專利名稱：存儲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1和6的前序部分所述的裝置，也即一種存儲裝置，它具有一些用于存儲數(shù)據(jù)的存儲單元和一個讀放大器，利用所述的讀放大器并借助在讀取存儲單元時由該存儲單元調(diào)節(jié)出的電流大小和/和方向可以求出有關(guān)存儲單元的內(nèi)容。
多年以來，這類存儲裝置已知有許多實施方案。
如同在其它具有較高費用的電路中一樣，在研制存儲裝置時也力圖使能耗保持得盡可能地低，或進一步降低該能耗。尤其在近年來這方面已獲得較大的成功。
但對于某些應用，存儲裝置的能耗一直還非常高。
該應用之一就是用于無接觸芯片卡的存儲裝置。
眾所周知，無接觸芯片卡是專門無線地與其它設備保持連接。其工作所需的能量甚至也是無線地傳輸?shù)?；該能量是從所述芯片卡所接收的電磁振蕩中提取的，并被臨時存儲在電容器中。但由于存儲能力有限，臨時存儲在芯片卡中的能量是非常低的。相應地，包含在無線芯片卡內(nèi)的器件必須能夠利用極低的能量進行工作。常規(guī)的存儲裝置還不能滿足該要求。
因此，本發(fā)明所基于的任務在于進一步改進如權(quán)利要求1和6的前序部分所述的存儲裝置，使得它能利用極低的能量按規(guī)定進行工作。
該任務由權(quán)利要求1和6的特征部分來解決。
據(jù)此規(guī)定-裝設一種電流關(guān)斷裝置，由它響應所述存儲單元內(nèi)容的識別而中斷流經(jīng)所述需讀取的存儲單元的現(xiàn)有電流(權(quán)利要求1的特征部分)，和/或-裝設一種放電裝置，由它對所述存儲單元內(nèi)的在讀取所述存儲單元之前需預充電的節(jié)點進行部分地再放電(權(quán)利要求6的特征部分)。
權(quán)利要求1的措施具有如下積極效果，即電流流經(jīng)存儲裝置和讀放大器的時間可以被降至最短。
權(quán)利要求6的措施具有如下積極效果，即由此可以大大縮短為讀取存儲單元所需的時間；所以存儲裝置和/或包含該存儲裝置的系統(tǒng)必定比迄今的情況能更快地投入運行。
在兩種情況下都降低了存儲裝置的能耗；因此這種存儲裝置可以利用極低的能量按規(guī)定進行工作。
本發(fā)明的優(yōu)選改進方案由從屬權(quán)利要求、下文的說明和附圖
給出。
附圖示出了下面將要詳細講述的存儲裝置的一部分。
下面詳細討論的存儲裝置涉及一種EEPORM。但并不局限于此。下面講述的EEPROM的特性也可以有利地應用于其它任意的非易失或易失的(半導體)存儲裝置，譬如快擦寫存儲器、RAM等等。
下面所討論的EEPROM的結(jié)構(gòu)被示出在所述的附圖中。
為清楚起見，在附圖中只示出了EEPROM通常所具有的許多存儲單元中的一個存儲單元。
所示的存儲單元由一個用參考符號NVM1表示的存儲晶體管和一個與之串聯(lián)的、用參考符號M1表示的選擇晶體管組成。所述的選擇晶體管M1通過所謂的源極線SL與地電位相連，而所述的存儲晶體管NVM1則通過所謂的位線BL和晶體管M2、M3、M10與供電電位VDD相連。
選擇晶體管M1通過所謂的字線WL由讀信號READ(讀)控制。晶體管NVM1和M2通過信號VCONST1(晶體管M2)和VCONST2(晶體管NVM1)進行控制；所述的信號是恒定的-在稍后還要詳細講述的預充電和/或讀取期間均是這樣-，在本實施例中譬如為1.2(VCONST1)或2V(VCONST2)。
晶體管M2是一種預充電晶體管，用于把位于它和晶體管NVM1之間的節(jié)點KBL(位于所述晶體管M2和晶體管NVM1之間的位線BL)充電到一個預定的電位。
晶體管M3用于把流經(jīng)所述位線BL的電流鏡像到稍后還要詳細講述的支路Z2中。
晶體管M10的作用在于必要時把包含它的支路(也即下文所定義的支路Z1)的連接同供電電位VDD隔離開來(中斷流經(jīng)支路Z1的電流)。
上述的電路部分，也即包含晶體管M10、M3、M2、NVM1及M1的電路支路構(gòu)成了上述的(第一)支路Z1。
與該第一支路Z1并聯(lián)地布置了同樣也已講述過的第二支路Z2。該第二支路Z2由一個包含晶體管M4、M5和M9的串聯(lián)電路組成，其中晶體管M4與供電電位VDD相連，而晶體管M9與地電位相連。
晶體管M4和M5被如此地控制，使得它們均流過非常確定的電流，具體為-晶體管M4流經(jīng)一個與流過所述第一支路Z1的電流相一致的電流(晶體管M3和M4構(gòu)成了電流鏡像器，由該電流鏡像器促使所述的晶體管M4流經(jīng)一個與流過晶體管M3的電流相一致的電流)，以及-晶體管M5流經(jīng)一個參考電流InCur，該參考電流被設置成流過晶體管M6(晶體管M5和M6構(gòu)成了電流鏡像器，由該電流鏡像器促使所述的晶體管M5流經(jīng)一個與流過晶體管M6的電流相一致的電流)。
所述的晶體管M9“僅”被用于在必要時隔離所述的第二支路Z2(中斷流經(jīng)第二支路Z2的電流)。
流經(jīng)晶體管M4和M5的電流在一個位于晶體管M4和M5之間的節(jié)點K1處匯合。在該節(jié)點K1處調(diào)節(jié)出一個取決于所述電流的大小比例的電位。該電位的大小代表了需讀出的存儲單元的內(nèi)容，但還不是該裝置的表示存儲單元內(nèi)容的輸出信號。
節(jié)點K1的電位通過第一倒相器I1進行倒相。第一倒相器I1的輸出信號被輸入到“或非”元件NOR中，該信號在那兒與上述通過第二倒相器I2倒相后的READ信號進行“或非”邏輯連接。所述“或非”元件NOR的輸出信號被用來控制所述的晶體管M10，并被輸入到第三倒相器I3中。該第三倒相器I3的輸出信號被用作所示裝置的輸出信號KOUT。
在本實施例中，KOUT具有-值0，-其條件是所述的信號READ具有電平1，也就是說存儲單元進行讀出，而且所述晶體管NVM1被如此地編程，使得它具有低的閾值電壓、也即在讀取過程中導通，以及-值1，-其條件是所述的信號READ具有電平1，也就是說存儲單元進行讀出，而且所述晶體管NVM1被如此地編程，使得它具有高的閾值電壓、也即在讀取過程中截止，或者-其條件是只要所述的信號READ具有電平0，也即存儲單元沒有進行讀出。
所述的信號KOUT還被用來控制位于第二支路中的晶體管M9和與晶體管M4相并聯(lián)的晶體管M8。
讀取存儲單元是以兩級來實現(xiàn)的，也即預充電級和隨后的檢測級。
所述的預充電級是(在所述檢測級中)進行讀取過程的一種準備；所述的(讀)信號READ在預充電級中仍然具有電平0。預充電級的目的在于把節(jié)點KBL預充電到一個預定的電位。在預充電級中，包含在第一支路Z1中的晶體管M10、M3、M2、NVM1和M1被如此控制，使得晶體管M10、M3和M2導通，而晶體管M1截止。因此，由于節(jié)點KBL通過寄生電容C與地電位相連，所以節(jié)點KBL(首先通過所謂的強翻轉(zhuǎn)電流，隨后通過所謂的弱翻轉(zhuǎn)電流)被漸近地充電到VCONST1。
由于晶體管M1截止，所以在預充電級中沒有、或無論如何也沒有值得一提的電流流經(jīng)所述的第一支路Z1。
從而截止所述的晶體管M4，使得在所述的第二支路Z2中也不流過電流，或無論如何也不流過值得一提的電流。
因為信號READ為電平0，所以第二倒相器I2的輸出信號為電平1，“或非”元件NOR的輸出信號為電平0，以及第三倒相器I3的輸出信號(以及由此還有該裝置的輸出信號KOUT)為電平1。
通過所述“或非”元件NOR的輸出信號的電平0使由此被控制的(PMOS)晶體管M10變?yōu)榛虮３謱ǎ煌ㄟ^KOUT的電平1使由此被控制的(NMOS)晶體管M9變?yōu)榛虮３謱?，以及使同樣由此被控制?PMOS)晶體管M8變?yōu)榛虮３纸刂埂?br> 通過晶體管M9可以把所述第二支路Z2的節(jié)點K1拉到地電位。
緊接在預充電級之后便是上述的檢測級，在該檢測級中實現(xiàn)原本的存儲單元讀出；讀信號READ此時具有電平1。在該檢測級中，包含在第一支路Z1內(nèi)的晶體管被如此地控制，使得它們在源極或漏極端施加有合適的電壓時被導通。第一支路Z1的所有晶體管是否實際導通取決于晶體管NVM1的狀態(tài)。如果晶體管NVM1被編程使得其具有高的閾值電壓，那么晶體管NVM1將被截止；如果晶體管NVM1被編程使得其具有低的閾值電壓，那么晶體管NVM1和在第一支路Z1中所裝設的其它晶體管將被導通。該過程是公知的，在此不再贅述。
如果晶體管NVM1被編程使得其在所述檢測級中被截止，那么就不可能有電流流經(jīng)所述的第一支路Z1。
由此，第二支路中的晶體管M4將保持其狀態(tài)不變。也就是說它象在預充電級中那樣保持截止，這樣，此時也不可能有電流流經(jīng)所述的第二支路Z2。
第二支路Z2中的節(jié)點K1的電位也保持不變。也就是說該節(jié)點K1象在預充電級中那樣保持在地電位。
因此，所述第一倒相器I1的輸出信號保持為電平1，所述“或非”元件NOR的輸出信號保持為電平0，以及第三倒相器I3的輸出信號(整個裝置的輸出信號KOUT)保持為電平1，這又導致了晶體管M9和M10導通，而晶體管M8保持截止。
如果晶體管NVM1被編程使得其在所述的檢測級中導通，那么就可能有電流流經(jīng)所述的第一支路Z1。在本實施例中，設于第一支路Z1中的晶體管(尤其是晶體管NVM1)被如此地確定規(guī)格和控制，使得流經(jīng)所述第一支路Z1的電流為11μA。
通過作用為電流鏡像器的晶體管M3和M4，該電流還被設置成流過所述第二支路Z2的位于節(jié)點K1之上的部分。在所述第二支路Z2的位于節(jié)點K1之下的部分中流過上述的參考電流InCur。
在第二支路Z2中流過該電流是基于由所述作用為電流鏡像器的晶體管M6、M5的電流鏡像。參考電流InCur被設置成經(jīng)晶體管M6流向地電位，并在那兒通過采用晶體管M6、M5而被鏡像到第二支路Z2中。所述第二支路Z2的位于節(jié)點K1之下的部分所流經(jīng)的(參考)電流與所述第二支路Z2的位于節(jié)點K1之上的部分所流經(jīng)的電流是反向的。然而，所述第二支路Z2的位于節(jié)點K1之下的部分所流經(jīng)的(參考)電流在此要遠遠小于所述第二支路Z2的位于節(jié)點K1之上的部分所流經(jīng)的電流；在該實施例中它只有其一半大，也即僅為5.5μA。
因為所述第二支路Z2的位于節(jié)點K1之上的部分所流經(jīng)的電流要大于所述第二支路Z2的位于節(jié)點K1之下的部分所流經(jīng)的電流，所以節(jié)點K1被拉向供電電位VDD。
因此，所述第一倒相器I1的輸出信號被置為電平0，所述“或非”元件NOR的輸出信號被置為電平1(第二倒相器I2的輸出信號因READ＝1而同樣具有電平0)，以及所述第三倒相器I3的輸出信號(整個裝置的輸出信號KOUT)被置為電平0。
由于所述“或非”元件NOR的輸出信號為電平1，所以由此被控制的晶體管M10被置為截止狀態(tài)，從而中斷第一支路Z1中的電流。
同時，通過輸出信號KOUT的電平0把所述與此時被截止的晶體管M4相并聯(lián)的晶體管M8置為導通狀態(tài)，由此使節(jié)點K1保持高電位。同時通過輸出信號KOUT的電平0把晶體管M9置為截止狀態(tài)，從而使得沒有電流流過第二支路Z2，并由此把節(jié)點K1完全拉到VDD。
因此，需通過所述裝置檢測的電流-也即通過晶體管NVM1和位線BL產(chǎn)生的電流-以及為檢測該電流所需要的電流(尤其是通過第二支路Z2產(chǎn)生的電流)只是保持與為檢測所述需檢測的電流所需要的那樣久。所述的電流是直接在測定完之后、準確地說是響應所述需檢測的電流的測定而被中斷的。
在正常情況下，也即在沒有上述電流中斷的情況下該電流將會延續(xù)下去，直到代表原本讀過程的檢測級因READ信號從電平1變?yōu)殡娖?而被終止。由于電流已在檢測級內(nèi)中斷，所以流經(jīng)的有關(guān)電流將遠遠小于迄今的情況。由此大大降低了存儲裝置的功耗和能耗。
如果附加地或替代地負責使節(jié)點KBL只被大致預充電到如下的電位-即該電位是為所述按低閾值電壓進行編程的晶體管NVM1被置為導通時所需要的電位，那么對存儲裝置的功耗和能耗也是有積極作用的。
在本實施例中，這是通過如下方式來實現(xiàn)的，即所述的節(jié)點KBL通過晶體管M21以一個非常小的電流(nA范圍)進行放電。在本實施例中，是否執(zhí)行該放電和應該何時開始及結(jié)束該放電，可以通過送入晶體管M20的電流(信號MU)來決定；晶體管M20和M21被連接到一個電平上，其中流入晶體管20的電流被鏡像到晶體管M21中。通過合適地確定晶體管M20和M21的規(guī)格及合適地控制它們，可以實現(xiàn)所述的節(jié)點KBL或多或少被如此地準確放電，使得在該節(jié)點上調(diào)節(jié)出一個預定的理論電位。如果第一支路Z1中的所有晶體管導通(第一支路Z1流過所述需測定的電流)，則所述的理論電位優(yōu)選地譬如為在所述位線上所調(diào)節(jié)出的電位。
通過上述或其它方式對節(jié)點KBL進行放電而考慮了如下情況，即在實際中不能或根本就不能毫無問題地限制所述節(jié)點的預充電，以使其在那兒調(diào)節(jié)出所述的理論電位。
這可以以(預充電)晶體管M2為例來進行說明為了在檢測級中確保該晶體管的規(guī)定功能，施加在晶體管M2的門極端上的電壓VCONST1必須適合VCONST1＝Vth+VkBL理論其中，Vth為晶體管M2的閾值電壓，而VkBL理論為所述節(jié)點KBL必須被設置成的理論電位，以便把按低閾值電壓進行編程的晶體管NVM1-而不是按高閾值電壓進行編程的晶體管NVM1-可靠地置為導通和保持導通。
在本實施例中，VkBL理論約為0.6V。該電位足以導通和保持導通所述按低閾值電壓進行編程的晶體管NVM1。
而如上所述，節(jié)點KBL在預充電級中是被充電到VCONST1，也即約1.2V。因此在檢測級開始之后(在把READ信號從電平0變到電平1之后)這可以延續(xù)較長的時間，直到在支路Z1中調(diào)節(jié)出所述需檢測的電流。如果或只要節(jié)點KBL上的電位高于VCONST1-Vth，則晶體管M2被截止，并因此阻斷流過所述需測定的電流。此處會延續(xù)較長的時間，直到節(jié)點KBL從VCONST1被放電到VCONST1-Vth，因為在該狀態(tài)下所述的晶體管NVM1中只流過一個對位線電容C慢慢地再充電的靜態(tài)電流。
如果通過上述對節(jié)點KBL的放電而使得在預充電級中調(diào)節(jié)出的電位被置為約VCONST1-Vth，那么在所述檢測級開始的同時(直接在把READ信號從電平0變?yōu)?之后)就調(diào)節(jié)出了所述需檢測的電流。
在節(jié)點KBL上調(diào)節(jié)出的電位不必通過放電而無條件地置為約VCONST1-Vth。事實證明，當不超過VCONST1-Vth太多時就已很好了。由此可以或多或少地進一步縮短從預充電級開始到需測定的電流開始之間的時間。
在檢測級內(nèi)及早出現(xiàn)需檢測的電流可以實現(xiàn)縮短檢測時間，并由此也縮短所述檢測級的長度。這被證明是非常有利的，因為由此可非常簡單地實現(xiàn)較短的存儲器存取時間。較短的存儲器存取時間可實現(xiàn)快速工作的存儲裝置，且在一定情況下(譬如在應用于無線芯片卡時)可被用來快速地起動所述的存儲裝置或包含該存儲裝置的系統(tǒng)，或較早地將其置為節(jié)能的準備工作模式。
于是，上述存儲裝置可以用極小的能量進行工作。
權(quán)利要求
1.存儲裝置，它具有一些用于存儲數(shù)據(jù)的存儲單元(NVM1，M1)和一個讀放大器(M3-M6，I1-I3，NOR)，利用所述的讀放大器并借助在讀取存儲單元時由該存儲單元調(diào)節(jié)出的電流大小和/或方向可以求出有關(guān)存儲單元的內(nèi)容，其特征在于裝設一種電流關(guān)斷裝置(M10)，由它響應所述存儲單元內(nèi)容的識別而中斷流經(jīng)所述需讀取的存儲單元的現(xiàn)有電流。
2.如權(quán)利要求1所述的存儲裝置，其特征在于所述的電流關(guān)斷裝置(M10)包括一個與需讀取的存儲單元(NVM1，M1)相串聯(lián)的晶體管。
3.如權(quán)利要求1或2所述的存儲裝置，其特征在于所述的電流關(guān)斷裝置(M10)由讀放大器(M3-M6，I1-I3，NOR)進行控制。
4.如上述權(quán)利要求之一所述的存儲裝置，其特征在于在通過所述的電流關(guān)斷裝置(M10)中斷現(xiàn)有的電流之后，所述讀放大器(M3-M6，I1-I3，NOR)發(fā)出的、所述需讀取的存儲單元(NVM1，M1)的內(nèi)容信號(KOUT)通過所述需讀取的存儲單元被保持在其以前的狀態(tài)。
5.如上述權(quán)利要求之一所述的存儲裝置，其特征在于由所述電流關(guān)斷裝置(M10)實現(xiàn)的中斷流經(jīng)所述需讀取的存儲單元(NM1，M1)的現(xiàn)有電流是隨所述存儲單元的讀取過程結(jié)束而結(jié)束的。
6.存儲裝置，它具有一些用于存儲數(shù)據(jù)的存儲單元(NVM1，M1)和一個讀放大器(M3-M6，I1-I3，NOR)，利用所述的讀放大器并借助在讀取存儲單元時由該存儲單元調(diào)節(jié)出的電流大小和/或方向可以求出有關(guān)存儲單元的內(nèi)容，其特征在于裝設一種放電裝置(M20，M21)，由它對所述存儲單元內(nèi)的在讀取所述存儲單元之前需預充電的節(jié)點(KBL)進行部分地再放電。
7.如權(quán)利要求6所述的存儲裝置，其特征在于所述的節(jié)點(KBL)是所述需讀取的存儲單元所屬的位線(BL)的組成部分。
8.如權(quán)利要求6或7所述的存儲裝置，其特征在于所述的節(jié)點(KBL)被連接到包含在所述存儲單元(NVM1，M1)內(nèi)的存儲晶體管(NVM1)的一個端子上。
9.如權(quán)利要求6～8之一所述的存儲裝置，其特征在于所述的放電裝置(M20，M21)被設計用來在所述存儲單元(NVM1，M1)流經(jīng)所述需由讀放大器(M3-M6，I1-I3，NOR)進行測定的電流時把所述的節(jié)點(KBL)放電到一個在那兒可調(diào)節(jié)的電位。
10.如權(quán)利要求6～9之一所述的存儲裝置，其特征在于所述節(jié)點(KBL)的放電是在開始讀取所述存儲單元(NVM1，M1)之前利用所述的讀放大器產(chǎn)生的。
11.如權(quán)利要求6～10之一所述的存儲裝置，其特征在于所述節(jié)點(KBL)的放電是利用可調(diào)節(jié)的電流產(chǎn)生的。
全文摘要
講述一種具有用于存儲數(shù)據(jù)的存儲單元的存儲裝置。所述存儲裝置的特征在于,裝設一種電流關(guān)斷裝置,由它響應所述存儲單元內(nèi)容的識別而中斷流經(jīng)需讀取的存儲單元的現(xiàn)有電流,和/或裝設一種放電裝置,由它對所述存儲單元內(nèi)的在讀取所述存儲單元之前需預充電的節(jié)點進行部分地再放電。
文檔編號G11C16/06GK1382295SQ0081461
公開日2002年11月27日 申請日期2000年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月20日
發(fā)明者U·韋德, H·H·維赫曼恩 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司