线；以及互补位线选择晶体管，其被构造为响应于列选择信号将互补位线中的一根选择性地连接至第二数据线。
[0010]在一些示例实施例中，所述非易失性存储器还包括:输入缓冲器，其向第一数据线提供对应于所述数据的电压；以及互补输入缓冲器，其向互补数据线提供对应于所述互补数据的电压。
[0011]在一些示例实施例中，在关于第一真实单元和第二真实单元之一的写操作中向位线施加预充电电压之后，将地电压施加至所选择的位线，将导通电压施加至所选择的字线，并且将写电压施加至第一源极线。
[0012]在一些示例实施例中，在关于第一互补单元和第二互补单元之一的写操作中向互补位线施加地电压之后，将预充电电压施加至所选择的互补位线，将导通电压施加至所选择的字线，并且将地电压施加至第一互补源极线。
[0013]在一些示例实施例中，非易失性存储器还包括感测放大器，其被构造为感测第一数据线和第二数据线的电压或电流。
[0014]在一些示例实施例中，在关于第一真实单元和第二真实单元之一的读操作中向位线施加地电压之后，将导通电压施加至所选择的字线，并且将地电压施加至第一源极线。
[0015]在一些示例实施例中，在关于第一互补单元和第二互补单元之一的读操作中向互补位线施加地电压之后，将导通电压施加至所选择的字线，并且将地电压施加至第一互补源极线。
[0016]在一些示例实施例中，所述非易失性存储器还包括源极线控制电路，其被构造为响应于源极线控制信号独立地控制施加至第一源极线和第一互补源极线的电压。
[0017]在一些示例实施例中，所述非易失性存储器还包括源极线控制信号产生器，其被构造为响应于数据、读使能信号和写使能信号来产生源极线控制信号。
[0018]在一些示例实施例中，导通电压是电源电压。
[0019]本发明构思的一些实施例的另一方面在于提供一种存储装置，该存储装置包括:至少一个非易失性存储器；以及存储器控制器，其被构造为控制所述至少一个非易失性存储器，其中，所述至少一个非易失性存储器包括存储器单元阵列，该存储器单元阵列在写操作中被构造为:以不同的预充电电压对位线和互补位线进行预充电；通过将导通电压施加至所选择的字线来将源极线连接至真实单元，或者通过将导通电压施加至所选择的字线来将互补源极线连接至互补单元；通过将不同的写电压施加至源极线和互补源极线来将数据存储在真实单元中；以及将互补数据存储在互补单元中。
[0020]在一些示例实施例中，真实单元和互补单元的第一端连接至子字线，真实单元的第二端连接至位线，并且互补单元的第二端连接至互补位线。所述至少一个非易失性存储器还包括晶体管，该晶体管被构造为响应于施加至所选择的字线的导通电压将子字线连接至源极线和互补源极线。源极线和互补源极线由单根信号线形成。连接至子字线的真实单元和互补单元交替设置。
[0021]在一些示例实施例中，真实单元和互补单元的第一端连接至子字线，真实单元的第二端连接至位线，并且互补单元的第二端连接至互补位线。所述至少一个非易失性存储器还包括晶体管，该晶体管被构造为响应于施加至所选择的字线的导通电压将子字线连接至源极线和互补源极线。源极线和互补源极线由单根信号线形成。连接至子字线的一组真实单元和连接至子字线的一组互补单元被设置为彼此相邻。
[0022]在一些示例实施例中，真实单元的第一端连接至子字线，互补单元的第一端连接至互补子字线，真实单元的第二端连接至位线，并且互补单元的第二端连接至互补位线。所述至少一个非易失性存储器还包括晶体管和互补晶体管，所述晶体管被构造为响应于施加至所选择的字线的导通电压将子字线连接至源极线，所述互补晶体管被构造为响应于施加至所选择的字线的导通电压将子字线连接至互补源极线。
[0023]在一些示例实施例中，在读操作中，将地电压施加至位线和互补位线，将导通电压施加至所选择的字线，将读电压施加至源极线和互补源极线，并且感测到所选择的位线或所选择的互补位线的电压或电流。
[0024]在一个实施例中，所述非易失性存储器包括:源极线结构；多个真实存储器单元，其连接在第一对应位线与子字线结构之间；多个互补存储器单元，其连接在对应互补位线与子字线结构之间；选择结构，其被构造为将源极线结构选择性地电连接至子字线结构；以及控制电路，其被构造为在读操作和写操作的至少一个期间控制选择结构，从而基于导通电压被施加至单根字线来将子字线结构中的第一子字线连接至源极线结构中的第一源极线，并将子字线结构中的第二子字线连接至源极线结构中的第二源极线，其中所述第一子字线连接至多个真实存储器单元，而所述第二子字线连接至多个互补存储器单元。
[0025]在一个实施例中，第一子字线和第二子字线为相同的子字线或为不同的子字线，并且第一源极线和第二源极线为相同的源极线或为不同的源极线。
【附图说明】
[0026]通过以下参照附图的描述，以上和其它目的和特征将变得清楚，其中除非另有说明，否则相同的附图标记在各个附图中始终指代相同的部分，其中
[0027]图1是示意性地示出根据本发明构思的示例实施例的非易失性存储器的框图；
[0028]图2是示意性地示出根据本发明构思的实施例的图1所示的ΙΤ-nCell结构的示图；
[0029]图3是示意性地示出根据本发明构思的另一实施例的图1所示的ΙΤ-nCell结构的示图；
[0030]图4是示意性地示出根据本发明构思的又一实施例的图1所示的ΙΤ-nCell结构的不图；
[0031]图5是根据本发明构思的实施例的存储器单元的透视图；
[0032]图6和图7是示意性地示出根据存储在图5所示的存储器单元中的数据的可变电阻元件的磁化方向的示图；
[0033]图8是示意性地示出根据本发明构思的实施例的非易失性存储器的一部分的示图，以描述通过I/o单元执行的写操作和读操作；
[0034]图9是示意性地示出根据本发明构思的另一实施例的非易失性存储器的一部分的示图，以描述通过I/o单元执行的写操作和读操作；
[0035]图10是示意性地示出用于描述图9所示的非易失性存储器10a的写操作和读操作的框图；
[0036]图11是用于描述关于根据本发明构思的实施例的非易失性存储器的真实单元的写操作的时序图；
[0037]图12是用于描述关于根据本发明构思的实施例的非易失性存储器的互补单元的与操作的时序图；
[0038]图13是示意性地示出根据本发明构思的实施例的非易失性存储器的写方法的流程图；
[0039]图14是用于描述关于根据本发明构思的实施例的非易失性存储器的真实单元的读操作的时序图；
[0040]图15是用于描述关于根据本发明构思的实施例的非易失性存储器的互补单元的读操作的时序图；
[0041]图16是示意性地示出根据本发明构思的实施例的非易失性存储器的读方法的流程图；
[0042]图17是示意性地示出根据本发明构思的实施例的存储装置的框图；
[0043]图18是示意性地示出根据本发明构思的实施例的存储装置的框图；
[0044]图19是示意性地示出根据本发明构思的实施例的存储卡的框图；
[0045]图20是示意性地示出根据本发明构思的实施例的通用闪存(UFS)系统的框图；以及
[0046]图21是示意性地示出根据本发明构思的实施例的移动装置的框图。
【具体实施方式】
[0047]将参照附图详细描述实施例。然而，本发明构思可以许多不同形式实现，并且不应理解为仅限于示出的实施例。相反，提供这些实施例作为示例以使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明构