[发明专利]一种三维存储器读出电路及读出方法

说明书

本发明提供一种三维存储器读出电路及读出方法，包括：读参考电路，产生一个可以快速区分读低阻态单元电流和读高阻态单元电流的读参考电流；以及灵敏放大器。读参考电路包括参考单元、位线匹配模块、字线匹配模块和传输门寄生参数匹配模块。本发明针对三维存储器在平面和垂直方向的寄生效应和漏电，在读参考电流中引入对位线寄生参数、漏电和传输门寄生参数的匹配，在读电流中引入对电流镜寄生参数的匹配，消除了伪读取现象，减小了读出时间；且适用范围广、读出正确率高。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种三维存储器读出电路及读出方法。

背景技术

集成电路存储器被广泛应用于工业界和消费类电子产品，根据存储器能否掉电存储，又可被划分为易失存储器和非易失存储器。非易失存储器，包括闪存(flash memory)、磁存储器(magnetoresistive random-access memory，MRAM)、阻变存储器(resistancerandom-access memory，RRAM)、相变存储器(phase change memory，PCM)等。相变存储器是基于奥弗辛斯基在20世纪60年代末提出的奥弗辛斯基电子效应的存储器，其工作原理是利用加工到纳米尺寸的相变材料在低阻态(晶态)与高阻态(非晶态)时不同的电阻状态来实现数据的存储。磁存储器和阻变存储器同样使用材料或器件在低阻态(low resistancestate，LRS)与高阻态(high resistance state，HRS)时不同的电阻状态来实现数据的存储。

三维存储器，通过将存储单元三维地布置在衬底之上，相比于二维存储器，可以提高存储密度。其中，一种交叉堆叠(cross point)的三维存储结构被广泛应用于各非易失存储器。该结构中，字线和位线呈90度夹角，并层层堆叠，存储单元存在于各个交点。图1为交叉堆叠结构三维非易失存储器示意图。在交叉堆叠结构三维非易失存储器中，存储单元可由存储器件和选通管(Selector)组成。

三维存储器不同于二维存储器，在二维存储器中寄生器件主要在平面方向，而在三维存储器中寄生器件同时存在于垂直方向和平面方向，三维存储器中寄生参数的个数和复杂性远远大于二维存储器；同时，三维存储器采用了新型的选通器件，需要增加不选位线和不选字线，三维存储器的偏置方法和二维存储器完全不一样，复杂性更高；此外，由于三维存储器独特的偏置方式会带来漏电流。

非易失存储器中，数据的读出可通过测量电阻的大小来实现：通过钳位电路给存储单元施加一定电压，读取流过存储单元的相应电流，再与一个参考电流相比较，即可判断存储单元的状态。读电流会受到阵列中的寄生器件影响，导致读取时间变长。在以往的三维存储器和二维存储器设计中，参考电流往往采用恒定值。如图2所示，三维存储器进行读取操作时，灵敏放大器需要同时对阵列中垂直方向寄生器件、平面方向寄生器件和灵敏放大器中的寄生电容充电，之后电流才会稳定下来，而现有技术中的参考电流始终保持在介于读高阻态电流稳定值和读低阻态电流稳定值之间，在给寄生电容充电的这段时间就会产生伪读取现象，大大的制约了三维存储器的速度特性。

影响三维存储器读出速度与正确率的因素包括但不限于以下几点：

一、位线寄生参数。位线寄生参数包括与被选中位线连接的存储单元的寄生电容，与阵列中连接于同一根位线的字线个数有关。

二、传输门寄生参数。传输门寄生参数包括传输门的寄生电阻和寄生电容，与存储阵列中连接于同一根全局位线的本地位线个数和连接于同一根本地位线的位线个数有关。

三、灵敏放大器中电流镜的寄生参数。灵敏放大器中电流镜的寄生参数包括电流镜的寄生电容，与连接于同一个读参考电路的灵敏放大器个数有关。