[发明专利]一种基于阻变存储单元RRAM的存储单元及存储方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于阻变存储单元RRAM的存储单元及存储方法。

背景技术

随着信息时代的飞速发展，集成电路的发展也愈发迅速，设计水平的日益提高，超大规模集成电路和片上系统芯片的功能及逻辑复杂度也不断地增加。另一方面，为了追求低功耗，高集成度，芯片的制造工艺也愈发复杂，这使得芯片在制造过程中更为容易出现缺陷，尤其在存储器芯片中，芯片在出厂后不可避免的存在或多或少的损坏存储单元，或有缺陷的逻辑功能，使得良品率降低，增加了芯片设计开发成本。所以在芯片开发中，一般会加入冗余单元以实现后续对缺陷部分的替换，使得芯片可以被修复以提高产品成品率。

阻变存储单元(RRAM)是一种新型的非易失性数据存储技术，其特点在于利用一种能够在特殊条件下发生电阻改变的金属氧化物作为存储单元。图1为阻变存储单元的示意图。

eFuse技术是基于多晶硅熔丝特性的技术。利用多晶硅熔丝初始阻值很小的特性，当大电流持续流过多晶硅熔丝时，多晶硅熔丝会被永久熔断，阻值成倍增加，反之则保持导通状态。eFUSE单元通过判断多晶硅熔丝熔断的断裂与导通，识别为数字信号的0或1。从而实现了对信息的存储。

在存储器开发过程中，利用eFUSE技术。在芯片出厂测试过程中，统计发现芯片的具体功能问题或损坏单元地址，之后对照这些测试信息，通过对预先设计在片内的相关eFUSE电路进行编程，从而实现芯片内部具体逻辑功能的切换和改动，或者通过编程eFUSE以存储具体的错误地址信息，然后芯片内部的地址替换逻辑可以依照存储的错误信息，在外部访问错误地址时，自动对照和映射地址，实现对相应冗余存储空间的访问，以替换原先的缺陷空间。

虽然利用eFUSE技术能够较为方便的对芯片内部进行相应的修复或功能调整改动，一定程度上修复一些存在缺陷的芯片。但是，这种测试依然还是存在以下不足：

1、eFUSE技术虽然成熟，但并不是所有工艺线都支持该技术。对于基于某些不支持eFUSE技术的工艺开发的芯片，不能利用该技术来实现上述功能。

2、eFUSE技术支持芯片出厂后的eFUSE编程以改变内部电路，但该操作为一次性编程，所以仅有一次机会去修复相关电路，有一定的局限性。

发明内容

为了解决现有的eFUSE技术工艺支持性有限、只能进行一次修复的局限性的技术问题，本发明提供一种新的基于阻变存储单元RRAM的存储单元，可替代eFUSE技术，能够实现多次编程操作的存储技术。

本发明的技术解决方案：

一种基于阻变存储单元RRAM的存储单元，其特殊之处在于：包括敏感放大器、参考电阻电路以及数据通路；

所述敏感放大器的一端连接RRAM，另一端连接参考电阻电路，敏感放大器根据两端电阻阻值感应出q端信号和qb端信号，使敏感放大器最终在高电压态或低电压态，实现对数据的锁存；

所述参考电阻电路用于向敏感放大器提供一个参考电阻；

所述数据通路用于通过输出端口fuseq实现输出数据的0、1输出。

上述敏感放大器为互相反馈串联的环路反相器，所述敏感放大器的输入端与RRAM的位线连接。

上述参考电阻电路由阻值固定的电阻单元和NMOS三级管串联组成，所述参考电阻电路连接在敏感放大器(sense)的输出端。

上述数据通路包括上拉电路和下拉电路，

所述上拉电路包括通过漏端连接的PMOS管P1和PMOS管P2，其中PMOS管P2为弱上拉管；所述PMOS管P1的栅端连接数据输出使能en，所述PMOS管P2的漏端连接输出端口fuseq；

所述下拉电路包括通过漏端连接的NMOS管n1和NMOS管n2，所述NMOS管n2的栅端连接qb端，所述NMOS管n1的栅端连接数据输出使能en，所述NMOS管n1的源端与PMOS管P1的漏端连接。

上述参考电阻电路提供的参考电阻位于RRAM的高阻值和低阻值之间。

一种基于阻变存储单元RRAM的存储方法，其特殊之处在于：包括如下步骤：

1】阻变操作：

对RRAM进行编程和擦除操作，RRAM即实现低阻阻变或高阻阻变，RRAM的可变电阻Rcell将固定的保持在高阻值或低阻值状态；

2】初始化数据操作：

将RRAM的字线wl打开，将敏感放大器的q端信号和qb端信号下拉到地，实现对敏感放大器两端信号的复位初始化；

3】数据感应操作

开通敏感放大器工作，同时参考电阻电路开始工作提供一个参考电阻，经过敏感放大器的q端信号和qb端信号产生竞争：