本发明专利技术针对三维立体结构相变存储器芯片的电路设计准则及实现方法。为了最大限度的利用存储器面积，本发明专利技术要求存储阵列布满整个存储芯片。提出的电路结构是针对存储阵列布满整个存储芯片这一特点的优化方案。存储阵列能够布满整个存储芯片是本发明专利技术最大的优势之处。为了实现上述优势，本发明专利技术首先对存储阵列下的外围电路作一合理分割，其次对分割后的外围电路相互控制问题提出一套解决方案，最后基于上述两点提出了外围电路的拼接方案。以此在电路设计层面彻底实现三维立体结构相变存储芯片。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术针对三维立体结构相变存储芯片的整体电路设计准则及实现方 法，涉及大规模集成电路领域。技术背景硫系化合物随机存储器(Chalcogenide-Random Access Memory,简称 C-RAM)是基于S. R. 0vshinsky在20世纪60年代末70年代初(Phys. Rev. Lett.， 21， 1450~1453， 1968);(A卯l. Phys. Lett., 18， 254~257， 1971)提出的硫系化合物薄膜可以应用于相变存储介质的构想基础上发展而来的。 2001年intel公司首次报道4MB的C-RAM, 2006年底Samsung公司已经报 道了 512MB C-RAM。目前主流的非挥发性存储器主要是闪存。但是按照摩尔 定律，现有的存储单元设计在45nm制程以下时，很难继续保持其非易失性的 特性。相变存储器由于在写入新数据时无须进行擦去原数据的处理，其数据 写入速度可达到传统闪存的几十至几百倍，而功耗却不到闪存的一半，尺寸 也比闪存小很多；并且相变存储器的耐用性极佳，使用寿命远长于传统闪存。 基于这些因素，业界普遍认为在45nm以下，相变存储器将会代替闪存(flash) 成为主流的非挥发性存储器(no-volatile memory,简称N程)。目前国际上 已有0vonyx、 Intel、 Samsung、 STMicroelectronics、 Infineon、 Elpida、 Philips和I丽等公司在开展C-RAM存储器的研究，基本都处在技术完善和 可制造性方面的研发工作。随着相变存储器存储器容量的不断加大，存储单元的不断减小，其外围 电路也日趋复杂，所占面积也不断增加。如图1所示，存储阵列与外围电路 制作于同一块硅片上。存储芯片整体的面积将有一大部分耗费在外围电路上。 这不仅不利于高密度高容量相变存储器的制备，更对外围电路的设计提出了面积上的更为苛刻的要求。在面积上苛刻的要求必然导致电路设计者们放弃 速度、功耗等方面的性能以换取面积，从而不利于芯片设计低压低功耗，高 速高密度的实现。如何在保持性能的前提下降低相变存储器外围电路面积已 经成为一个恒久性的课题。利用特殊的芯片制备工艺，如键合等手段，可以制作成三维立体结构相变 存储芯片，将外围电路埋藏在存储阵列下面(己另案申请)，如图2b所 示。这样就使得外围电路的面积不会影响到整体芯片的面积。采用三维立体 结构相变存储芯片制备手段，可以提高存储芯片面积的利用率。由于外围电路埋藏在相变存储阵列之下，其电路设计，布局方式， 布线手段都会与传统的外围电路设计方式不同。为了能使三维立体结构相变 存储芯片得到最优化的性能，本专利技术试图提出一套全新的设计思路。本专利技术 的目的即在于此。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种针对三维立体结构的相变存储器芯片的整体 设计准则及其相应的实施方法。为了最大限度的利用存储器的面积，存储阵 列布满整个存储芯片。所以，本专利技术提出的电路结构是针对存储阵列布满整 个存储芯片这一特点的优化方案。外围电路埋藏于存储阵列下面，存储阵列 能够布满整个存储芯片是本专利技术最大的优势之处。为了实现上述优势，本专利技术首先对存储阵列下的外围电路作一合理分割， 其次对分割后的外围电路相互控制问题提出一套解决方案，最后基于上述两 点提出了外围电路的拼接方案。以此在电路设计层面彻底实现存储阵列布满 整个存储芯片的三维立体结构相变存储芯片。本专利技术的第一个内容是整个存储阵列下的外围电路作一个合理分割。这个 分割方式是根据功能将存储阵列划分为一般存储块和功能性存储块，同时根 据存储块布局位置又可分为角存储块、边存储块、中间存储块等。下面详细 阐述这一分割方式欲将存储阵列布满整个存储芯片，除了将与存储阵列有直接联系的译码 器、驱动电路、灵敏放大器埋藏在存储阵列之下外，还要将与存储阵列 有间接关系的外围控制电路也埋藏到存储阵列之下。由于外围控制电路也埋 藏在部分存储阵列下面，那么这些埋藏了外围控制电路的存储块必定 与那些没有埋藏外围控制电路的存储块不同。为了体现从低至上 (bottom-up)的设计思想，对于存储阵列的分割除考虑功耗、速度的影响外， 还必须考虑功能性因素，在本专利技术中功能性因素是应当首先考虑的。例如，存储块下的外围电路仅对本存储块操作，称之为一般存储块;另一部分存储块下的外围电路除对本存储块有操作作用外还对整体存储 芯片或对其他存储块有作用，称之为功能性存储块。功能性存储块由于其特 殊性面积有可能较大，此时，字线翻转速度和电压降问题可通过字线电平恢复器件解决。所谓的字线电平恢复器件即是指通过MOS管或其它电路结构 拉高或拉低字线电平。功能性存储块可以是一个存储块具有多个功能或者是 一个功能由多个功能性存储块共同完成。对于存储块由于其位于存储芯片的 位置不一样也可分为角存储块、边存储块、中间存储块等。角存储块表示位于芯片顶角的存储块，这类存储块的特点是它与周边存储块的联系只能通 过存储快的两条相互垂直的边。边存储块表示位于芯片边缘的非角存储块的 存储块，这类存储块的特点是它与周边存储块的联系可通过存储块的三条边。 中间存储块是指除角存储块和边存储块以外的其它存储块，这类存储块的特 点是它与周边存储块的联系可通过存储块的四条边。每种存储块的总线接口 位置，布局位置等根据其位于芯片的位置不同而有差别。本专利技术的第二个内容是利用总线技术解决外围电路分割后的相互控制问 题，即存储块与存储块之间依靠固定的总线模式通信，协同工作，实现整体功能。下面详细阐述之由于外围电路埋藏在存储阵列下面，那么外围电路对各个存储块的控 制将会变得十分复杂。传统的由外围控制电路统一发出控制信号控制各个存 储块的操作方式在这里将不再行得通。因此，本专利技术提出利用总线技术实现存储块与存储块之间的通信，即不是用一个单独的外围电路控制模块将控制 信号发送给每个存储块，而是通过多个功能性存储块协同工作，将各自产生 的控制信号加载到总线上。总线经过每一个存储块，每个存储块根据自己的 需要将总线的数据有选择的加载到本地模块中，或者将本地模块的数据加载 到总线上。每个存储块都有自己的逻辑控制模块，所有逻辑控制模块利用总 线协同工作。存储块与存储块之间的通信依据固定的模式(或称为协议)，该 模式(或称为协议)可根据存储器不同的性能要求作相应的调整。通常的， 功能性存储块产生控制信号， 一般存储块接受控制信号。本专利技术的第三个内容是外围电路的拼接方案。这个方案是最终拼接存储块 仅仅需要对齐存储块总线位置，而不需增加额外的逻辑控制电路。下面详细 阐述之根据功能划分存储器和利用总线技术使存储块之间通信从而实现整个存 储芯片的协同工作。利用上述两个技术，存储块的最终拼接仅仅需要对齐对 应总线接口，而不需额外的外围电路。所有外围电路都已埋藏在存储阵 列之下，而存储块的协同工作仅仅通过总线实现，不会再有额外的外围控制 电路。这样就实现了本专利技术的最重要优势——存储阵列布满整个存储芯片。利用本专利技术的构想，大容量相变存储器的设计将会与传统方式不同。设 计人员首先设计每个存储块，并对每个存储块根据设计要求进行一系列的优 化，完成以后，形成类似于IP核的存储块。在进行整体本文档来自技高网...
【技术保护点】
三维立体结构的相变存储器芯片的整体设计准则，包括相变存储阵列、译码器、驱动电路、读出灵敏放大器、外围控制电路，其特征在于外围电路埋置于存储阵列下面，存储阵列布满整个存储芯片。
【技术特征摘要】
1、三维立体结构的相变存储器芯片的整体设计准则，包括相变存储阵列、译码器、驱动电路、读出灵敏放大器、外围控制电路，其特征在于外围电路埋置于存储阵列下面，存储阵列布满整个存储芯片。2、 按权利要求1所述的三维立体结构的相变存储器芯片的整体设计准 则，其特征在于存储阵列分为一般存储块和功能性存储块；存储块依布局位 置分为角存储块、边存储块和中间存储块；其中角存储块通过相互垂直的边 与周边的存储块联系，边缘存储块通过存储块的三条边与周边的存储块联系， 中间存储块通过存储块的四条边与周边的存储块联系。3、 实施如权利要求1或2所述的三维立体结构的相变存储器芯片的整体 设计准则的方法，其特征在于对存储阵列下面的外围电路作一分割，利用总 线技术实现存储块与存储块之间的通信；存储块的最终拼接只需对齐总线位 置，存储块间的协同工作，通过总线实现。4、 按权利要求3所述的三维立体结构的相变存储器芯片的整体设计准则 的实施方法，其特征在于存储阵列中一般存储块下层的外围电路包括列 选通器、行译码器、驱动电路和读出灵敏放大电路、逻辑控制和列译码器、 字线电平恢复器件；存储阵列中的功能性存储块下层的外围电路，除一 般存储块具有的电路结构外，还多了功能模块，功能模块包括偏置电路、逻 辑控制电路。5、 按权利要求4所述的三维立体结构的相变存储器芯片的整体设计准则 的实施方法，其特征在于所述的功能模块电路结构放在...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋志棠，丁晟，刘波，宝民，封松林，刘卫丽，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。