基于55nm工艺的e-fuse存储电路的设计与研究

摘要

E-fuse（Electricallyprogrammablefuse，电可编程熔丝）广泛地应用于超大规模芯片的设计中，在芯片中实现冗余的功能。本文在HUALI55nm标准CMOS（ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体）工艺上设计并实现了一个4K并入并出512*8的E-fuse存储电路，八位输出，通过一对放大器模块在控制信号控制其工作与否情况下，分时输出子6位数据信号。放大器模块采用的是交叉耦合的电路结构，并设计4个不同的参考电阻，根据trim过程选择合适的电阻，很好地预防了实际情况下电阻受工艺波动的影响而产生的偏差。同时设计了配套的延迟电路、字线驱动电路等模块。
　　 本文实现的E-fuse阵列在考虑面积、功耗、速度等因素的基础上进行了优化，在设计过程中基于传统的E-fuse单元电路提出了一种新型的单元电路，并在速度、面积、功耗、可靠性等方面进行了对比讨论。电路允许的使用环境波动范围广，其中电压为1.0V-1.4V和2.8V-3.6V，温度由-40℃-125℃，在TT,FF,SS，FS，SF下全部验证通过，功耗最大为11.5mW，读操作的电流小于1.1mA，保证电路的正确读操作，编程电流都在16mA以上，在理论上说明熔丝能够顺利熔断。
　　 本文基于HUALI55nm标准的CMOS工艺进行整体电路的仿真和对版图的设计，其编程电流典型值为19.5mA，数据输出时间延迟为2nS内，翻转速度小于1.5nS，整体面积为407.652um*451.8um=0.184mm2，文章的最后给出了部分流片的数据。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 eFuse概述

1．2 课题的研究背景和意义

1．3 国内外发展状况

1．4 课题的主要工作和章节安排

第二章 eFuse结构原理

2．1 多晶硅熔丝基本结构

2．2 多晶硅熔丝的电阻

2．3 E-fuse单元电路

2．4 E-fuse电路性能参数

2．5 小结

第三章 基于55nm工艺的4K E-Fuse电路设计

3．1 整体架构模块

3．1．1 外部端口介绍

3．1．2 放大器结构模块

3．1．3 存储空间分配和控制信号时序

3．1．4 电路工作环境

3．2 E-fuse单元设计

3．2．1 传统E-fuse单元电路

3．2．2 新型E-fuse单元电路

3．2．3 两种单元电路性能比较

3．2．4 小结

3．3 E-fuse放大器设计

3．3．1 传统E-fuse放大器

3．3．2 本设计采用的放大器

3．4 延迟电路设计

3．5 字线驱动电路设计

3．6 输出电路设计

3．7 小结

第四章 仿真结果及流片数据分析

4．1 E-fuse阵列电路仿真结果

4．1．1 延迟电路信号仿真

4．1．2 读操作控制信号仿真

4．1．3 编程控制信号仿真

4．1．4 整体电路时序仿真

4．1．5 电路的功耗

4．1．6 读操作电流

4．1．7 编程电流

4．2 E-fuse版图设计

4．2．1 整体电路版图结构

4．2．2 E-fuse单元电路版图

4．2．3 控制电路版图

4．2．4 译码器电路版图

4．2．5 放大器及输出模块版图

4．3 流片结果

4．4 小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文及研究成果

致谢