專(zhuān)利名稱(chēng)：Stt-mram中的字線電壓控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)。更明確地說(shuō)，本發(fā)明的實(shí)施例涉及自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(STT-MRAM)中的字線電壓控制。
背景技術(shù)：
隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)是現(xiàn)代數(shù)字架構(gòu)的普遍存在的組件。RAM可為獨(dú)立裝置或可集成或嵌入于使用RAM的裝置(例如，微處理器、微控制器、專(zhuān)用集成電路(ASIC)、芯片上系統(tǒng)(SoC)以及如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解的其它類(lèi)似裝置)內(nèi)。RAM可為易失性或非易失性的。無(wú)論何時(shí)移除電力，易失性RAM均會(huì)失去其所存儲(chǔ)的信息。即使在從非易失性 RAM移除電力時(shí)，所述存儲(chǔ)器也可維持其存儲(chǔ)器內(nèi)容。盡管非易失性RAM具有能夠在未施加電力的情況下維持其內(nèi)容的優(yōu)點(diǎn)，但常規(guī)非易失性RAM的讀取/寫(xiě)入時(shí)間比易失性RAM慢。磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)是具有與易失性存儲(chǔ)器相當(dāng)?shù)捻憫?yīng)(讀取/寫(xiě)入)時(shí)間的非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)。與隨電荷或電流流動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的常規(guī)RAM技術(shù)相比，MRAM使用磁性元件。如圖IA和圖IB中所說(shuō)明，磁性隧道結(jié)(MTJ)存儲(chǔ)元件100可由兩個(gè)磁性層110 和130形成，磁性層110和130中的每一者可保持一磁場(chǎng)，所述兩者由絕緣(隧道勢(shì)壘)層 120分離。所述兩個(gè)層中的一者(例如，固定層110)經(jīng)設(shè)定成特定極性。另一層(例如，自由層130)的極性132自由改變以匹配可施加的外部場(chǎng)的極性。自由層130的極性132的改變將改變MTJ存儲(chǔ)元件100的電阻。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)極性對(duì)準(zhǔn)(圖1A)時(shí)，發(fā)生低電阻狀態(tài)。 當(dāng)極性未對(duì)準(zhǔn)(圖1B)時(shí)，則發(fā)生高電阻狀態(tài)。已簡(jiǎn)化對(duì)MTJ 100的說(shuō)明且所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，所說(shuō)明的每一層可包含一個(gè)或一個(gè)以上材料層，如此項(xiàng)技術(shù)中所已知的。參看圖2A，針對(duì)讀取操作說(shuō)明常規(guī)MRAM的存儲(chǔ)器單元200。單元200包括晶體管 210、位線220、數(shù)字線230和字線M0。可通過(guò)測(cè)量MTJ 100的電阻來(lái)讀取單元200。舉例來(lái)說(shuō)，可通過(guò)激活相關(guān)聯(lián)晶體管210來(lái)選擇特定MTJ 100，此激活可使電流從位線220切換通過(guò)MTJ 100。如上文所論述，歸因于隧道磁阻效應(yīng)，MTJ 100的電阻基于兩個(gè)磁性層(例如，110、130)中的極性的定向而改變。可根據(jù)由自由層的極性產(chǎn)生的電流來(lái)確定任何特定 MTJ 100內(nèi)的電阻。按照慣例，如果固定層110和自由層130具有相同極性，那么電阻為低且讀取“0”。如果固定層110和自由層130具有相反極性，那么電阻為較高且讀取“1”。參看圖2B，針對(duì)寫(xiě)入操作說(shuō)明常規(guī)MRAM的存儲(chǔ)器單元200。MRAM的寫(xiě)入操作是磁性操作。因此，晶體管210在寫(xiě)入操作期間是斷開(kāi)的。電流通過(guò)位線220和數(shù)字線230傳播，以建立磁場(chǎng)250和沈0，磁場(chǎng)250和260可影響MTJ 100的自由層的極性且因此影響單元200的邏輯狀態(tài)。因此，可將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到MTJ 100并存儲(chǔ)于MTJ 100中。MRAM具有使其成為通用存儲(chǔ)器的候選者的若干合意特性，例如，高速度、高密度 (艮P，小的位單元大小)、低電力消耗和不隨時(shí)間降級(jí)。然而，MRAM具有可縮放性問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)位單元變得較小時(shí)，用于切換存儲(chǔ)器狀態(tài)的磁場(chǎng)增加。因此，電流密度和電力消耗增加以提供較高磁場(chǎng)，進(jìn)而限制MRAM的可縮放性。不同于常規(guī)MRAM，自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(STT-MRAM)使用在穿過(guò)薄膜(自旋過(guò)濾器)時(shí)變得自旋極化的電子。STT-MRAM也被稱(chēng)為自旋轉(zhuǎn)移力矩 RAM(STT-RAM)、自旋力矩轉(zhuǎn)移磁化切換RAM (自旋RAM)以及自旋動(dòng)量轉(zhuǎn)移(SMT-RAM)。在寫(xiě)入操作期間，自旋極化的電子對(duì)自由層施加力矩，所述力矩可切換所述自由層的極性。如前文中所論述，讀取操作與常規(guī)MRAM類(lèi)似之處在于，電流用于檢測(cè)MTJ存儲(chǔ)元件的電阻/邏輯狀態(tài)。如圖3A中所說(shuō)明，STT-MRAM位單元300包括MTJ 305、晶體管310、位線320和字線330。針對(duì)讀取和寫(xiě)入操作兩者接通晶體管310以允許電流流經(jīng)MTJ 305，以使得可讀取或?qū)懭脒壿嫚顟B(tài)。參看圖3B，其說(shuō)明STT-MRAM單元301的較詳細(xì)圖以用于進(jìn)一步論述讀取/寫(xiě)入操作。除了先前論述的元件(例如，MTJ 305、晶體管310、位線320和字線330)之外，還說(shuō)明源極線340、讀出放大器350、讀取/寫(xiě)入電路360和位線參考370。如上文所論述， STT-MRAM中的寫(xiě)入操作與電有關(guān)。讀取/寫(xiě)入電路360在位線320與源極線340之間產(chǎn)生寫(xiě)入電壓。視位線320與源極線340之間的電壓的極性而定，可改變MTJ 305的自由層的極性且可相應(yīng)地將邏輯狀態(tài)寫(xiě)入到單元301。同樣，在讀取操作期間，產(chǎn)生通過(guò)MTJ 305而在位線320與源極線340之間流動(dòng)的讀取電流。當(dāng)允許電流經(jīng)由晶體管310流動(dòng)時(shí)，可基于位線320與源極線340之間的差動(dòng)電壓(voltage differential)來(lái)確定MTJ 305的電阻(邏輯狀態(tài))，所述差動(dòng)電壓與參考370進(jìn)行比較且接著由讀出放大器350放大。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，存儲(chǔ)器單元301的操作和構(gòu)造在此項(xiàng)技術(shù)中是已知的。舉例來(lái)說(shuō)，在 IEDM會(huì)議錄Q005)的M.細(xì)見(jiàn)(M. Hosomi)等人的“具有自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻磁化切換的新 g^RAM(A Novel Nonvolatile Memory with Spin Transfer Torque Magnetoresistive Magnetization Switching Spin-RAM) ” 中提供額夕卜細(xì)節(jié)，所述文獻(xiàn)的全文以引用的方式并入本文中。STT-MRAM的電寫(xiě)入操作消除歸因于MRAM中的磁性寫(xiě)入操作的縮放問(wèn)題。另外，對(duì)于STT-MRAM，電路設(shè)計(jì)不那么復(fù)雜。然而，核心操作電壓Vdd的波動(dòng)可致使單元讀取電流接近或高于寫(xiě)入電流閾值，且因此導(dǎo)致無(wú)效的寫(xiě)入操作和/或?qū)ο到y(tǒng)組件的潛在損壞。相反， Vdd的波動(dòng)可使操作電壓下降到可降低系統(tǒng)性能并潛在地妨礙系統(tǒng)適當(dāng)運(yùn)作或使系統(tǒng)完全不運(yùn)作的不合乎需要的低電平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示范性實(shí)施例是針對(duì)用于控制施加到STT-MRAM中的字線晶體管的字線電壓的系統(tǒng)、電路和方法。一個(gè)實(shí)施例是針對(duì)一種STT-MRAM，所述STT-MRAM包含位單元，其具有磁性隧道結(jié)(MTJ)和字線晶體管，其中所述位單元耦合到位線和源極線；以及字線驅(qū)動(dòng)器，其耦合到所述字線晶體管的柵極，其中所述字線驅(qū)動(dòng)器經(jīng)配置以提供比電源電壓大的字線電壓，所述電源電壓低于所述電源電壓的轉(zhuǎn)變電壓；且針對(duì)高于所述轉(zhuǎn)變電壓的電源電壓提供小于所述電源電壓的電壓。另一實(shí)施例是針對(duì)一種用于STT-MRAM中的讀取和寫(xiě)入操作的方法。所述方法包含在寫(xiě)入操作期間向位單元的字線晶體管的柵極施加第一電壓，其中所述第一電壓在電源電壓低于轉(zhuǎn)變電壓的情況下高于所述電源電壓；以及在寫(xiě)入操作期間向所述字線晶體管施加第二電壓，其中所述第二電壓在所述電源電壓高于轉(zhuǎn)變電壓的情況下低于所述電源電壓。另一實(shí)施例是針對(duì)一種STT-MRAM，所述STT-MRAM包含用于在寫(xiě)入操作期間向位單元的字線晶體管的柵極施加第一電壓的裝置，其中所述第一電壓在電源電壓低于轉(zhuǎn)變電壓的情況下高于所述電源電壓；以及用于在寫(xiě)入操作期間向所述字線晶體管施加第二電壓的裝置，其中所述第二電壓在所述電源電壓高于轉(zhuǎn)變電壓的情況下低于所述電源電壓。


呈現(xiàn)附圖以輔助描述本發(fā)明的實(shí)施例，且僅出于說(shuō)明所述實(shí)施例而非限制所述實(shí)施例的目的而提供所述附圖。圖IA和圖IB是磁性隧道結(jié)(MTJ)存儲(chǔ)元件的說(shuō)明。圖2A和圖2B是分別在讀取和寫(xiě)入操作期間的磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)單元的說(shuō)明。圖3A和圖:3B是自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(STT-MRAM)單元的說(shuō)明。圖4A和圖4B是分別在讀取和寫(xiě)入操作期間的STT-MRAM中的電路配置的說(shuō)明。圖5是用于STT-MRAM的寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)器的電路配置的說(shuō)明。圖6是說(shuō)明針對(duì)核心操作電壓的各種值而施加于字線晶體管處的字線電壓的曲線圖。圖7說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖4A和圖4B的字線驅(qū)動(dòng)器的抽運(yùn)電路設(shè)計(jì)。圖8說(shuō)明一種用于STT-MRAM中的讀取和寫(xiě)入操作的方法。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例的方面揭示于針對(duì)本發(fā)明的特定實(shí)施例的以下描述和相關(guān)圖式中?？稍诓幻撾x本發(fā)明的范圍的情況下設(shè)計(jì)替代實(shí)施例。另外，將不會(huì)詳細(xì)描述或?qū)⑹÷员景l(fā)明的眾所周知的元件，以免混淆本發(fā)明的實(shí)施例的相關(guān)細(xì)節(jié)。詞語(yǔ)“示范性”在本文中用以指“充當(dāng)實(shí)例、例子或說(shuō)明”。本文中被描述為“示范性”的任何實(shí)施例不必理解為比其它實(shí)施例優(yōu)選或有利。同樣，術(shù)語(yǔ)“本發(fā)明的實(shí)施例”不要求本發(fā)明的所有實(shí)施例均包括所論述的特征、優(yōu)點(diǎn)或操作模式。將了解，如本文所使用的 “抽運(yùn)電壓，，可提供較高或較低電壓電源。本文所使用的術(shù)語(yǔ)僅出于描述特定實(shí)施例的目的，且并不希望限制本發(fā)明的實(shí)施例。如本文中所使用，除非上下文另有清楚指示，否則單數(shù)形式“一”和“所述”既定也包括復(fù)數(shù)形式。將進(jìn)一步理解，當(dāng)術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”用于本文中時(shí)，其指定存在所陳述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但并不排除存在或添加一個(gè)或一個(gè)以上其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其群組。如在背景技術(shù)中所論述，STT-MRAM針對(duì)每一單元使用低寫(xiě)入電流，這是此存儲(chǔ)器類(lèi)型勝于MRAM的優(yōu)點(diǎn)。然而，核心操作電壓Vdd的波動(dòng)可致使單元讀取電流接近或高于寫(xiě)入電流閾值，且因此導(dǎo)致無(wú)效的寫(xiě)入操作和/或?qū)ο到y(tǒng)組件的潛在損壞。相反，Vdd的波動(dòng)可使操作電壓下降到可降低系統(tǒng)性能并潛在地妨礙系統(tǒng)適當(dāng)運(yùn)作或使系統(tǒng)完全不運(yùn)作的不合乎需要的低電平。相比之下，本發(fā)明的實(shí)施例使用字線驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制WL晶體管強(qiáng)度以基于Vdd產(chǎn)生字線電壓Vi。根據(jù)各種實(shí)施例，如果Vdd低于極限電壓(例如，安全操作閾值)，那么可以大于Vdd的電壓提供Ni以改善性能。如果Vdd高于極限電壓，那么可以小于或等于所述極限電壓的電壓提供Vi以確保安全操作。圖4A和圖4B說(shuō)明分別在讀取和寫(xiě)入操作期間的STT-MRAM中的電路配置400。所述電路包括位單元401，所述位單元401包括耦合在位線(BL) 420與源極線(SL) 440之間的 MTJ 405和字線晶體管410。字線晶體管410耦合到字線430。讀取隔離元件450耦合到位線420，以在寫(xiě)入操作期間隔離讀出放大器470。元件450(例如，讀取mux)可用于在讀取操作期間選擇位線中的一者以及提供讀出放大器隔離。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，讀取隔離元件450可為可在讀取操作期間將讀出放大器470耦合到位線420且可在寫(xiě)入操作期間隔離讀出放大器470的任何裝置或裝置的組合。舉例來(lái)說(shuō)，隔離元件450可為與讀出放大器470的輸入端串聯(lián)耦合的傳輸門(mén)(transmission gate)。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，可使用例如多路復(fù)用器等其它裝置和/或裝置的組合。另外，將了解，本文所說(shuō)明的電路配置僅用以促進(jìn)本發(fā)明的實(shí)施例的方面的描述，而并不希望將所述實(shí)施例限于所說(shuō)明的元件和/或布置。具體參看圖4A的讀取操作，隔離元件450可接收讀取啟用信號(hào)(rd_en)以協(xié)調(diào)讀取操作。讀出放大器470耦合到位線420并耦合到參考472。讀出放大器470可用于通過(guò)在讀取操作期間放大在所述讀出放大器470的輸入端處位線420與參考472之間的差動(dòng)電壓來(lái)確定位單元401的狀態(tài)。在讀取操作期間，晶體管410正進(jìn)行傳導(dǎo)且讀取電流(i_rd) 流經(jīng)MTJ 405。讀取隔離元件450將正在傳導(dǎo)，且將在讀出放大器470處產(chǎn)生并檢測(cè)與MTJ 405的電阻成比例的電壓。如上文所論述，電阻將基于MTJ 405的邏輯狀態(tài)而變化。因此， 可讀取存儲(chǔ)于位單元401中的數(shù)據(jù)。現(xiàn)在具體參看圖4B的寫(xiě)入操作，寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)器500以及寫(xiě)入隔離元件502和504耦合在位線420與源極線440之間以實(shí)現(xiàn)位線的選擇和將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到位單元401。如上文所論述和圖4B中所說(shuō)明，在STT MRAM中，使電流通過(guò)MTJ 405可改變自由層的極性，這又改變 MTJ 405的電阻。電阻的此改變接著可經(jīng)檢測(cè)為位單元401的邏輯狀態(tài)的改變。舉例來(lái)說(shuō)， 第一寫(xiě)入電流(i_wrO)可在第一方向上流動(dòng)以寫(xiě)入“0”邏輯狀態(tài)。第二寫(xiě)入電流(i_wrl) 可在與第一方向相反的第二方向上流動(dòng)以寫(xiě)入“1”邏輯狀態(tài)。寫(xiě)入隔離元件502和504可為可選擇性地耦合寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)器500或使其去耦的任何裝置或裝置的組合。舉例來(lái)說(shuō)，寫(xiě)入隔離元件502和504可為與寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)器500串聯(lián)耦合的傳輸門(mén)。另外，寫(xiě)入隔離元件可接收寫(xiě)入啟用信號(hào)(wr_en)以在寫(xiě)入操作期間協(xié)調(diào)耦合寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)器500。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，寫(xiě)入隔離元件502和504可為可用于實(shí)現(xiàn)相同功能性的其它裝置和/或裝置的組合(例如，多路復(fù)用器等)。參看圖5，其說(shuō)明寫(xiě)入線驅(qū)動(dòng)器500的電路配置。寫(xiě)入線驅(qū)動(dòng)器500可包括經(jīng)配置以基于待寫(xiě)入到位單元的所接收數(shù)據(jù)輸入而以差動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)位線(BL)和源極線(SL)的多個(gè)反相器510、520和530。返回參看圖4A和圖4B，根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，字線驅(qū)動(dòng)器432耦合到字線 430和字線晶體管410以提供WL電壓Vi。WL電壓V1^可由字線驅(qū)動(dòng)器432使用大于核心電壓的抽運(yùn)電壓Vpp、內(nèi)部電源電壓(例如，在嵌入式應(yīng)用中)或外部電源電壓而產(chǎn)生。字線驅(qū)動(dòng)器432可改變施加到晶體管410的札電壓V^以針對(duì)低Vdd電平維持高于Vdd的電壓，且接著在Vdd處于較高電平時(shí)維持或轉(zhuǎn)變到較低電壓。(圖6說(shuō)明此功能的實(shí)例。)字線驅(qū)動(dòng)器432因此可經(jīng)配置以在圖4A的讀取操作和圖4B的寫(xiě)入操作兩者期間提供所要電壓電平。舉例來(lái)說(shuō)，字線電壓Vi可為Vdd的倍數(shù)(例如，Nl*Vdd，其中m為大于1的實(shí)數(shù))。在一些實(shí)施例中，字線驅(qū)動(dòng)器432可在Vdd為相對(duì)較低值時(shí)供應(yīng)比Vdd大約40%到 100 %的電壓。本發(fā)明的實(shí)施例不限于此范圍，且從字線驅(qū)動(dòng)器432輸出的字線電壓Vwl大體上可為較高的。然而，當(dāng)Vi隨增加的Vdd而增加時(shí)，可存在各種電路元件遭損壞的可能。舉例來(lái)說(shuō)，如果Vi增加到將超過(guò)字線晶體管(或存取晶體管)410、MTJ 405或耦合在位單元中的其它元件的擊穿電壓的電平，那么可損壞存儲(chǔ)器。因此，字線驅(qū)動(dòng)器432能夠在兩個(gè)區(qū)域中操作低Vdd區(qū)域和高Vdd區(qū)域。在被稱(chēng)為轉(zhuǎn)變電壓Vtran的Vdd值下發(fā)生操作區(qū)域之間的轉(zhuǎn)變，Vtran與字線晶體管410、MTJ 405或耦合在位單元中的其它元件的擊穿電壓有關(guān)。在低Vdd區(qū)域(Vdd < Vtran)中，可由字線驅(qū)動(dòng)器432以高于Vdd的電壓(例如， 上文所論述的Vdd的倍數(shù))輸出V^或可由字線驅(qū)動(dòng)器432進(jìn)一步調(diào)節(jié)Vi。在高Vdd區(qū)域(Vdd>Vtran)中，可將Vwl維持在或低于極限電壓電平WL_lim，以防止字線晶體管410、 MTJ 405或耦合在位單元中的其它元件的擊穿并提供存儲(chǔ)器的安全操作。在此區(qū)域中，字線驅(qū)動(dòng)器432可將Vwl維持在相對(duì)恒定的電平(例如，在轉(zhuǎn)變點(diǎn)Vdd = Vtran處等于或接近WL_lim)。舉例來(lái)說(shuō)，字線驅(qū)動(dòng)器432可包括箝位電路等，以箝制\使其處于轉(zhuǎn)變電壓并防止MTJ 405隨Vdd增加而擊穿。或者，字線驅(qū)動(dòng)器432可進(jìn)一步使字線電壓Vpp減小到較低電平，從而在轉(zhuǎn)變電壓之后產(chǎn)生WL電壓AV的負(fù)斜率(例如，參見(jiàn)圖6)。將了解，術(shù)語(yǔ)‘高Vdd’和‘低Vdd’(在施加到不同操作區(qū)域時(shí))是相對(duì)術(shù)語(yǔ)，且其本身并不希望將任何特定絕對(duì)電壓值或范圍給予其相應(yīng)操作區(qū)域，因?yàn)檫@些電壓可基于電路元件的性質(zhì)(例如，如上文所論述的擊穿電壓)而變化。圖6為說(shuō)明針對(duì)Vdd的各種值而施加于字線晶體管處的字線電壓的曲線圖600。 如所說(shuō)明，參考線610為Vdd。在低Vdd區(qū)域(即，Vdd小于Vtran的區(qū)域)中，字線電壓Vwl 按比例大于Vdd。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在高Vdd區(qū)域(S卩，Vdd大于Vtran的區(qū)域) 中，可將Vwl維持在大體上恒定的電平。或者，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，如620中所說(shuō)明， 可減小Vi。這確保Vi將不會(huì)致使寫(xiě)入電壓超過(guò)MTJ擊穿電壓和/或損壞存儲(chǔ)器中的其它元件。如上文所論述，可使用大于核心電壓的抽運(yùn)電壓Vpp、內(nèi)部電源電壓(例如，在嵌入式應(yīng)用中)或外部電源電壓而產(chǎn)生WL電壓V1^因此，曲線圖600僅出于說(shuō)明的目的而提供且并不希望限制本發(fā)明的實(shí)施例。舉例來(lái)說(shuō)，在低Vdd區(qū)域中，字線電壓620可為Vdd的倍數(shù)(例如，Nl*Vdd，其中Nl為大于1的實(shí)數(shù))，且隨著Vdd增加到Vtran，字線電壓620與 Vdd之間的差值將為遞增函數(shù)。在高Vdd區(qū)域中，寫(xiě)入電壓可為產(chǎn)生小于擊穿電壓的字線電壓VWl的所要固定值或抽運(yùn)電壓Vpp的倍數(shù)(例如，N2*Vpp，其中N2為小于1的實(shí)數(shù))。然而，不管用于產(chǎn)生札電壓Vwl的策略如何，只要AV大于低電壓(Vdd < Vtran)下的Vdd且針對(duì)高Vdd電壓(Vdd > Vtran)而維持成低于擊穿電壓或預(yù)定電壓，便可實(shí)現(xiàn)在改善性能的同時(shí)降低無(wú)效寫(xiě)入操作和/或?qū)ο到y(tǒng)組件的潛在損壞的可能。返回參看圖4A和圖4B，字線驅(qū)動(dòng)器432可經(jīng)配置以向字線供應(yīng)不同電壓電平，并限制WL電壓Vi以避免達(dá)到MTJ擊穿電壓。字線驅(qū)動(dòng)器432可包括用以針對(duì)Vdd < Vtran產(chǎn)生第一電壓(例如，Vi > Vdd)的邏輯，和用以針對(duì)Vdd > Vtran產(chǎn)生第二電壓電平(例如，K Vpp)的邏輯?？赏ㄟ^(guò)經(jīng)配置以將字線電壓維持在或低于所要閾值以避免MTJ擊穿的邏輯來(lái)產(chǎn)生第二電壓電平?？蓮募呻娫?例如，從電力管理集成電路或從其它外部供應(yīng)器)供應(yīng)V?；蛘?，可使用(例如)抽運(yùn)電路來(lái)從Vdd產(chǎn)生Vwl，如此項(xiàng)技術(shù)中所已知的。圖7說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖4A和圖4B的字線驅(qū)動(dòng)器的抽運(yùn)電路設(shè)計(jì)。如所展示，字線驅(qū)動(dòng)器432包括電平檢測(cè)器702和Vpp電荷泵704以將札電壓作為抽運(yùn)電壓Vpp輸出。電平檢測(cè)器702基于所供應(yīng)的Vdd輸入來(lái)針對(duì)操作條件確定Vpp 的適當(dāng)電平(圖6說(shuō)明實(shí)例Vdd對(duì)Vpp的關(guān)系)并根據(jù)來(lái)自Vpp泵704的反饋信號(hào)來(lái)控制 Vpp泵704輸出所要Vpp電壓電平。如此項(xiàng)技術(shù)中所已知，電平檢測(cè)器704可經(jīng)設(shè)計(jì)以(例如)根據(jù)圖6的Vi曲線620而輸出所述輸入的所要函數(shù)(包括遞增函數(shù)或遞減函數(shù)以及箝位函數(shù))。電平檢測(cè)器和電荷泵是此項(xiàng)技術(shù)中眾所周知的，且因此將省略此處的進(jìn)一步描述。鑒于前文，將了解，本發(fā)明的實(shí)施例還可包括用于執(zhí)行本文所描述的功能、動(dòng)作序列和/或算法的方法。舉例來(lái)說(shuō)，圖8說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(STT-MRAM)中的讀取和寫(xiě)入操作的方法。所述方法包括在寫(xiě)入操作期間向位單元的字線晶體管的柵極施加第一電壓，其中所述第一電壓在電源電壓低于轉(zhuǎn)變電壓的情況下高于所述電源電壓(框802)；以及在寫(xiě)入操作期間向所述字線晶體管施加第二電壓，其中所述第一電壓在所述電源電壓高于轉(zhuǎn)變電壓的情況下低于所述電源電壓(框 808)。所述方法可進(jìn)一步包括在超過(guò)轉(zhuǎn)變電壓時(shí)箝制所述字線電壓使其處于或低于極限電壓，以提供第二電壓(框804)或在達(dá)到所述轉(zhuǎn)變電壓之后減小第二電壓以提供所述第二電壓(框806)。盡管前述揭示內(nèi)容展示本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例，但應(yīng)注意，在不脫離如由所附權(quán)利要求書(shū)界定的本發(fā)明的實(shí)施例的范圍的情況下，可在本文中進(jìn)行各種改變和修改。舉例來(lái)說(shuō)，可適當(dāng)?shù)馗淖儗?duì)應(yīng)于待激活的晶體管/電路的特定邏輯信號(hào)以實(shí)現(xiàn)所揭示的功能性，因?yàn)榫w管/電路可修改成互補(bǔ)裝置(例如，互換PMOS和NMOS裝置)。同樣，不需要以任何特定次序執(zhí)行根據(jù)本文中所描述的本發(fā)明的實(shí)施例的方法的功能、步驟和/或動(dòng)作。 此外，盡管可以單數(shù)形式描述或主張本發(fā)明的元件，但除非明確陳述限于單數(shù)形式，否則預(yù)期復(fù)數(shù)形式。
權(quán)利要求
1.一種自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(STT-MRAM)，其包含位單元，其具有磁性隧道結(jié)(MTJ)和字線晶體管，其中所述位單元耦合到位線和源極線；以及字線驅(qū)動(dòng)器，其耦合到所述字線晶體管的柵極，其中所述字線驅(qū)動(dòng)器經(jīng)配置以提供比電源電壓大的字線電壓，所述電源電壓低于所述電源電壓的轉(zhuǎn)變電壓；且針對(duì)高于所述轉(zhuǎn)變電壓的電源電壓提供小于所述電源電壓的電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的STT-MRAM，其中在達(dá)到所述轉(zhuǎn)變電壓之后，所述字線電壓被箝制處于或低于極限電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的STT-MRAM，其中在達(dá)到所述轉(zhuǎn)變電壓之后，所述字線電壓被降低。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的STT-MRAM，其中所述轉(zhuǎn)變電壓表示低Vdd區(qū)域與高Vdd區(qū)域之間的轉(zhuǎn)變。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的STT-MRAM，其進(jìn)一步包含寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)器，其經(jīng)配置以向所述位單元提供電信號(hào)以將邏輯狀態(tài)存儲(chǔ)于所述位單元中；以及至少一個(gè)寫(xiě)入隔離元件，其與所述寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)器串聯(lián)耦合在所述位線與源極線之間，其中所述寫(xiě)入隔離元件經(jīng)配置以在讀取操作期間隔離所述寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的STT-MRAM，其中所述寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)器包含第一和第二反相器，其串聯(lián)耦合在數(shù)據(jù)輸入端與所述位線之間；以及第三反相器，其串聯(lián)耦合在所述數(shù)據(jù)輸入端與所述源極線之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的STT-MRAM，其進(jìn)一步包含讀取隔離元件，其插入在所述位單元與讀出放大器之間，其中所述隔離元件經(jīng)配置以在寫(xiě)入操作期間選擇性地使所述讀出放大器與所述位線隔離。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的STT-MRAM，其中所述讀取隔離元件為開(kāi)關(guān)、傳輸門(mén)或多路復(fù)用器中的至少一者。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的STT-MRAM，其進(jìn)一步包含電壓泵電路，其經(jīng)配置以從所述電源電壓產(chǎn)生所述字線電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的STT-MRAM，其進(jìn)一步包含電平檢測(cè)器，其經(jīng)配置以控制所述電壓泵電路從所述電源電壓產(chǎn)生所述字線電壓。
11.一種用于自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(STT-MRAM)中的讀取和寫(xiě)入操作的方法，其包含在寫(xiě)入操作期間向位單元的字線晶體管的柵極施加第一電壓，其中所述第一電壓在電源電壓低于轉(zhuǎn)變電壓的情況下高于所述電源電壓；以及在寫(xiě)入操作期間向所述字線晶體管施加第二電壓，其中所述第二電壓在所述電源電壓高于轉(zhuǎn)變電壓的情況下低于所述電源電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其進(jìn)一步包含在超過(guò)所述轉(zhuǎn)變電壓時(shí)箝制所述字線電壓使其處于或小于極限電壓，以提供所述第二電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其進(jìn)一步包含在達(dá)到所述轉(zhuǎn)變電壓之后減小所述第二電壓，以提供所述第二電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)變電壓表示低Vdd區(qū)域與高Vdd區(qū)域之間的轉(zhuǎn)變。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其進(jìn)一步包含使用電荷泵電路抽運(yùn)所述電源電壓以產(chǎn)生所述第一電壓。
16.一種自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(STT-MRAM)，其包含用于在寫(xiě)入操作期間向位單元的字線晶體管的柵極施加第一電壓的裝置，其中所述第一電壓在電源電壓低于轉(zhuǎn)變電壓的情況下高于所述電源電壓；以及用于在寫(xiě)入操作期間向所述字線晶體管施加第二電壓的裝置，其中所述第二電壓在所述電源電壓高于轉(zhuǎn)變電壓的情況下低于所述電源電壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的STT-MRAM，其進(jìn)一步包含用于在達(dá)到所述轉(zhuǎn)變電壓之后箝制所述字線電壓使其處于或小于極限電壓以提供所述第二電壓的裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的STT-MRAM，其進(jìn)一步包含用于在達(dá)到所述轉(zhuǎn)變電壓之后減小所述第二電壓以提供所述第二電壓的裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的STT-MRAM，其中所述轉(zhuǎn)變電壓表示低Vdd區(qū)域與高Vdd區(qū)域之間的轉(zhuǎn)變。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的STT-MRAM，其進(jìn)一步包含用于使用電荷泵電路抽運(yùn)所述電源電壓以產(chǎn)生所述第一電壓的裝置。
全文摘要
本發(fā)明揭示用于控制施加到自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(STT-MRAM)中的字線晶體管(410)的字線電壓的系統(tǒng)、電路和方法。一個(gè)實(shí)施例是針對(duì)包括具有磁性隧道結(jié)(MTJ，405)和字線晶體管的位單元的STT-MRAM。所述位單元耦合到位線(420)和源極線(440)。字線驅(qū)動(dòng)器(432)耦合到所述字線晶體管的柵極。所述字線驅(qū)動(dòng)器經(jīng)配置以提供比電源電壓大的字線電壓，所述電源電壓低于所述電源電壓的轉(zhuǎn)變電壓；且針對(duì)高于所述轉(zhuǎn)變電壓的電源電壓提供小于所述電源電壓的電壓。
文檔編號(hào)G11C11/16GK102203870SQ200980144341
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2009年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日
發(fā)明者升·H·康, 楊賽森, 邁赫迪·哈米迪·薩尼 申請(qǐng)人:高通股份有限公司