在极性转变期间降低功耗的电压驱动器的制作方法

1.本文揭示的至少一些实施例一般来说涉及用于施加电压到存储器单元的电压驱动器，且具体来说但不限于涉及用于涉及极性转变的电压的高能效电压驱动器。


背景技术：

2.存储器集成电路可具有形成在半导材料的集成电路裸片上的一或多个存储器单元阵列。存储器单元是可个别使用或操作以存储数据的存储器的最小单元。一般来说，存储器单元可存储一或多个数据位。
3.针对存储器集成电路已经开发不同类型的存储器单元，例如随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、动态随机存取存储器(dram)、静态随机存取存储器(sram)、同步动态随机存取存储器(sdram)、相变存储器(pcm)、磁随机存取存储器(mram)、或非(nor)快闪存储器、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪存储器等。
4.一些集成电路存储器单元是易失性的，且需要电力来维持存储在单元中的数据。易失性存储器的实例包含动态随机存取存储器(dram)及静态随机存取存储器(sram)。
5.一些集成电路存储器单元是非易失性的，且可甚至在未供电时留存所存储的数据。非易失性存储器的实例包含快闪存储器、只读存储器(rom)、可编程只读存储器(prom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)及电可擦除可编程只读存储器(eeprom)存储器等。快闪存储器包含与非(nand)类型快闪存储器或或非(nor)类型快闪存储器。nand存储器单元基于nand逻辑门；且nor存储器单元基于nor逻辑门。
6.交叉点存储器(例如，3d xpoint存储器)使用非易失性存储器单元阵列。交叉点存储器中的存储器单元是无晶体管的。此类存储器单元的每一者可具有相变存储器装置及选择装置，其一起堆叠为集成电路中的列。此类列的存储器单元在集成电路中经由在彼此垂直的方向上延伸的两层导线连接。两个层的一者在存储器单元上方；且另一层在存储器元件列下方。因此，可在两个层的每一者上的一个导线的交叉点处个别选择每一存储器单元。交叉点存储器装置是快速且非易失性的，且可用作统一的存储器集区进行处理及存储。
7.非易失性集成电路存储器单元可经编程以通过在编程/写入操作期间施加一个电压或电压模式到存储器单元而存储数据。编程/写入操作将存储器单元设定在对应于正在编程/存储到存储器单元中的数据的状态中。存储在存储器单元中的数据可在读取操作中通过检查存储器单元的状态来检索。读取操作通过施加电压确定存储器单元的状态，且确定存储器单元是否在对应于预定义状态的电压下变为导电的。


技术实现要素：

8.本发明的一个方面涉及一种集成电路存储器装置，其包括：存储器单元；及耗尽型电压驱动器，其连接到所述存储器单元；其中在第一极性中，所述电压驱动器由相对于接地的负电压供电以驱动负选择电压或第一取消选择电压；其中在第二极性中，所述电压驱动器由相对于接地的正电压供电以驱动正选择电压或第二取消选择电压；且其中所述电压驱
动器经配置以在所述第一极性与所述第二极性之间转变。
9.本发明的另一方面涉及一种方法，其包括：将相对于接地的负电压施加到连接到集成电路存储器装置中的存储器单元的电压驱动器以产生第一极性的电压，包含响应于所述电压驱动器的第一控制电压的第一取消选择电压及响应于所述电压驱动器的第三控制电压的负选择电压；将相对于接地的正电压施加到所述电压驱动器以产生第二极性的电压，包含响应于所述电压驱动器的第二控制电压的第二取消选择电压及响应于所述电压驱动器的第四控制电压的正选择电压；凭借在所述电压驱动器的所述第一控制电压与所述第二控制电压之间切换而在所述第一极性与所述第二极性之间转变，以分别输出所述第一取消选择电压及所述第二取消选择电压；及凭借在所述电压驱动器的所述第三控制电压与所述第四控制电压之间切换而在所述第一极性与所述第二极性之间转变，以分别输出所述负选择电压及所述正选择电压，其中所述第一控制电压与所述第二控制电压之间的第一电压摆幅小于所述第三控制电压与所述第四控制电压之间的第二电压摆幅。
10.本发明的又一方面涉及一种存储器装置，其包括：控制器；第一组并联导线，其安置在集成电路裸片的第一层中；第二组并联导线，其安置在所述集成电路裸片的第二层中；第一组电压驱动器，其分别连接到所述第一组并联导线；第二组电压驱动器，其分别连接到所述第二组并联导线；及存储器单元阵列，其形成在所述第一层与所述第二层之间，其中每一相应存储器单元位于所述第一层中的导线与所述第二层中的导线的交叉点处；其中所述第一组电压驱动器与所述第二组电压驱动器中的每一相应电压驱动器具有耗尽类型。
附图说明
11.在附图中通过实例而非限制来说明实施例，其中类似元件符号指示相似元件。
12.图1展示在根据一些实施例的存储器单元中使用耗尽型电压驱动器来驱动涉及极性转变的电压。
13.图2到5展示根据一项实施例的经配置用于驱动不同极性的电压的耗尽型电压驱动器。
14.图6展示根据一项实施例的配置有耗尽型驱动器的存储器装置。
15.图7展示根据一项实施例的具有经配置以降低功耗的位线驱动器及字线驱动器的存储器单元。
16.图8展示根据一项实施例的在存储器单元上施加电压的方法。
具体实施方式
17.本文揭示的至少一些实施例提供在低功耗下驱动具有极性转变的电压的系统、方法及设备。
18.在一些实施方案中，交叉点存储器可使用具有选择装置但不具有相变存储器装置的存储器单元。例如，存储器单元可为具有可变阈值能力的单个合金块。此类单元的读/写操作可基于阈值化所述单元同时以亚阈值偏压抑制其它单元，其方式类似于针对具有一起堆叠为列的选择装置及相变存储器装置的存储单元的读/写操作。
19.具有选择装置但不具有相变存储器装置的此类存储器单元可在交叉点存储器中编程以具有阈值电压窗口。阈值电压窗口可通过将具有相反极性的编程脉冲施加到选择装
置而产生。例如，选择装置可经偏压以在选择装置的两侧之间具有正电压差，或者在选择装置的相同两侧之间具有负电压差。当正电压差被视为具有正极性时，负电压差被视为具有与正极性相反的负极性。可在给定/固定极性的情况下执行读取。当编程(例如，与读取操作相同的方向/极性)时，存储器单元具有低于已经复位的单元的阈值，使得在读取操作期间，读取电压可使经编程单元变为导电的，而复位单元保持不导电。
20.为了驱动具有相反极性的编程脉冲，电压驱动器经历消耗能量的电压摆幅。操作取消选择的字线/位线的电压驱动器消耗多数能量。下文论述的至少一些实施例提供具有耗尽类型配置的电压驱动器，其减少在极性转变的电压摆幅期间消耗的能量。
21.图1展示在根据一些实施例的存储器单元(101)中使用耗尽型电压驱动器(103及105)来驱动涉及极性转变的电压。
22.在图1中，电压驱动器(103及105)经配置以在将数据编程到存储器单元(101)中的写入操作期间驱动施加在存储器单元(101)上的电压。
23.存储器单元(101)具有选择装置，但不具有相变存储器装置。导线(141)连接到存储器单元(101)的一个侧；且另一导线(143)连接到存储器单元(101)的所述侧。
24.当将正极性的电压施加到存储器单元(101)时，电压驱动器b(105)可在导线(143)上施加高正选择电压(例如，4v)，而电压驱动器a(103)可在导线(141)上施加高负选择电压(例如，-4v)。
25.当将负极性的电压施加到存储器单元(101)时，电压驱动器b(105)可在导线(143)上施加高负选择电压(例如，-4v)，而电压驱动器a(103)可在导线(141)上施加高正选择电压(例如，4v)。
26.当电压驱动器a(103)及/或电压驱动器b(105)驱动低取消选择电压(例如，0v)时，不选择存储器单元(101)。当电压驱动器a(103)及电压驱动器b(105)两者驱动高选择电压(例如，-4v及4v)时，选择存储器单元(101)。
27.优选地，电压驱动器a(103)及/或电压驱动器b(105)具有根据图2到5配置的耗尽类型以输出选择/取消选择电压以降低功耗。
28.图2到5展示根据一项实施例的经配置用于驱动不同极性的电压的耗尽型电压驱动器(107)。例如，电压驱动器(107)可用于实施图1中的电压驱动器(103及105)。
29.在图2及3中，电压驱动器(107)由电压线(113与115)之间的相对于接地(例如，0v)的负电压(例如，-4v)供电以驱动负电压。例如，将0v电压施加到电压线(113)；且将-4v电压施加到电压线(115)。当在图2中控制线(111)接收1.2v电压时，电压驱动器(107)的输出线(117)提供0v的取消选择信号。当在图3中控制线(111)接收-4v的控制电压时，电压驱动器(107)的输出线(117)提供-4v的负极性选择信号。
30.在图4及5中，电压驱动器(107)由电压线(113与115)之间的相对于接地(例如，0v)的正电压(例如，5v)供电以驱动正电压。例如，将5v电压施加到电压线(113)；且将0v电压施加到电压线(115)。当在图4中控制线(111)接收0v的控制电压时，电压驱动器(107)的输出线(117)提供0v的取消选择信号。当在图5中控制线(111)接收5v的控制电压时，电压驱动器(107)的输出线(117)提供4v的正极性选择信号。
31.当使用根据图2到5配置的电压驱动器(107)时，电压驱动器(107)的控制线(111)经历在图2及4的配置之间的1.2v的控制电压摆幅以用于驱动取消选择电压。此转变可消耗
每极性转变约2到3pj的能量。
32.相反，如果使用逆变器类型的电压驱动器，那么电压驱动器可经历针对极性转变的9v的电压摆幅以用于驱动取消选择信号。逆变器类型的电压驱动器中的此转变可消耗每转变多于120pj的能量。在图3及5中，电压驱动器(107)的控制线(111)在极性转变期间经历9v的控制电压摆幅以用于驱动选择电压。
33.通常，当定址存储器单元阵列时，驱动取消选择信号的电压驱动器比驱动选择信号的电压驱动器多。因此，使用根据图2到5中说明的配置的耗尽类型的电压驱动器(107)可导致具有存储器单元(例如，101)的阵列的存储器装置中的功耗大幅降低。
34.图6展示根据一项实施例的配置有耗尽型驱动器的存储器装置。
35.在图6中，存储器装置包含存储器单元阵列(133)。例如，图1中说明的存储器单元(101)可用于存储器单元阵列(133)中。
36.图6的存储器装置包含控制器(131)，其操作位线驱动器(137)及字线驱动器(135)以存取阵列(133)中的个别存储器单元(例如101)。
37.位线驱动器(137)及/或字线驱动器(135)可包含根据图2到5配置的电压驱动器(107)以在极性转变期间降低功耗。
38.例如，阵列(133)中的每一存储器单元(例如，101)可经由通过一对位线驱动器及字线驱动器驱动的电压存取，如在图7中说明。
39.图7展示根据一项实施例的具有经配置以降低功耗的位线驱动器(147)及字线驱动器(145)的存储器单元(101)。
40.例如，位线驱动器(147)驱动施加到阵列(133)中的一行存储器单元的第一电压；且字线驱动器(145)驱动施加到阵列(133)中的一列存储器单元的第二电压。存储器单元阵列(133)的行及列中的存储器单元(101)经受由位线驱动器(147)驱动的第一电压与由字线驱动器(145)驱动的第二电压之间的电压差。当第一电压高于第二电压时，存储器单元(101)经受一个电压极性(例如，正极性)；且当第一电压低于第二电压时，存储器单元(101)经受相反的电压极性(例如，负极性)。
41.位线驱动器(147)及字线驱动器(145)的至少一者可以图2到5中说明的方式配置为耗尽型驱动器(107)。
42.例如，当选择存储器单元(101)时，位线驱动器(147)驱动根据图5的一个极性的正高电压(例如，4v)及根据图3的相反极性的负高电压(例如，-4v)。类似地，字线驱动器(145)驱动根据图3的一个极性的负高电压(例如，-4v)及根据图5的相反极性的正高电压(例如，4v)。
43.例如，当取消选择存储器单元(101)时，位线驱动器(147)驱动根据图4的一个极性的低电压(例如，0v)及根据图2的相反极性的低电压(例如，0v)。当位线驱动器(147)驱动低电压时，字线驱动器(145)可驱动根据图3及5的高电压或驱动根据图2及4的低电压。
44.类似地，当取消选择存储器单元(101)时，字线驱动器(145)驱动根据图2的一个极性的低电压(例如，0v)及根据图4的相反极性的低电压(例如，0v)。当字线驱动器(145)驱动低电压时，位线驱动器(147)可驱动根据图3及5的高电压或驱动根据图2及4的低电压。
45.例如，位线驱动器(137)可用于驱动布置在一个方向上并放置在交叉点存储器的一层中的并联导线(例如，141)；且字线驱动器(135)可用于驱动布置在另一方向上并放置
在交叉点存储器的另一层中的并联导线(例如，143)。连接到位线驱动器(例如，147)的导线(例如，141)及连接到字线驱动器(例如，145)的导线(例如，143)在两个层中在正交方向上延伸。存储器单元阵列(133)夹在两层导线之间；且阵列(133)中的存储器单元(例如，101)形成在交叉点存储器的集成电路裸片中的两根导线(例如，141与143)的交叉点处。
46.图8展示根据一项实施例的在存储器单元上施加电压的方法。例如，图8的方法可使用根据图1到5配置的耗尽型电压驱动器(例如，107)在图6的存储器装置中实施。
47.在框161，将电压驱动器(例如，107)连接到集成电路存储器装置(133)中的存储器单元(101)。
48.例如，集成电路存储器装置(133)可包含含有存储器单元(101)的交叉点存储器。例如，存储器单元(101)可包含选择装置但不包含相变存储器装置；且存储器单元(101)可编程以经由施加相反极性的脉冲存储数据。在读取存储器单元的操作期间，将预定、固定极性的电压施加到存储器单元。
49.在框163，将相对于接地的负电压施加到电压驱动器(107)。当由负电压供电时(例如，分别在电压线113及115处的0v与-4v之间)，电压驱动器(107)产生第一极性(例如，负)的电压，包含响应于施加到电压驱动器(107)的第一控制电压(例如，在控制线111处的1.2v)的第一取消选择电压(例如，在输出线117处的0v)及响应于施加到电压驱动器(107)的第三控制电压(例如，在控制线111处的-4v)的负选择电压(例如，在输出线117处的-4v)。
50.在框165，将相对于接地的正电压施加到电压驱动器(107)。当由正电压供电时(例如，分别在电压线113及115处的5v与0v之间)，电压驱动器(107)产生第二极性(例如，正)的电压，包含响应于施加到电压驱动器(107)的第二控制电压(例如，在控制线111处的0v)的第二取消选择电压(例如，在输出线117处的0v)及响应于施加到电压驱动器(107)的第四控制电压(例如，在控制线处的5v)的正选择电压(例如，在输出线117处的4v)。
51.在框167，电压驱动器(107)凭借在电压驱动器(107)的第一控制电压与第二控制电压之间切换而在第一极性与第二极性之间转变，以分别输出第一取消选择电压及第二取消选择电压。例如，转变是在图2及4中说明的配置之间。
52.在框169，电压驱动器(107)凭借在电压驱动器(107)的第三控制电压与第四控制电压之间切换而在第一极性与第二极性之间转变，以分别输出负选择电压及正选择电压。电压驱动器(107)经配置以经历第一控制电压与第二控制电压之间的第一电压摆幅，及第三控制电压与第四控制电压之间的第二电压摆幅，其中第一电压摆幅经配置以小于第二电压摆幅以降低极性转变期间存储器单元(例如，101)的阵列(133)中的总功耗。
53.例如，第一电压摆幅小于2v，如在图2及4中说明；且第二电压摆幅大于8v，如在图3及5中说明。
54.例如，电压驱动器(107)具有耗尽类型。如在图2及4中说明，电压驱动器(107)的控制电压摆幅在控制信号111上为1.2v与0v之间，且因此在极性转变期间对于取消选择信号仅为约1.2v。如在图3及5中说明，电压驱动器(107)的控制电压摆幅在控制信号111上为-4v与5v之间，且因此在极性转变期间对于选择信号为约9v。
55.本发明包含方法及执行上述方法的设备，所述设备包含执行这些方法的数据处理系统，以及含有在数据处理系统上执行时使系统执行这些方法的指令的计算机可读媒体。
56.图6的存储器装置可用于数据处理系统中。
57.典型数据处理系统可包含互连件(例如，总线及系统核心逻辑)，所述互连件互连(若干)微处理器及存储器。微处理器通常耦合到高速缓冲存储器。
58.互连件将(若干)微处理器和存储器互连到一起且也将其经由(若干)输入/输出(i/o)控制器互连到(若干)i/o装置。i/o装置可包含显示器装置及/或外围装置，例如鼠标、键盘、调制解调器、网络接口、打印机、扫描仪、摄像机及此项技术中已知的其它装置。在一项实施例中，当数据处理系统是服务器系统时，一些i/o装置(例如，打印机、扫描仪、鼠标及/或键盘)是可选的。
59.互连件可包含通过各种电桥、控制器和/或适配器彼此连接的一或多个总线。在一项实施例中，i/o控制器包含用于控制usb(通用串行总线)外围设备的usb适配器，及/或用于控制ieee-1394外围设备的ieee-1394总线适配器。
60.存储器可包含以下一或多者：rom(只读存储器)、易失性ram(随机存取存储器)及非易失性存储器，例如硬盘驱动器、快闪存储器等。
61.易失性ram通常实施为动态ram(dram)，动态ram不断需要电力以便刷新或维持存储器中的数据。非易失性存储器通常是磁性硬盘驱动器、磁性光盘驱动器、光盘驱动器(例如，dvd ram)或即使在系统断电后也维持数据的其它类型的存储器系统。非易失性存储器也可为随机存取存储器。
62.非易失性存储器可为直接耦合到数据处理系统中的剩余组件的本地装置。也可使用远离系统的非易失性存储器，例如通过例如调制解调器或以太网接口的网络接口耦合到数据处理系统的网络存储装置。
63.在本发明中，一些功能和操作描述为由软件代码执行或由软件代码引起，以简化描述。但是，这类表达也用于指定功能是由例如微处理器之类的处理器执行代码/指令产生的。
64.替代地，或组合地，本文描述的功能及操作可使用专用电路来实施，无论是否有软件指令，例如使用专用集成电路(asic)或现场可编程门阵列(fpga)。可使用没有软件指令的硬连线电路来实施，或与软件指令组合来实施实施例。因此，技术既不限于硬件电路和软件的任何特定组合，也不限于用于由数据处理系统执行的指令的任何特定源。
65.虽然一项实施例可在全功能计算机及计算机系统中实施，但各种实施例能够以各种形式作为计算产品分配，且能够应用，而不管用于实际实现分配的特定类型的机器或计算机可读媒体。
66.揭示的至少一些方面可至少部分地体现在软件中。即，技术可响应于执行存储器(例如rom、易失性ram、非易失性存储器、高速缓冲或远程存储装置)中所含有的指令序列的计算机系统或其它数据处理系统的处理器(例如微处理器)在计算机系统或其它数据处理系统中执行。
67.为实现实施例而执行的例程可实施为操作系统的部分或特定应用程序、组件、程序、对象、模块或称为“计算机程序”的指令序列。计算机程序通常包含在计算机的各种存储器及存储装置中的不同时间设定的一或多个指令，且当由计算机中的一或多个处理器读取及执行时，所述指令使计算机执行执行涉及各个方面的元件所必需的操作。
68.机器可读媒体可用于存储当由数据处理系统执行时使系统执行各种方法的软件及数据。可执行软件及数据可存储在各种位置，包含(例如)rom、易失性ram、非易失性存储
器及/或高速缓冲存储器。此软件及/或数据的部分可存储在这些存储装置中的任一者中。此外，数据及指令可从集中式服务器或对等网络获得。数据及指令的不同部分可在不同时间、在不同通信会话中或在同一通信会话中从不同的集中式服务器和/或对等网络获得。在执行应用程序之前，可获得完整的数据及指令。或者，当需要执行时，可动态地、及时地获得数据及指令的部分。因此，在特定的时间例项中，不要求数据及指令整体在机器可读媒体上。
69.计算机可读媒体的实例包含但不限于非暂时性、可记录及不可记录类型的媒体，例如易失性及非易失性存储器装置、只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、快闪存储器装置、软盘及其它可换磁盘、磁盘存储媒体、光学存储媒体(例如，光盘只读存储器(cd rom)、数字通用磁盘(dvd)等)等。计算机可读媒体可存储指令。
70.指令也可体现在用于电、光、声或其它形式的传播信号(例如载波、红外信号、数字信号等)的数字及模拟通信链路中。但是，例如载波、红外信号、数字信号等的传播信号并非有形的机器可读媒体且未经配置以存储指令。
71.一般来说，机器可读媒体包括以机器(例如，计算机、网络装置、个人数字助理、制造工具、具有一组一或多个处理器的任何装置等)可存取的形式提供(即，存储及/或传输)信息的任何机构。
72.在各种实施例中，硬连线电路可与软件指令组合使用来实施技术。因此，技术既不限于硬件电路及软件的任何特定组合，也不限于用于由数据处理系统执行的指令的任何特定源。
73.以上描述及附图是说明性的且不视为限制性的。描述许多特定细节来提供通透的理解。但是，在特定例项中，未描述熟知或常规的细节以免模糊描述。对本发明中的一项或一个实施例的引用不一定是对同一实施例的引用；且，此类引用意味着至少一个。
74.在上述说明书中，已参考本发明的特定例示性实施例描述本发明。显而易见，可在不脱离以下权利要求书中陈述的更广泛精神及范围的情况下，对其作出各种修改。因此，本说明书及附图被视为说明性意义而不是限制性意义。