用于動態(tài)隨機存取存儲器的差分向量存儲的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的奪叉引用
[0002] 本申請要求申請?zhí)枮?3/843,785,申請日為2013年3月15日，題為《用于動態(tài) 隨機存取存儲器的差分向量存儲》的美國專利申請的優(yōu)先權(quán)。此美國專利申請是申請?zhí)枮?61/697, 515,申請日為2012年9月6日，題為《用于動態(tài)隨機存取存儲器的差分向量存儲》 的美國臨時專利申請的非臨時專利申請。此兩申請通過引用并入本文，以供所有目的之用。
[0003] 以下在先申請通過引用以其全部并入本文，以供所有目的之用。
[0004] [Cronie-2]申請?zhí)枮?2/982, 777,申請日為2010年12月30日，申請人為Harm Cronie和AminShokrollahi，題為《具有抗共模噪聲和抗同步開關(guān)輸出噪聲干擾能力的高 引腳利用率及高功率利用率芯片間通信》的美國專利申請。
[0005] [Cronie-3]申請?zhí)枮?1/697, 540,申請日為2012年9月6日，申請人為Harm Cronie和BrianHolden，題為《排序解碼器》的美國專利申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0006] 除了其他適用領(lǐng)域，本發(fā)明涉及動態(tài)隨機存取存儲器電路及技術(shù)，尤其涉及存儲 數(shù)據(jù)的生成、存儲、讀取、編碼及解碼的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0007] 隨機存取存儲器（RAM)是數(shù)據(jù)存儲的一種形式，用于現(xiàn)代計算設(shè)備及其他電子設(shè) 備的信息存儲。RAM既可包含于專以信息存儲為目的的專用RAM芯片，也可作為具有其他功 能的芯片或電路的一部分。例如，含有RAM、處理器及其他芯片元素的系統(tǒng)芯片。雖然意不 在于限定于任何特定實例，但本文所舉RAM假設(shè)為：RAM設(shè)于一個芯片（或多個芯片）上， 所述芯片由半導(dǎo)體處理技術(shù)或其他技術(shù)制成，其目的只在于向該RAM寫入數(shù)據(jù)以及之后從 該RAM中將數(shù)據(jù)讀回。
[0008] 一般認(rèn)為，RAM只有在一定電力被施加于該RAM芯片上時才能存儲內(nèi)容。所謂"存 儲"為可包括如下步驟的過程：接收數(shù)據(jù)及地址位置，將該數(shù)據(jù)寫入該指定地址位置，將所 述RAM芯片和/或數(shù)據(jù)保持于某一狀態(tài)，接收從指定地址位置讀取數(shù)據(jù)的讀取請求，以及輸 出被讀取的數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，除非發(fā)生供電中斷，從RAM芯片的給定地址位置讀取的數(shù)據(jù)與寫 入該地址位置的數(shù)據(jù)相一致的概率高于一定水平。
[0009] 為了實現(xiàn)存儲功能，RAM具有一些可存儲數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。其可通過使用晶體管和電容 器等電子器件或元件實現(xiàn)。某些RAM被稱為動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM)，在其中，信息被存 儲于需被保持或刷新以保留住存儲數(shù)據(jù)的器件或元件上。例如，在某些操作模式下，DRAM將 信息存儲為電容器上的電荷，該電荷被一直保持至斷電，或保持至其在寫入操作時被變更。 信息的讀取和/或?qū)懭肟赏ㄟ^使用與該電容器連接的晶體管實現(xiàn)。
[0010] 在現(xiàn)有的DRAM芯片中，設(shè)置有一定數(shù)量的可尋址數(shù)據(jù)單元，每一數(shù)據(jù)單元包括一 個晶體管和一個電容器。此類數(shù)據(jù)單元常被稱作單晶體管-單電容（1T1C)DRAM數(shù)據(jù)單元。 在一個1T1CDRAM數(shù)據(jù)單元內(nèi)存入一個比特的數(shù)據(jù)時，需將所述電容器充電至兩個信號電 平當(dāng)中的一個。其中，充電至兩個信號電平當(dāng)中的哪個取決于將寫入該數(shù)據(jù)單元的比特。不 失一般性，當(dāng)提及"比特"時，意指將該比特的兩個可能的取值分別稱作"0"和" 1"。
[0011] 為了讀取DRAM數(shù)據(jù)單元的值，該單元與一位線BL和一字線WL相連接。在讀取過 程中，該數(shù)據(jù)單元的電容與遠(yuǎn)高于其的位線電容相連接，此后，由一靈敏的差分讀出放大器 將在該位線上生成的一衰減的數(shù)據(jù)單元信號與一以類似方式被衰減的參考電壓相比較。例 如，該參考電壓可從相應(yīng)數(shù)據(jù)單元未被激活的相似位線獲得。之后，可將放大后的數(shù)據(jù)單元 信號存回所述數(shù)據(jù)單元。此操作常被稱為"刷新"操作。對DRAM而言，刷新操作必不可少， 其原因在于，用于存儲信息的電容器會發(fā)生漏電，因此需要對其進行刷新，以保證被存儲數(shù) 據(jù)的完整性。在這一系統(tǒng)中，對數(shù)據(jù)"0"的存儲可對應(yīng)電壓電平Vss，對數(shù)據(jù)"1"的存儲可 對應(yīng)電壓電平Vdd，而且Vss-般高于Vdd。當(dāng)然，這一關(guān)系并非必不可少。所述各電壓電平可 指其相對于地平面電壓或其它某電路或芯片的參考電壓的相對值。本文的許多實例中，電 壓均指其相對于Vss的相對值。而且，為了描述的清晰性，并不在每處都作此說明。所以，當(dāng) 本文中以數(shù)字或量詞指代電壓時，其前提可能為Vss= 0。除另外特別指明，上述數(shù)字或量 詞的單位為伏特。但是，也可能使用其他度量單位。
[0012] DRAM設(shè)計中的兩個重要參數(shù)分別為"密度"和能耗。DRAM的密度可表示為給定單 位面積內(nèi)可存儲的比特數(shù)。一般而言，由于封裝體積較小以及其他經(jīng)濟上的優(yōu)勢，高密度 DRAM比低密度DRAM更受推崇。DRAM的大部分能耗產(chǎn)生于所述"刷新"操作。在該操作中， 每個數(shù)據(jù)單元內(nèi)的信息均歷經(jīng)被讀取、放大、寫回至數(shù)據(jù)單元的過程。此刷新操作的必要性 產(chǎn)生于如下事實：由于用于信息存儲的電容器物理尺寸較小，所以具有較小的電容量，從而 使得其隨時間推移發(fā)生電荷損失。由于DRAM內(nèi)使用的各電子元件存在工藝偏差，因此其刷 新間隔，即前后兩次刷新數(shù)據(jù)單元的時間間隔，必須短至可保證工藝最差的數(shù)據(jù)單元仍不 會在刷新時丟失其信息。根據(jù)電子器件工程聯(lián)合會（JEDEC)制定的標(biāo)準(zhǔn)，DRAM制造商需保 證其產(chǎn)品的工藝偏差可使所述刷新間隔為64ms(毫秒）時其產(chǎn)品不發(fā)生數(shù)據(jù)丟失（在一定 的確定性水平上）。
[0013] 針對所述存儲密度問題，DRAM行業(yè)領(lǐng)域所采取的對策基本上限于通過改進工藝技 術(shù)減小特征尺寸，減小存儲單元的占用空間以及其他措施，如采用三維堆疊等。對特征尺寸 與占用空間的削減需遵守存儲單元尺寸必須等于或大于F2的規(guī)則。其中，F(xiàn)值即所謂的最 小特征尺寸，其大小取決于所采用的工藝技術(shù)。例如，32納米工藝技術(shù)的F值為32納米。 現(xiàn)今使用的DRAM產(chǎn)品的存儲單元尺寸為6XF2。雖然已有實驗設(shè)計聲稱可進一步減小此尺 寸，然而減小存儲單元尺寸仍然是此行業(yè)領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。
[0014] 圖1為DRAM器件100的例示性示意框圖，其中，DRAM器件100為現(xiàn)有DRAM存儲 器。DRAM器件100包括列解碼器130,I/O緩沖區(qū)120,讀出放大器145,行解碼器110,以及 存儲區(qū)域140。存儲區(qū)域150包括多個實際存儲單元。這些存儲單元通過位線133連接至 讀出放大器145及列解碼器130,并通過字線150連接至行解碼器110。存儲區(qū)域140中的 一個存儲單元在圖1中標(biāo)注為存儲單元135,以圖中字線和位線相交處的圓示出。雖然圖中 未清晰示出，但是I/O緩沖區(qū)120和DRAM器件100的其他元件之間可存在相互連接，而且 可具有針對行解碼器110的DRAM器件100輸入端和針對列解碼器130的DRAM器件100輸 出端。
[0015] 在操作中，當(dāng)DRAM器件100接收到含有欲被寫入值以及欲被寫入存儲器位置的輸 入而對某存儲單元實施寫入操作時，DRAM器件100先將該存儲器位置（或至少其一部分） 傳遞給行解碼器110,解碼器隨之激活一條字線150。其后，DRAM器件100再將所述存儲器 位置的一部分傳遞至列解碼器130,列解碼器隨之激活一條或多條位線133。DRAM器件100 可先將所述數(shù)據(jù)臨時存儲于I/O緩沖區(qū)120,然后所述數(shù)據(jù)再通過讀出放大器145將其轉(zhuǎn)移 至被選中的一個或多個存儲單元中?；谟粚懭氲臄?shù)據(jù)，DRAM器件100的板上邏輯電路 (未清晰圖示）可使用位線和字線對存儲單元電容進行充電或放電。
[0016] 圖2為存儲單元135的放大視圖，用于顯示其其他結(jié)構(gòu)。如圖所示，存儲單元135 包括一晶體管230以及一電容器250。圖中還顯示了位線133(i)的一部分及字線150(j) 的一部分。在此例中，存儲單元135位于存儲區(qū)域140的j行i列。如圖所示，晶體管230 連接于位線133 (i)、字線150 (j)(在晶體管230柵極處）以及電容器250。電容器250的 另一端可接地、參考電壓或其他。
[0017] 電容器250內(nèi)存儲的電荷與存儲在存儲單元135內(nèi)的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)狀態(tài)相對應(yīng)。在 寫操作中，當(dāng)