專利名稱：讀出放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于半導體存儲器電路的讀出放大器，特別涉及一種具有能夠預測處于極端溫度條件下的存儲器單元操作性的檢測能力的讀出放大器。
通常用于半導體存儲器的讀出放大器提供有用于基準放大器的一種基準單元。
參考圖5，常用的讀出放大器提供有能夠讀出存儲器單元560中數據的存儲器單元放大器550，能夠輸出對應于存儲器單元560操作的電壓的一個基準單元530，以及能夠將存儲器單元放大器550的輸出與基準放大器520的輸出進行比較的差分電路540。存儲器單元放大器550與1-k比特或更高的存儲器單元相連。
通過比較存儲器單元放大器550的輸出與基準放大器520的輸出，可以在設備的檢測方式中剔除有缺陷的存儲器單元。
但是，目前，因為由于單元小型化以及對于溫度的依賴性導致晶體管閾值Vt變化增加，因此，可工作于室溫的存儲器單元在處于高溫或低溫時，可能會變得有缺陷。
因此，存在一個問題，不能通過在室溫下的檢測識別出僅在高溫或低溫時有問題的單元，從而可能在設備中包含將會有缺陷的存儲器單元。
本發(fā)明的一個目的是提供一種讀出放大器，該讀出放大器可以在室溫條件下剔除可能在高溫或低溫下變得有問題的存儲單元。
根據本發(fā)明的第一種讀出放大器包括多個存儲器單元；與每個存儲器單元相連并響應一個激活的存儲器單元而產生輸出電壓的第一放大器；產生基準信號的基準單元；與該基準單元電路相連并響應該基準信號而產生第一和第二基準電壓之一的第二放大器；以及與第一和第二放大器相連的差分電路，該差分電路將第一放大器的輸出電壓與第一和第二基準電壓之一進行比較，其中，第一基準電壓是用于確定輸出電壓是高值還是低值的第一閾值。
根據本發(fā)明的第二種讀出放大器包括多個存儲器單元；與每個存儲器單元相連的第一放大器；產生基準信號的基準單元電路；與該基準單元電路相連并響應于該基準信號而產生基準電壓的第二放大器；以及具有第一和第二差分電路的比較接口，第一和第二差分電路中的每一個將第一放大器的輸出電壓與基準電壓進行比較，第一差分電路具有第一閾值并確定輸出電壓是高還是低，而第二差分電路具有不同于第一閾值的第二閾值。
在閱讀下列說明書和附圖時，對于本領域技術人員而言，從后面權利要求中，本發(fā)明的這些以及其它目的將變得更為清楚。


圖1是顯示根據本發(fā)明第一實施例的讀出放大器的電路圖；圖2示出了圖1中所示的讀出放大器的電壓電平；圖3是顯示根據本發(fā)明第二實施例的讀出放大器的電路圖；圖4示出了圖3中所示的讀出放大器的電壓電平；圖5是顯示現有的讀出放大器的電路圖；以及圖6示出了圖5中所示的讀出放大器的電壓電平。
參考圖1，根據本發(fā)明的讀出放大器設置有能讀出存儲器單元160中數據并放大該數據的一個存儲器單元放大器150，包括一個基準單元電路130并能監(jiān)視存儲器單元160操作的基準放大器120，以及一個差分電路140，該差分電路比較存儲器單元放大器150的輸出與基準放大器120的輸出。
存儲器單元包括多個存儲器晶體管161、162。每個存儲晶體管具有連接于存儲器單元放大器150和地之間的源-漏通路，以及帶有響應于地址信號的信號ADm(m=1-n)的柵極。如果該存儲器晶體管具有一個高閾值，則該存儲器晶體管的期望值是一個高值。反之，如果該存儲器晶體管有一個低閾值，則該存儲器晶體管的期望值是一個低值。
本發(fā)明的讀出放大器的基準放大器120與基準單元電路130相連?；鶞蕟卧娐?30包括第一基準單元，其確定存儲器單元160的數據是高值還是低值，第二基準單元，用于檢測具有高值作為其預期值的存儲器單元160在高溫或低溫條件下的可操作性，第三基準單元，用于檢測具有低值作為其預期值的存儲器單元160在高溫或低溫條件下的可操作性，以及多個空單元，這些空單元的設置用來均衡晶體管124的漏電容與晶體管154的漏電容。
因此，本發(fā)明第一實施例的讀出放大器為該讀出放大器中的基準放大器提供了三種類型的基準單元。這三種類型的基準單元每個都產生相應的基準單元RAT、RAH和RAL。
在圖1中，第一基準單元有兩個晶體管131、132，它們的柵極長度L和柵極寬度W被這樣設置，以便于它們能等于存儲器單元160的晶體管161的柵極長度L和柵極寬度W。參考電路130響應于第一基準單元而產生基準電壓RAT。
第二基準單元有兩個晶體管133、134，它們的柵極長度L和柵極寬度W被設置成使得它們能等于存儲器單元160的晶體管161的柵極長度L的1/2和柵極寬度W的一半。參考電路130響應于第二基準單元而產生基準電壓RAH。
第三基準單元有兩個晶體管135、136，它們的柵極長度L和柵極寬度W被設置成使它們能等于存儲器單元160的晶體管161柵極長度的2倍和柵極寬度的2倍。參考電路130響應于第三基準單元而產生基準電壓RAL。
現在，將參考圖2描述基準電壓RAH和RAL的電平。
在正常讀出操作中，如圖2左側所示，能夠放大具有預期值“H”的存儲器單元160數據的存儲器單元放大器150的輸出電壓SA在室溫下具有可變的V208。V208的可變性來源于制造過程。但是，在高溫或低溫下，如圖2右側所示，由于晶體管閾值Vt響應于溫度而變化，因此，輸出電壓SA的可變性在從V218到V215范圍。在高溫或低溫下，確定存儲器單元160數據是高還是低的基準電壓RAT其范圍也是從V213到V216。因此，在高溫或低溫下，如果存儲器單元放大器150相對于處于電平V216的基準電壓RAT輸出位于V215和V216之間的輸出電壓SA，則差分電路140會錯誤地確定低電平為所選存儲器晶體管的數據，盡管該數據預期值是“H”。
同樣地，在正常讀出操作中，能夠放大具有預期值“L”的存儲器單元160數據的存儲器單元放大器150的輸出電壓SA在室溫下具有可變的V209。但是，在高溫或低溫下，輸出電壓SA的可變性在從V211到V213的范圍。因此，在高溫或低溫下，如果存儲器單元放大器150相對于處于電平V213的基準電壓RAT輸出位于V212和V213之間的輸出電壓SA，則差分電路140會錯誤地確定高電平為所選存儲器晶體管的數據，盡管該數據預期值是“L”。
因此，將基準電壓RAH的電平確定為V203，在正常讀出操作中，該電平是被認為在高溫或低溫條件下“H”V217的最低電平。將基準電壓RAL的電平確定為V202，在正常讀出操作中，該電平是被認為在高溫或低溫條件下“L”V212的最高電平。在檢測讀出操作中，差分電路140將輸出電壓SA與處于室溫下的基準電壓RAH和RAL的每一個進行比較。如圖2左側所示，如果存儲器單元放大器在室溫下輸出V206或V207范圍內的輸出電壓，或者輸出信號SAOUT與檢測讀出操作中的預期值不一致，則判斷出所選存儲器晶體管在高溫或低溫下是不可操作的，即使該存儲器晶體管的數據在室溫下是可操作的。因此，在室溫下可以識別出存儲器晶體管在高溫或低溫下是有缺陷的。
為了設置作為基準電壓RAH的信號線RA的電平，將高電平輸入到第二基準單元的門β中，并且給門α和γ提供低電平。同樣地，為了設置作為基準電壓RAL的信號線RA的電平，將高電平輸入到第三基準單元的門γ中，并且給門α和β提供低電平。
在正常讀出操作中，給基準單元的門α提供高電平，而給門β和γ提供低電平。在正常讀出操作中，確定響應地址信號所選的存儲器晶體管數據是高電平還是低電平。
在檢測讀出的操作中，響應于來自外部端口所提供的檢測啟動信號來給門β和γ中的一個提供高電平，并且給門α提供低電平。當給門β提供高電平時，差分電路將輸出電壓SA與室溫下的基準電壓RAH進行比較，以便確定具有預期值為“H“的所選存儲器晶體管在高溫或低溫時是否是可以工作的。當給門γ提供高電平時，差分電路140將輸出電壓SA與室溫下的基準電壓RAL進行比較，以便確定具有預期值為“L”的所選存儲器晶體管在高溫或低溫時是否可以工作。
因此，本發(fā)明的讀出放大器可以在室溫下剔除有可能在高溫或低溫下變得有缺陷的存儲器晶體管。
圖3示出了本發(fā)明第二實施例的讀出放大器。
參考圖3，根據本發(fā)明第二實施例的讀出放大器設有三組差分電路(340、390和370)。每組差分電路比較基準放大器320的輸出電平RA和存儲器單元放大器350的輸出電平SA。
如圖4所示，每個差分電路(340、390和370)具有與放大器350的輸出電平SA反相的相應的閾值電平。
在正常讀出的操作中，使用第一差分電路390來確定存儲器單元360的數據是高值還是低值。在室溫下，放大具有預期值為“H”的存儲器單元360數據的存儲器放大器350的輸出電壓SA具有如圖4中左側所示的可變性V408。但是，在高溫或低溫時，如圖4中的右側所示，輸出電壓SA的可變性是V415到V418的范圍。在高溫或低溫時，SAOUT2的第一閾值電平的范圍也是從V413到V416。如果存儲器單元放大器150在高溫或低溫時輸出處于V415和V416之間的相對于處于電平V416處的SAOUT2閾值電平的輸出電壓SA，則差分電路390輸出一個低電平作為所選存儲器晶體管的數據，盡管其預期值是“H”。
同樣地，在正常讀出操作中，在室溫下，放大具有預期值為“L”的存儲器單元360數據的存儲器放大器350的輸出電壓SA具有可變性V409。但是，在高溫或低溫時，輸出電壓SA的可變性范圍是V411到V413。在高溫或低溫時，如果存儲器單元放大器150輸出位于V412和V413之間的相對于位于電平V413處的SAOUT2閾值電平的輸出電壓SA，則差分電路390確定一個高電平作為所選存儲器晶體管的數據，盡管其預期值是“L”。
因此，在高溫或者低溫下，將SAOUT1的閾值電平定義為V417的電平。在高溫或者低溫下，將SAOUT3的閾值電平定義為V414的電平。
在檢測讀出操作中，差分電路340被用于檢測采用高電平作為其預期值的存儲器單元360的可操作性。在這種檢測讀出操作中，如果存儲器單元放大器350在室溫下輸出V407范圍內的輸出電壓SA，則將所選存儲器晶體管當作是有缺陷的，這是因為在高溫或低溫下該存儲器晶體管是不能工作的。同樣地，差分電路370被用于檢測采用低電平作為其預期值的存儲器單元360的可操作性。如果存儲器單元放大器350在室溫下輸出V406范圍內的輸出電壓SA，則將所選存儲器晶體管當作是有缺陷的，這是因為在高溫或低溫下該存儲器晶體管是不能工作的。
因此，可以在室溫下識別在高溫或低溫下有缺陷的存儲器晶體管。
這三種差分電路的使用如下在正常操作中，為了確定存儲單元中的數據是高電平還是低電平，使用差分電路390的輸出SAOUT2。因此，將緩沖器347的信號X、緩沖器397的信號Y、以及緩沖器377的信號Z中的每個都設置為低電平。將緩沖器347的信號X、緩沖器397的信號Y、以及緩沖器377的信號Z中的每個都設置為高電平。
在檢測讀出操作中，為了確定具有預期值為“H”的存儲器單元在高溫或低溫下是否是可操作的，使用差分電路340的輸出SAOUT1。也就是，給信號X、信號Y、以及信號Z中的每個都提供高電平，給信號X、信號Y、以及信號Z中的每個都提供低電平。為了確定具有預期值為“L”的存儲器單元在高溫或低溫下是否是可操作的，使用差分電路370的輸出SAOUT3。因此，給信號X、信號Y、以及信號Z中的每個都提供低電平，而給信號X、信號Y、以及信號Z中的每個都提供高電平。
就是說，可以檢測在高溫或低溫時變?yōu)橐粋€有缺陷單元的存儲器單元。
如上所述，差分電路比較存儲器單元放大器的輸出電壓與每個參考的電壓。在檢測讀出操作中，當檢測到具有高閾值的存儲器晶體管時，差分電路將存儲器單元放大器的輸出電壓與高于在室溫下正常讀出操作時所用的基準電壓RAT的基準電壓RAH進行比較。當檢測到具有低閾值的存儲器晶體管時，差分電路將存儲器單元放大器的輸出電壓與低于在室溫下正常讀出操作時所用的基準電壓RAT的基準電壓RAL進行比較。其結果，通過在室溫的檢測讀出操作中確定過程，可以間接地評價處于高溫或低溫下的存儲器單元的操作性能，并且在室溫下可以檢測在高溫或低溫下變得有缺陷的存儲器單元。
盡管已經說明了本發(fā)明的最佳實施例，可以理解，當根據說明書閱讀并與其等效全范圍一致時，本發(fā)明是由后面的權利要求書來定義的。
權利要求
1．一種讀出放大器，包括多個存儲器單元；與每個存儲器單元相連的第一放大器，響應于被激活的一個所述存儲器單元而產生輸出電壓；基準單元電路，產生基準信號；與所述基準單元電路相連的第二放大器，響應所述基準信號而產生第一和第二基準電壓之一，所述第一基準電壓具有第一值，而所述第二基準電壓具有不同于第一值的第二值；以及與第一和第二放大器相連的差分電路，所述差分電路將所述輸出電壓與所述第一和第二基準電壓之一進行比較。
2．如權利要求1所述的讀出放大器，其中所述基準單元電路包括第一和第二基準單元，所述第一基準單元包括具有第一柵極長度和第一柵極寬度的第一晶體管，所述第二基準單元包括具有分別不同于第一柵極長度和第一柵極寬度的第二柵極長度和第二柵極寬度的第二晶體管，所述第二放大器響應所述被激活的第一基準單元而產生所述第一基準電壓，并且響應所述被激活的第二基準單元而產生所述第二基準電壓。
3．如權利要求2所述的讀出放大器，其中每個所述存儲器單元包括存儲器晶體管，所述第一柵極長度和所述第一柵極寬度分別等于所述存儲器晶體管的柵極長度和柵極寬度，并且所述第二柵極長度和所述第二柵極寬度分別等于所述存儲器晶體管柵極長度的一半和柵極寬度的一半。
4．如權利要求2所述的讀出放大器，其中每個所述存儲器單元包括存儲器晶體管，所述第一柵極長度和所述第一柵極寬度分別等于所述存儲器晶體管的柵極長度和柵極寬度，并且所述第二柵極長度和所述第二柵極寬度分別等于所述存儲器晶體管柵極長度的2倍和柵極寬度的2倍。
5．如權利要求1所述的讀出放大器，其中所述第一基準單元確定所述輸出電壓是高值還是低值，所述第二基準電壓具有在室溫條件下的所述第二值，當所述差分電路將所述輸出電壓與預定溫度下的所述第一基準電壓進行比較時，所述第二值表示被認為是預定電平的所述輸出電壓的限度，通過比較所述輸出電壓和所述第二基準電壓，可以在室溫下間接評價采用具有所述預定電平作為在所述預定高溫或低溫下的預期值的所述存儲器單元的操作性能。
6．如權利要求5所述的讀出放大器，其中所述預定電平是高電平。
7．如權利要求5所述的讀出放大器，其中所述預定電平是低電平。
8．如權利要求1所述的讀出放大器，其中所述第二放大器進一步響應于所述基準信號而產生第三基準電壓，所述差分電路將所述輸出電壓與所述第一、第二和第三基準電壓之一進行比較。
9．如權利要求8所述的讀出放大器，其中所述基準單元電路進一步包括具有第三晶體管的第三基準單元，所述第二放大器響應于所述被激活的第三基準單元而產生所述第三基準電壓。
10．如權利要求8所述的讀出放大器，其中所述第一基準電壓確定所述輸出電壓是高值還是低值，所述第二基準電壓具有在室溫條件下的所述第二值，當所述差分電路將所述輸出電壓與預定溫度下的所述第一基準電壓進行比較時，所述第二值表示被認為是高電平的所述輸出電壓的第一限度，所述第三基準電壓具有在室溫條件下的所述第三值，當所述差分電路將所述輸出電壓與預定的高溫或低溫下的所述第一基準電壓進行比較時，所述第三值表示被認為是低電平的所述輸出電壓的第二限度，通過比較所述輸出電壓和所述第二和第三基準電壓中的每一個，可以在室溫下間接評價采用所述高電平和低電平作為在所述預定溫度下預期值的每個所述存儲器單元的操作性能。
11．一種讀出放大器，包括多個存儲器單元；與每個存儲器單元相連并將其信號放大的第一放大器；產生基準信號的基準單元；與所述基準單元電路相連并響應于所述基準信號而產生基準電壓的第二放大器；以及具有第一和第二差分電路的比較接口，所述第一和第二差分電路中的每一個將所述第一放大器的輸出電壓與所述基準電壓進行比較，所述第一差分電路具有第一閾值，并確定所述輸出電壓是高值還是低值，并且所述第二差分電路具有不同于所述第一閾值的第二閾值。
12．如權利要求11所述的讀出放大器，其中所述第二閾值具有在室溫條件下的第一值，所述第一值表示被認為是在預定高溫或低溫下的預定電平的所述輸出電壓的第一限度，通過使用所述第二差分電路，在室溫下間接評價所述存儲器單元的操作性能，所述存儲器單元具有作為在所述預定溫度下的預期值的預定電平。
13．如權利要求12所述的讀出放大器，其中所述預定電平是高電平。
14．如權利要求12所述的讀出放大器，其中所述預定電平是低電平。
15．如權利要求11所述的讀出放大器，其中所述比較裝置進一步包括第三差分電路，該差分電路用于比較所述輸出電壓與所述基準電壓，并且具有第三閾值。
16．如權利要求15所述的讀出放大器，其中所述第二和第三閾值分別具有在室溫條件下的第一值和第二值，所述第一和第二值表示在預定高溫或低溫下被認為是所述輸出電壓的第一和第二限度的第一和第二預定電平，通過使用所述第二差分電路和第三差分電路，在室溫下間接評價所述存儲器單元的操作性能，所述存儲器單元具有作為在所述預定溫度下的預期值的第一和第二預定電平。
17．如權利要求11所述的讀出放大器，其中所述第一差分電路包括串聯連接于電源和第一電流源之間的第一和第二晶體管，以及串聯連接于所述電源和所述第一電流源之間的第三和第四晶體管，所述第一晶體管的柵極提供有所述輸出電壓，所述第三晶體管的柵極提供有所述基準電壓，所述第四晶體管具有連接于所述第二晶體管柵極的柵極以及連接到所述第二晶體管的所述柵極的漏極；以及所述第二差分電路包括串聯連接于所述電源和第二電流源之間的第五和第六晶體管，及串聯連接于所述電源和所述第二電流源之間的第七和第八晶體管，所述第五晶體管的柵極被提供所述輸出電壓，所述第七晶體管的柵極被提供所述基準電壓，并且所述第八晶體管具有連接到所述第六晶體管柵極的柵極以及連接到所述第六晶體管所述柵極的漏極，其中，所述第四晶體管的柵極寬度不同于所述第八晶體管的柵極寬度，所述第一晶體管的柵極寬度基本等于所述第三、第五和第七晶體管的柵極寬度，并且所述第二晶體管的柵極寬度基本等于所述第六晶體管的柵極寬度。
全文摘要
一種讀出放大器,包括一個差分電路,其比較存儲器單元中的數據和基準單元中的參考數據。給該讀出放大器提供對應于存儲器單元預定閾值的第一基準單元、對應于能確定在高溫或低溫時具有高電平的存儲器單元的第二基準單元以及對應于能確定在高溫或低溫時具有低電平的存儲器單元的第三基準單元。該讀出放大器因此可以在室溫下檢測可能在高溫或低溫下有缺陷的存儲器單元。
文檔編號G11C7/14GK1318844SQ01109519
公開日2001年10月24日 申請日期2001年3月29日 優(yōu)先權日2000年3月29日
發(fā)明者中川幸治 申請人:日本電氣株式會社