一种电可编程熔丝单元及电可编程熔丝阵列

摘要

本发明提供了一种电可编程熔丝单元，所述电可编程熔丝单元包括熔丝和二极管，所述熔丝的一端形成所述电可编程熔丝单元的第一端，所述二极管的P极接于所述熔丝的另一端，所述二极管的N极形成所述电可编程熔丝单元的第二端。由于二极管可以以较小尺寸实现通过同样大小的编程电流，因此，本发明的电可编程熔丝单元的面积比传统结构的电可编程熔丝单元小，有利于减少芯片的面积。此外，二极管单向导通的特性，截断了电可编程熔丝单元内的寄生电容，使得电可编程熔丝单元读操作的速度可以更快。相应的，本发明还提供了一种电可编程熔丝阵列。相应的，本发明还提供了一种存储单元。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种电可编程熔丝单元及电可编程熔丝阵列。

背景技术

电可编程熔丝单元具有熔断或未熔断的两种不同的状态。例如，对电可编程熔丝单元的数据写入包含：以熔断状态的电可编程熔丝单元以代表“1”；以未熔断状态的电可编程熔丝单元以代表“0”值。从而可以通过电可编程熔丝单元实现高可靠的芯片片上编程的功能。

随着对芯片面积的要求越来越高，电可编程熔丝阵列作为芯片内部用于参数设置的专用模块，其整体面积成为电可编程熔丝阵列重要指标之一。而在电可编程熔丝阵列由电可编程熔丝单元构成，且电可编程熔丝单元占据整个电可编程熔丝阵列的面积的一半以上，特别是大容量电可编程熔丝阵列中，该比例更大，因此，控制电可编程熔丝单元及电可编程熔丝阵列的面积是缩减整个芯片面积的关键途径。

因此，业内需要一种新的电可编程熔丝单元及电可编程熔丝阵列来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供电可编程熔丝单元及电可编程熔丝阵列，能够提高电可编程熔丝单元读操作的速度，并减少芯片的面积。

为了达到上述目的，本发明提供了一种电可编程熔丝单元，包括：

熔丝和二极管，所述熔丝的一端形成所述电可编程熔丝单元的第一端，所述二极管的P极接于所述熔丝的另一端，所述二极管的N极形成所述电可编程熔丝单元的第二端。

可选的，所述二极管为单向二极管。

相应的，本发明还提供了一种电可编程熔丝阵列，包括：

n×n个如权利要求1或2中所述的电可编程熔丝单元、n条字线、n条位线、n个字线控制管和n个编程控制管；

第j列的电可编程熔丝单元的第一端均接于第j个编程控制管的漏极和第j条位线，所述第j个编程控制管的栅极接收一编程信号，所述第j个编程控制管的源极接于编程电压；

第i行的电可编程熔丝单元的第二端均接于第i个字线控制管的漏极，所述第i个字线控制管的栅极接于第i条字线，所述第i个字线控制管的源极接于地；

其中，1≤i≤n，1≤j≤n，且i、j和n均为正整数。

可选的，所述字线控制管为NMOS管。

可选的，所述编程控制管为PMOS管。

可选的，所述电可编程熔丝阵列的操作包括编程操作和读取操作。

可选的，所述编程操作时，

所述编程信号控制所述第j个编程控制管导通，以使所述第j列的电可编程熔丝单元均接于所述编程电压；

通过所述第i条字线控制所述第i个字线控制管导通，以使第i行第j列的电可编程熔丝单元接于地。

可选的，所述读取操作时，

所述编程信号控制所述编程控制管均关闭；

通过所述第i条字线控制所述第i个字线控制管导通，以使所述第i行的电可编程熔丝单元均接于地；

通过所述第j条位线向所述第i行的电可编程熔丝单元提供读取电压，以使第i行第j列的电可编程熔丝单元内产生电流，并通过所述第j条位线读取所述第i行第j列的电可编程熔丝单元内产生的电流或电压的值。

相应的，本发明还提供了一种存储单元，包括：

如所述的电可编程熔丝阵列、编程模块、读取模块和字线译码器；

所述字线译码器的第i个输出端通过第i条字线接于第i个字线控制管的栅极；

所述读取模块的第j个输出端通过第j条字线接于第j个编程控制管的漏极和第j列的电可编程熔丝单元；

所述编程模块用于向所述编程控制管的栅极输出一编程信号。

可选的，所述存储单元的操作包括写入操作和读取操作。

可选的，所述写入操作时，

所述编程模块用于产生编程信号，以控制第j个编程控制管导通，以使第j列的电可编程熔丝单元均接于编程电压；

所述字线译码器通过第i条字线控制第i个字线控制管导通，以使第i行第j列的电可编程熔丝单元接于地。

可选的，所述读取操作时，

所述编程模块控制所述编程控制管均关闭；

所述字线译码器通过第i条字线控制第i个字线控制管导通，以使第i行的电可编程熔丝单元均接于地；

所述读取模块通过第j条位线向第i行第j列的电可编程熔丝单元提供读取电压，以使所述第i行第j列的电可编程熔丝单元内产生电流，并通过所述第j条位线读取所述第i行第j列的电可编程熔丝单元内产生的电流或电压的值。

在本发明提供电可编程熔丝单元，所述电可编程熔丝单元包括熔丝和二极管，所述熔丝的一端形成所述电可编程熔丝单元的第一端，所述二极管的P极接于所述熔丝的另一端，所述二极管的N极形成所述电可编程熔丝单元的第二端。由于二极管可以以较小尺寸实现通过同样大小的编程电流，因此，本发明的电可编程熔丝单元的面积比传统结构的电可编程熔丝单元小，有利于减少芯片的面积。

此外，二极管单向导通的特性，截断了寄生电容，所以电可编程熔丝单元读操作的速度可以更快。

相应的，本发明还提供了一种电可编程熔丝阵列。在本发明的电可编程熔丝阵列中，一条字线上的所有的电可编程熔丝单元共用一个字线控制管。使得电可编程熔丝阵列的面积可以进一步减小，有利于进一步的减少芯片的面积。

此外，字线控制管采用NMOS管，在流过相同大小的电流的情况下，NMOS管所需的尺寸小于PMOS管，这能够减小电可编程熔丝阵列的面积。

此外，编程控制管为PMOS管，PMOS管的阈值电压的绝对值比NMOS管更高，使得电可编程熔丝阵列能够采用更高的编程电压。

相应的，本发明还提供了一种存储单元。

附图说明

图1为一种电可编程熔丝单元的电路图；

图2为一种电可编程熔丝阵列的电路图；

图3为本发明实施例中的电可编程熔丝单元的电路图；

图4为本发明实施例中的电可编程熔丝阵列的电路图；

图5为本发明实施例中的电可编程熔丝阵列的编程操作示意图；

图6为本发明实施例中的电可编程熔丝阵列的读取操作示意图；

图7为本发明实施例中的存储单元的示意图；

其中，附图标记如下：

100’-电可编程熔丝阵列；110’-电可编程熔丝单元；

D’-二极管；

L’-熔丝；

WL’-字线；

BL’-位线；

M’-控制管；

100-电可编程熔丝阵列；110-电可编程熔丝单元；111-第一端；112-第二端；

200-编程模块；

300-字线译码器；

400-读取模块；

D-二极管；

L-熔丝；

VQPS-编程电压；VDD-读取电压；

VSS-地；

WL-字线；WL1-第1条字线；WL2-第2条字线；WLn-第n条字线；

BL-位线；BL1-第1条位线；BL2-第2条位线；BLn-第n条位线；

P-编程控制管；P1-第1个编程控制管；P2-第2个编程控制管；Pn-第n个编程控制管；

N-字线控制管；N1-第1字线控制管；N2-第2字线控制管；Nn-第n字线控制管；

BLC-编程信号。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图1为一种电可编程熔丝单元的电路图，图2为一种电可编程熔丝阵列的电路图。如图1和图2所示，所述电可编程熔丝阵列100’为n×n个电可编程熔丝单元110’组成的阵列。每个所述电可编程熔丝阵列100’具有n行字线WL’以及n列位线BL’。每条字线WL’上有n个所述电可编程熔丝单元110’，同样的，每条位线BL’上有n个所述电可编程熔丝单元110’。

电可编程熔丝单元110’由一个熔丝L’和一个控制管M’构成，具体的，所述熔丝L’的一端接于所述电可编程熔丝阵列100’的位线BL’，用于接入编程电压VQPS。所述熔丝L’的另一端接于所述控制管M’的漏极，所述控制管M’的栅极接于电可编程熔丝阵列100’的字线WL’，所述控制管M’的源极接于地VSS。

电可编程熔丝单元110’的熔丝通过编程电流实现熔断，因此，所述编程电流需要一定大。控制管M’的本身是晶体管，由于所述控制管M’需要通过一定大的编程电流，因此所述控制管M’的沟道尺寸需要一定大，这导致了所述控制管M’的面积也较大，进而导致了电可编程熔丝阵列100’的面积比较大，这不利于控制芯片的面积。

基于此，本发明提供了一种电可编程熔丝单元，可以减少芯片的面积。

图3为本实施例中的电可编程熔丝单元的电路图，图4为本实施例中的电可编程熔丝阵列的电路图。如图3和图4所示，所述电可编程熔丝单元110包括熔丝L和二极管D，所述熔丝L的一端形成所述电可编程熔丝单元110的第一端111，所述二极管D的P极接于所述熔丝L的另一端，所述二极管D的N极形成所述电可编程熔丝单元110的第二端112。

应知道，与晶体管相比，二极管D可以以较小尺寸实现通过同样大小的编程电流，因此，采用二极管D替代晶体管，使得本发明的电可编程熔丝单元110的面积比传统结构的电可编程熔丝单元110更小，有利于减少芯片的面积。申请人测算后得知，本发明的电可编程熔丝单元110的面积只有传统结构的电可编程熔丝单元110的面积的50％以下。可选的，本发明的熔丝L可以与传统结构的电可编程熔丝单元110的熔丝L相同。

此外，电可编程熔丝阵列100是一个记忆体阵列，同一条位线BL连接多个电可编程熔丝单元110。所述电可编程熔丝阵列100在读取操作时，由于所述电可编程熔丝阵列100内有多条长金属线(串接电可编程熔丝单元110)，由此产生了寄生电容。本发明中利用二极管D单向导通的特性，截断了寄生电容，所以电可编程熔丝阵列100读取操作的速度可以更快。

相应的，本发明还提供了一种电可编程熔丝阵列100。

继续参照图2，所述电可编程熔丝阵列100包括：n×n个电可编程熔丝单元110、n条字线WL、n条位线BL、n个字线控制管N和n个编程控制管P。

在本实施例中，字线WL包括第1条字线WL1、第2条字线WL2至第n条字线WLn，位线BL包括第1条位线BL1、第2条位线BL2至第n条位线BLn。字线控制管N包括第1个字线控制管N1、第2个字线控制管N2至第n个字线控制管Nn。编程控制管P包括第1个编程控制管P1、第2个编程控制管P2至第n个编程控制管Pn。

其中，第j列的电可编程熔丝单元110的第一端111均接于第j个编程控制管P的漏极和第j条位线BL，所述第j个编程控制管P的源极接编程电压VQPS，所述第j个编程控制管P的栅极接入编程信号BLN。其中，对应第1个编程控制管P1的编程信号为BLN1，对应第2个编程控制管P2的编程信号为BLN2，对应第n个编程控制管Pn的编程信号为BLNn。

第i行的电可编程熔丝单元110的第二端112均接于第i个字线控制管N的漏极，所述第i个字线控制管N的栅极接于第i条字线WL，所述第i个字线控制管N的源极接于地VSS。其中，1≤i≤n，1≤j≤n，且i、j和n均为正整数。

可选的，字线控制管N为NMOS管。应知道，编程电流经过电可编程熔丝单元110，再经过字线控制管N流到地。由于电可编程熔丝阵列100编程操作时，需要足够大的编程电流来熔融熔丝L，因此，流经字线控制管N的电流也会比较大，使得所述字线控制管N的沟道宽度也比较大。在流过相同大小的电流的情况下，采用NMOS管所需尺寸将小于PMOS管，因此，本发明的字线控制管N采用NMOS管，这能够进一步减小所述电可编程熔丝阵列100的面积，有利于进一步的减少芯片的面积。

可选的，编程控制管P为PMOS管。应知道，PMOS管的空穴迁移率低，因而在晶体管的几何尺寸和工作电压绝对值相等的情况下，PMOS晶体管的跨导小于NMOS晶体管。此外，由MOS管的开关特性，PMOS管传递高压更有效。因此所述编程控制管P采用PMOS管。

进一步的，电可编程熔丝阵列100的操作包括编程操作和读取操作。

可选的，电可编程熔丝阵列100编程操作时，编程信号BLN控制第j个编程控制管P导通，以使第j列的电可编程熔丝单元110均接于编程电压；通过第i条字线控制第i个字线控制管N导通，以使第i行第j列的电可编程熔丝单元110接于地。

可选的，电可编程熔丝阵列100读取操作时，编程信号BLN控制编程控制管P均关闭；通过第i条字线控制第i个字线控制管N导通，以使第i行的电可编程熔丝单元110均接于地；通过第j条位线向第i行第j列的电可编程熔丝单元110提供读取电压，以使所述第i行第j列的电可编程熔丝单元110内产生电流，并通过所述第j条位线读取所述第i行第j列的电可编程熔丝单元110内产生的电流或电压的值。

下面结合附图对电可编程熔丝阵列100编程操作和读取操作进行更详细的说明。

图5为本实例中的电可编程熔丝阵列的编程操作示意图。如图5所示，电可编程熔丝阵列100的编程操作是以位进行的。当所述电可编程熔丝阵列100进行编程操作时，编程信号BLN对应第2个编程控制管P2的编程信号BLN2控制所述第2个编程控制管P2导通，使得第2条位线BL2接于编程电压VQPS，其他位线BL接于地VSS。第1条字线WL1的信号置为1，其他行字线WL的信号置为0。使得第1条字线WL1控制第1个字线控制管N1导通，此时，编程电流从第2条位线BL2经过熔丝L、二极管D和第1个字线控制管N1流到地VSS，使得熔丝L发生熔断，引起所述电可编程熔丝阵列100中的第1行第2列的电可编程熔丝单元110的内电阻增大，如此，完成所述电可编程熔丝阵列100第1行的编程操作。之后，对所述电可编程熔丝阵列100中每行的电可编程熔丝单元110依次进行编程操作，便能将数据写入所述电可编程熔丝阵列100。

图6为本实例中的电可编程熔丝阵列100的读取操作示意图。如图6所示，当电可编程熔丝阵列100进行读取操作时，所有的位线BL均接入读取电压VDD，第1条字线WL1的信号置为1，其他行的字线WL的信号置为0，使得第1条字线WL1控制第1字线控制管N1导通。读取电压VDD使得所述电可编程熔丝阵列100的第1行中的每个电可编程熔丝单元110内部产生电流，电流经过所述电可编程熔丝单元110内的二极管D及熔丝L，最后经所述第1字线控制管N1流到地VSS。每个所述电可编程熔丝单元110的电流值和编程操作后熔丝L的阻值相关，流经电可编程熔丝单元110的电流或电压经过放大转换，便可以读取所述电可编程熔丝阵列100中的数据。

相应的，本发明还提供了一种存储单元。

图7为本实施例中的存储单元的示意图。如图7所示，所述存储单元包括电可编程熔丝阵列100、编程模块200、读取模块400和字线译码器300。其中，所述字线译码器300的第i个输出端通过第i条字线WL接与第i个字线控制管N的栅极。所述读取模块400的第j个输出端通过第j条位线BL接于第j个编程控制管P的漏极和第j列的电可编程熔丝单元110。所述编程模块200用于向所述编程控制管P的栅极输出一编程信号BLN。

进一步的，存储单元的操作包括写入操作和读取操作。

进一步的，存储单元写入操作时，编程模块200用于产生编程信号BLN，以控制第j个编程控制管P导通，以使第j列的电可编程熔丝单元110均接于编程电压；字线译码器300通过第i条字线控制第i个字线控制管N导通，以使第i行第j列的电可编程熔丝单元110接于地VSS。

进一步的，存储单元读取操作时，编程模块200控制所述编程控制管P均关闭；字线译码器300通过第i条字线控制第i个字线控制管N导通，以使第i行的电可编程熔丝单元110均接于地VSS；读取模块400通过第j条位线向第i行第j列的电可编程熔丝单元110提供读取电压VDD，以使所述第i行第j列的电可编程熔丝单元110内产生电流，并通过所述第j条位线读取所述第i行第j列的电可编程熔丝单元110内产生的电流或电压的值。

综上所述，本发明实施中提供了一种电可编程熔丝单元，所述电可编程熔丝单元包括熔丝和二极管，所述熔丝的一端形成所述电可编程熔丝单元的第一端，所述二极管的P极接于所述熔丝的另一端，所述二极管的N极形成所述电可编程熔丝单元的第二端。与晶体管相比，二极管可以以较小尺寸实现通过同样大小的编程电流，因此，本发明的电可编程熔丝单元的面积比传统结构的电可编程熔丝单元小，有利于减少芯片的面积。此外，二极管单向导通的特性，截断了寄生电容，所以电可编程熔丝单元读操作的速度可以更快。相应的，本发明还提供了一种电可编程熔丝阵列。在本发明的电可编程熔丝阵列中，一条字线上的所有的电可编程熔丝单元共用一个字线控制管。此外，字线控制管采用NMOS管，在流过相同大小的电流的情况下，NMOS管所需的尺寸小于PMOS管，这能够减小电可编程熔丝阵列的面积。相应的，本发明还提供了一种存储单元。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。