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存储阵列、内容寻址存储器、电子设备的制作方法

  • 国知局
  • 2024-07-31 19:48:03

本技术涉及存储器,尤其涉及一种存储阵列、内容寻址存储器、电子设备。

背景技术:

1、三态内容寻址存储器(ternary content addressable memory,tcam)是一种具有读取、写入以及搜索等功能的存储器,其存储内容包括“0”、“1”、“x”三种状态,可根据其存储内容进行寻址。

2、在相关技术中,三态内容寻址存储器的架构基于静态随机存取存储器(staticrandom addressable memory,sram),三态内容寻址存储器包括多个存储单元,每个存储单元由16个晶体管构成,存在器件面积过大、存储密度较低等问题。

3、并且,随着存储数据量的增加,三态内容寻址存储器的功耗增加、工作频率降低、延迟增加。因此,领域内致力于设计出功耗较低、延迟较小、面积较小的三态内容寻址存储器,以达到更好的ppa(power performance area,功耗、性能、面积)。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种存储阵列、内容寻址存储器、电子设备,旨在减小存储阵列的面积,提高器件的ppa。

2、为达到上述目的,本技术的实施例采用如下技术方案:

3、第一方面,提供了一种存储阵列,该存储阵列可应用于三态内容寻址存储器中,可实现数据的读取、写入以及搜索。

4、该存储阵列包括阵列式排布的多个存储单元,每个存储单元包括沿第一方向排列的寻址子单元和存储子单元,存储子单元包括p阱区和n阱区,n阱区位于p阱区的沿第一方向的相对两侧。

5、每个存储子单元包括第一有源层、第二有源层、第一数据线和第二数据线,第一有源层和第二有源层沿第一方向排列,且位于p阱区。第一数据线与第二有源层交叠,第二数据线与第一有源层交叠。

6、可以理解的是,第一数据线与第二有源层交叠,形成第六晶体管,第六晶体管为p型晶体管。第一数据线的与第二有源层交叠的部分为第六晶体管的栅极,第二有源层的与第一数据线交叠的部分为第六晶体管的沟道,第二有源层的位于沟道两侧的部分为第六晶体管的源极和漏极。

7、同理,第二数据线与第一有源层交叠,形成第八晶体管,第八晶体管为p型晶体管。第二数据线的与第一有源层交叠的部分为第八晶体管的栅极,第一有源层的与第二数据线交叠的部分为第八晶体管的沟道,第一有源层的位于沟道两侧的部分为第八晶体管的源极和漏极。

8、每个存储子单元还包括第一接触柱、第二接触柱、第三接触柱、第四接触柱、第一连接线和第二连接线,第一连接线通过第一接触柱与第一有源层连接,且通过第二接触柱与第一数据线连接,以实现第八晶体管的第二极与第一数据线的连接。第二连接线通过第三接触柱与第二数据线连接,且通过第四接触柱与第二有源层连接,以实现第六晶体管的第二极与第二数据线的连接。其中,沿第一方向,第二接触柱和第三接触柱均位于第一接触柱与第四接触柱之间,第二接触柱与第三接触柱的连线与第一方向相垂直。

9、本技术的上述实施例所提供的存储单元,第二接触柱与第三接触柱的连线与第一方向相垂直,使第二接触柱与第三接触柱的连线与第二方向(例如,第二方向与第一方向垂直)平行,使第二接触柱和第三接触柱处于沿第二方向的同一水平线道上,有利于减小存储单元沿第一方向的尺寸,从而有利于减小存储阵列的面积、提高存储密度,以提高器件的ppa。

10、在一些实施例中,存储子单元还包括第一电压线、第五接触柱和第六接触柱,第一电压线与第一有源层交叠,且与第二有源层交叠。第一电压线通过第五接触柱与第一有源层连接,以实现第八晶体管的第一极与第一电压线的连接。第一电压线还通过第六接触柱与第二有源层连接,以实现第六晶体管的第一极与第一电压线的连接。

11、上述实施例中,由于存储单元沿第一方向的尺寸减小,使得第一电压线可与第一有源层交叠,这样可不设置连接线,第一电压线可通过第五接触柱直接与第一有源层连接,简化了存储单元的版图设计,提高了结构的排布紧凑性,从而可提高器件的存储密度。

12、在一些实施例中,第五接触柱与第一接触柱的连线,与第一方向相垂直。

13、上述实施例中,第五接触柱与第一接触柱的连线与第一方向相垂直,且第五接触柱与第一接触柱的连线与第二方向平行,使第五接触柱和第一接触柱处于沿第二方向的同一水平线道上,有利于减小存储单元沿第一方向的尺寸,从而有利于减小存储阵列的面积、提高存储密度,以提高器件的ppa。

14、在一些实施例中,第一连接线和第二连接线均弯折两次,第一连接线包括依次连接的第一弯折段、第二弯折段和第三弯折段,第一弯折段与第二弯折段的连接处与第一接触柱连接,第三弯折段与第二接触柱连接。第二连接线包括依次连接的第四弯折段、第五弯折段和第六弯折段,第四弯折段与第三接触柱连接,第五弯折段与第六弯折段的连接处与第四接触柱连接。其中,第二弯折段与第三弯折段的连接处的弯折方向,与,第四弯折段与第五弯折段的连接处的弯折方向相互远离。例如,第二弯折段与第三弯折段的连接处的弯折方向,与,第四弯折段与第五弯折段的连接处的弯折方向位于同一直线上,且二者相背设置。

15、上述实施例中,由于第二接触柱和第三接触柱处于同一水平线道上,使第一接触柱、第二接触柱、第三接触柱和第四接触柱的排布更紧凑。并且,第一连接线与第二连接线均位于第一导电层,第一连接线要与第一接触柱和第二接触柱连接,第二连接线要与第三接触柱和第四接触柱连接。

16、通过设置第一连接线的弯折方向与第二连接线的弯折方向相互远离,既可保证第一连接线与第一接触柱和第二接触柱连接,保证第二连接线与第三接触柱和第四接触柱连接,又可增加第一连接线与第二连接线的距离,以避免第一连接线与第二连接线在第一导电层中接触,从而避免二者之间产生短路。

17、在一些实施例中,n阱区包括第一子n阱区和第二子n阱区,第一子n阱区位于p阱区的靠近寻址子单元的一侧,第二子n阱区位于p阱区的远离寻址子单元的一侧。存储子单元还包括第三有源层、第四有源层、第七接触柱和第八接触柱,第三有源层位于第一子n阱区,第四有源层位于第二子n阱区。第一弯折段通过第七接触柱与第三有源层连接,第六弯折段通过第八接触柱与第四有源层连接。

18、上述实施例中,第一连接线的第一弯折段通过第七接触柱与第三有源层连接,实现了第一数据线与第九晶体管的第二极和第十晶体管的第二极的连接。第二连接线的第六弯折段通过第八接触柱与第四有源层连接,实现了第二数据线与第五晶体管的第二极和第七晶体管的第二极的连接。

19、并且,通过设置第一子n阱区和第二子n阱区位于p阱区的相对两侧,根据井邻近效应,p阱区中p型晶体管对第一子n阱区和第二子n阱区中的n型晶体管的影响是均衡的,可以保证第一子n阱区和第二子n阱区中的n型晶体管的导通和截止能力相近,从而有利于提高器件的性能的可靠性。

20、在一些实施例中,存储子单元还包括第一字线、第一切断结构、第二字线和第二切断结构,第一字线与第一数据线沿第一方向排列,且二者之间通过第一切断结构隔开,以实现二者之间的绝缘。第一字线与第三有源层交叠,第一数据线还与第四有源层交叠。第二数据线与第二字线沿第一方向排列,且二者之间通过第二切断结构隔开,以实现二者之间的绝缘。第二数据线还与第三有源层交叠,第二字线与第四有源层交叠。

21、上述实施例中,第一字线与第三有源层交叠,形成第十晶体管,第十晶体管为n型晶体管。第一字线的与第三有源层交叠的部分为第十晶体管的栅极,第三有源层的与第一字线交叠的部分为第十晶体管的沟道,第三有源层的位于沟道两侧的部分为第十晶体管的源极和漏极。

22、第一数据线还与第四有源层交叠,形成第七晶体管,第七晶体管为n型晶体管。第一数据线的与第四有源层交叠的部分为第七晶体管的栅极,第四有源层的与第一数据线交叠的部分为第七晶体管的沟道,第四有源层的位于沟道两侧的部分为第七晶体管的源极和漏极。

23、第二数据线还与第三有源层交叠,形成第九晶体管,第九晶体管为n型晶体管。第二数据线的与第三有源层交叠的部分为第九晶体管的栅极,第三有源层的与第二数据线交叠的部分为第九晶体管的沟道,第三有源层的位于沟道两侧的部分为第九晶体管的源极和漏极。

24、第二字线与第四有源层交叠,形成第五晶体管,第五晶体管为n型晶体管。第二字线的与第四有源层交叠的部分为第五晶体管的栅极,第四有源层的与第二字线交叠的部分为第五晶体管的沟道,第四有源层的位于沟道两侧的部分为第五晶体管的源极和漏极。

25、在一些实施例中,存储子单元还包括第九接触柱、第一位线、第十接触柱和第二位线,第一位线经过第一子n阱区,且通过第九接触柱与第三有源层连接,以实现第十晶体管的第一极与第一位线的连接。第二位线经过第二子n阱区,且通过第十接触柱与第四有源层连接,以实现第五晶体管的第一极与第二位线的连接。

26、在一些实施例中,存储子单元还包括第十一接触柱、第十二接触柱和两条第二电压线,两条第二电压线中的一条经过第一子n阱区,且通过第十一接触柱与第三有源层连接,以实现第九晶体管的第一极与第二电压线的连接。两条第二电压线中的另一条经过第二子n阱区,且通过第十二接触柱与第四有源层连接,以实现第七晶体管的第一极与第二电压线的连接。

27、在一些实施例中,存储单元包括一个寻址子单元和两个存储子单元,两个存储子单元沿第二方向排列,第二方向与第一方向相交叉。

28、在一些实施例中,寻址子单元包括第五有源层、第一查找栅线和第二查找栅线,第一查找栅线和第二查找栅线分别与第五有源层交叠。两个存储子单元中,两条第二数据线还与第五有源层交叠。

29、可以理解的是,第一查找栅线与第五有源层交叠,形成第一晶体管,第一晶体管为n型晶体管。第一查找栅线的与第五有源层交叠的部分为第一晶体管的栅极,第五有源层的与第一查找栅线交叠的部分为第一晶体管的沟道,第五有源层的位于沟道两侧的部分为第一晶体管的源极和漏极。

30、第二查找栅线与第五有源层交叠,形成第三晶体管,第三晶体管为n型晶体管。第二查找栅线的与第五有源层交叠的部分为第三晶体管的栅极,第五有源层的与第二查找栅线交叠的部分为第三晶体管的沟道,第五有源层的位于沟道两侧的部分为第三晶体管的源极和漏极。

31、两个存储子单元中,第一存储子单元中的第二数据线与第五有源层交叠,形成第二晶体管,第二晶体管为n型晶体管。第二数据线的与第五有源层交叠的部分为第二晶体管的栅极,第五有源层的与第二数据线交叠的部分为第二晶体管的沟道,第五有源层的位于沟道两侧的部分为第二晶体管的源极和漏极。

32、第二存储子单元中的第二数据线与第五有源层交叠,形成第四晶体管,第四晶体管为n型晶体管。第二数据线的与第五有源层交叠的部分为第四晶体管的栅极,第五有源层的与第二数据线交叠的部分为第四晶体管的沟道,第五有源层的位于沟道两侧的部分为第四晶体管的源极和漏极。

33、寻址子单元还包括沿第一方向依次排列的第一查找线、第三电压线和第二查找线,及第十三接触柱、第十四接触柱和第三连接线,第三连接线通过第十三接触柱与第一查找栅线连接,且通过第十四接触柱与第一查找线连接,以实现第一查找线向第一查找栅线传输查找信号。

34、寻址子单元还包括第十五接触柱、第十六接触柱和第四连接线,第四连接线通过第十五接触柱与第二查找栅线连接,且通过第十六接触柱与第二查找线连接,以实现第二查找线向第二查找栅线传输查找信号。其中,第十三接触柱和第十四接触柱位于第三电压线的远离第二查找线的一侧,第十五接触柱位于第三电压线的远离第二查找线的一侧,第十六接触柱位于第三电压线的远离第一查找线的一侧。

35、上述实施例中,第十五接触柱位于第三电压线的远离第二查找线的一侧,第十六接触柱位于第三电压线的远离第一查找线的一侧,即第十五接触柱和第十六接触柱位于第三电压线沿第一方向的相对两侧,第十五接触柱与第十三接触柱和第十四接触柱可位于同一水平线道内,这样,可节省一个水平线道的空间,减小寻址子单元沿第一方向的尺寸,从而减小存储单元沿第一方向的尺寸,从而有利于减小存储阵列的面积、提高存储密度,以提高器件的ppa。

36、在一些实施例中,第四连接线跨越第三电压线,且第十五接触柱与第五有源层不交叠。

37、上述实施例中,由于第十五接触柱和第十六接触柱位于第三电压线沿第一方向的相对两侧,第四连接线需要跨越第三电压线,并分别与第十五接触柱和第十六接触柱连接。并且,第十五接触柱与第五有源层不交叠,可避免由于第十五接触柱所在的接触孔过刻蚀,避免第十五接触柱连接第二查找栅线和第五有源层而产生短路。

38、在一些实施例中,第三连接线和第四连接线均弯折一次,第三连接线包括依次连接的第七弯折段和第八弯折段,第七弯折段与第十三接触柱连接,第七弯折段与第八弯折段的连接处与第十四接触柱连接。第四连接线包括依次连接的第九弯折段和第十弯折段,第九弯折段与第十五接触柱连接,第十弯折段跨越第三电压线并与第十六接触柱连接。其中,第七弯折段与第八弯折段的连接处的弯折方向,与,第九弯折段与第十弯折段的连接处的弯折方向相互靠近。例如,第七弯折段与第八弯折段的连接处的弯折方向,与,第九弯折段与第十弯折段的连接处的弯折方向位于同一直线上,且二者相向设置。

39、在一些实施例中,第三连接线的第八弯折段跨越第三电压线,且第十三接触柱与第五有源层不交叠,可避免由于第十三接触柱所在的接触孔过刻蚀,避免第十三接触柱连接第一查找栅线和第五有源层而产生短路。

40、在一些实施例中,存储单元还包括沿第一方向延伸的匹配线,匹配线与第五有源层连接,以实现第二晶体管的第二极与匹配线的连接,及第四晶体管的第二极与匹配线的连接,以将寻址子单元输出的匹配信号传输至匹配线。以匹配线为对称轴,第三连接线和第四连接线呈对称设置,以提高第三连接线和第四连接线排布的紧凑性。

41、在一些实施例中,寻址子单元还包括第十七接触柱、第十八接触柱和第五连接线,第五连接线跨越第一查找线。匹配线通过第十七接触柱与第五连接线的一端连接,第五连接线的另一端通过第十八接触柱与第五有源层连接,以实现匹配线与第五有源层的连接。

42、在一些实施例中,相邻两个存储单元的寻址子单元的第三连接线之间相互断开,相邻两个存储单元的寻址子单元的第四连接线之间相互断开。

43、上述实施例中,相邻两个存储单元的寻址子单元不共用第三连接线,且相邻两个存储单元的寻址子单元不共用第四连接线,因此,沿第二方向,可相邻两个存储单元不限于采用镜像对称设置,可提高存储阵列中多个存储单元排布的多样性,从而有利于优化存储阵列的排布设计。

44、在一些实施例中,寻址子单元还包括第三切断结构和第四切断结构,第一查找栅线与一个存储子单元的第一字线沿第一方向排列,且二者之间通过第三切断结构隔开,以实现二者之间的绝缘。第二查找栅线与另一个存储子单元的第一字线沿第一方向排列,且二者之间通过第四切断结构隔开,以实现二者之间的绝缘。

45、在一些实施例中,第三切断结构与第五有源层间隔设置,且二者之间不设置接触柱。述第四切断结构与第五有源层间隔设置,且二者之间不设置接触柱,可节省一个水平线道的空间,减小寻址子单元沿第一方向的尺寸,从而减小存储单元沿第一方向的尺寸,从而有利于减小存储阵列的面积、提高存储密度,以提高器件的ppa。

46、在一些实施例中,以匹配线为对称轴,两个存储子单元呈对称设置。

47、在一些实施例中,第一存储子单元和第二存储子单元共用一条第一电压线和两条第二电压线,且第一存储子单元和第二存储子单元均包括第一字线和第二字线。

48、存储单元还包括沿第二方向依次排列的第四电压线、第三字线、匹配线、第四字线和第五电压线,且每条线均沿第一方向延伸。第四电压线与两条第二电压线和第三电压线连接,第三字线与第一存储子单元的第一字线和第二字线连接,第四字线与第二存储子单元的第一字线和第二字线连接,第五电压线与第一电压线连接。

49、第二方面,提供了一种内容寻址存储器,该内容寻址存储器包括上述任一实施例所述的存储阵列和控制器,控制器与存储阵列电连接,以控制存储阵列对数据进行读取、写入以及搜索。

50、第三方面,提供了一种电子设备,该电子设备可以为基站、交换机、路由器等网络设备。电子设备包括电路板和上述实施例所述的内容寻址存储器。内容寻址存储器设置于电路板上,且与电路电连接。

51、可以理解地,本技术的上述实施例所提供的内容寻址存储器及电子设备,其所能达到的有益效果可参考上文中存储阵列的有益效果,此处不再赘述。

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