專利名稱：柵氧擊穿型一次性可編程單元的讀出結(jié)構(gòu)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柵氧擊穿型一次性可編程技術(shù)，尤其涉及采用誤差放大技術(shù)的柵氧 擊穿型一次性可編程單元的讀取技術(shù)。
背景技術(shù)：
柵氧擊穿型一次性可編程單元在實際中有廣泛應用，其讀取方法主要是檢測流 過一次性可編程器件兩端的電流，如圖1所示的柵氧擊穿型一次性可編程單元包括一次 性可編程器件、NMOS晶體管M0、電阻R0、比較器，所述一次性可編程器件、MO和 RO依次串接，電阻的另一端接地，所述比較器的正端DI連接NMOS晶體管的源極，所 述比較器的負端輸入?yún)⒖茧妷篤REF，NMOS晶體管的柵極連接地址線ADD。柵氧擊穿 型一次性可編程單元讀取時，地址線ADD接高電平，DI端電壓對電阻進行充電后同基準 發(fā)生模塊產(chǎn)生的參考電壓VREF比較，從而決定讀出狀態(tài)如果一次性可編程器件已被 燒錄，則比較器的輸出端輸出高電平，如果一次性可編程器件未被燒錄，則比較器的輸 出端輸出低電平，從而實現(xiàn)柵氧擊穿型一次性可編程單元的讀取，由于DI端電壓由一次 性可編程器件等效擊穿電阻和RO分壓后得到，導致了柵氧擊穿型一次性可編程單元的讀 出速度慢。目前普遍使用的柵氧擊穿型一次性可編程單元中擊穿器件的工藝線寬在0.18u 以下，柵氧厚度小于30埃，而對于工藝線寬超過0.1811的一次性可編程單元，其柵氧較 厚，如0.8u以上CMOS、BICMOS> BCD工藝中，柵氧厚度達150埃以上，擊穿后等 效電阻很大，導致讀取時DI端電壓很難超過VREF，不能讀出；另外噪聲的存在限制了 VREF電壓不能過低。等效擊穿電阻過大、VREF不能設置過低這兩個因素決定了使用該 讀出結(jié)構(gòu)的柵氧擊穿型一次性可編程單元讀取電壓高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可應用在柵氧擊穿型一次性可編程 單元的讀出結(jié)構(gòu)，尤其適合厚柵氧擊穿型一次性可編程單元的讀出結(jié)構(gòu)。同時本發(fā)明還提供了柵氧擊穿型一次性可編程單元的讀出方法。柵氧擊穿型一次性可編程單元的讀出結(jié)構(gòu)包括第一一次性可編程器件、第二一 次性可編程器件、第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件、第三開關(guān)器件、第四開關(guān)器件、誤差 放大器、電源線、地址線、復位線、誤差放大器使能信號線，數(shù)據(jù)讀出線；電源線連接 第一一次性可編程器件和第二一次性可編程器件的電源輸入端，地址線連接第一開關(guān)器 件和第二開關(guān)器件的控制端，復位線連接第三開關(guān)器件、第四開關(guān)器件的控制端，誤差 放大器使能信號線連接誤差放大器的使能端；第一一次性可編程器件數(shù)據(jù)輸出端連接第 一開關(guān)器件第一端，第一開關(guān)器件第二端連接誤差放大器的正輸入端、第三開關(guān)器件第 一端，第三開關(guān)器件第二端接地；第二一次性可編程器件數(shù)據(jù)輸出端連接第二開關(guān)器件 第一端，第二開關(guān)器件第二端連接誤差放大器的負輸入端、第四開關(guān)器件第一端，第四開關(guān)器件第二端接地；誤差放大器的正輸出端或者負輸出端連接數(shù)據(jù)讀出線。所述第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件、第三開關(guān)器件、第四開關(guān)器件為NMOS晶體管。所 述第一和第二一次性可編程器件包括電源輸入端和數(shù)據(jù)輸出端，在擊穿前其 電源輸入端和數(shù)據(jù)輸出端之間斷開，數(shù)據(jù)輸出端懸空；在擊穿后其電源輸入端和數(shù)據(jù)輸 出端之間等效于一個非線性電阻，所述第一和第二一次性可編程器件有且只有一個被擊 穿，不允許兩個器件都擊穿或者都不擊穿。由于第一一次性可編程器件和第二一次性可 編程器件有等價的結(jié)構(gòu)，第一一次性可編程器件數(shù)據(jù)輸出端和第二一次性可編程器件數(shù) 據(jù)輸出端具有相同的寄生電容。讀取時，被擊穿一側(cè)一次性可編程器件數(shù)據(jù)輸出端上拉 到電源電壓，未被擊穿一側(cè)一次性可編程器件數(shù)據(jù)輸出端懸空，保持初始電壓，第一一 次性可編程器件數(shù)據(jù)輸出端和第二一次性可編程器件數(shù)據(jù)輸出端保持的電壓有明顯差 異，通過誤差放大器放大后輸出到數(shù)據(jù)讀出線。所述誤差放大器為高增益高速差分放大器，當誤差放大器使能信號線有效時， 可將輸入電壓差快速放大到軌到軌電壓，即一端輸出電源電壓，另一端輸出低電平。當 使能信號無效時，正負輸出端均為低電平。在初始狀態(tài)，第一、第二、第三、第四開關(guān)器件都處于關(guān)斷狀態(tài)，誤差放大器 使能信號為無效狀態(tài)；接著，開啟第三、第四開關(guān)器件，使誤差放大器正負輸入端短 路至低電平，此時誤差放大器使能信號仍為無效狀態(tài)，誤差放大器正負輸出端保持低電 平；關(guān)斷第三、第四開關(guān)器件，然后開啟第一、第二開關(guān)器件，誤差放大器輸入端中的 一端被上拉，另一端保持低電平；接著，誤差放大器的使能信號有效，誤差放大器輸入 端的電壓差被誤差放大器迅速放大到軌到軌電壓并通過數(shù)據(jù)讀出線讀出。柵氧擊穿型一次性可編程單元的讀出方法，包括如下步驟(1)柵氧擊穿型一次性可編程單元包括第一一次性可編程器件、第二一次性可 編程器件和誤差放大器，所述第一一次性可編程器件和第二一次性可編程器件分別經(jīng)過 第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件連接到誤差放大器的正輸入端和負輸入端，燒錄后，其中 一個一次性可編程器件被擊穿，其數(shù)據(jù)輸出端保持電源電壓，另一個一次性可編程器件 未被擊穿，其數(shù)據(jù)輸出端懸空，兩個一次性可編程器件數(shù)據(jù)輸出端保持的電壓有明顯差
已
升；(2)將誤差放大器正輸入端和負輸入端電平短路到低電平；(3)開啟第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件，誤差放大器輸入端電壓產(chǎn)生明顯差異， 并被誤差放大器迅速放大至軌到軌電壓；(4)誤差放大器的輸出端輸出數(shù)據(jù)。誤差放大器為一差分結(jié)構(gòu)的放大器，對共模噪聲有很好的抑制作用，保證了讀 取的可靠性。本發(fā)明同傳統(tǒng)的柵氧擊穿型一次性可編程單元的讀出結(jié)構(gòu)和方法相比，對讀取 電壓要求更低，適用的工藝尺寸范圍從原來的0.18u以下擴展到了 0.18u以上，可以應用 于柵氧厚度大于30埃的厚氧工藝柵氧擊穿型一次性可編程器件的讀出；對于薄氧工藝的 柵氧擊穿型一次性可編程器件，也將大大降低其讀取電壓、提高讀取速度。


圖1為傳統(tǒng)柵 氧擊穿型一次性可編程單元的讀出結(jié)構(gòu)2為本發(fā)明柵氧擊穿型一次性可編程單元的讀出結(jié)構(gòu)3為本發(fā)明控制信號的時序4為本發(fā)明一次性可編程器件擊穿前等效電路5為本發(fā)明一次性可編程器件擊穿后等效電路圖
具體實施例以下結(jié)合附圖對本發(fā)明內(nèi)容進一步說明。如圖2所示柵氧擊穿型一次性可編程單元的讀出結(jié)構(gòu)包括第一一次性可編程 器件、第二一次性可編程器件、第一 NMOS晶體管Ml、第二 NMOS晶體管M2、第三 NMOS晶體管M3、第四NMOS晶體管M4、誤差放大器、電源線VDD、地址線ADD、 復位線RST、誤差放大器使能信號線EN，數(shù)據(jù)讀出線DOUT ；電源線VDD連接第一一 次性可編程器件和第二一次性可編程器件的電源輸入端，地址線ADD連接Ml和M2的 柵極，復位線RST連接M3、M4的柵極；誤差放大器使能信號線EN線連接誤差放大器 的使能端；第一一次性可編程器件數(shù)據(jù)輸出端接Ml漏極，Ml源極連接誤差放大器的正 輸入端DI+、M3漏極，M3源極接地；第二一次性可編程器件數(shù)據(jù)輸出端連接M2漏極， M2源極連接誤差放大器的負輸入端DI-、M4漏極，M4源極接地；誤差放大器的正輸出 端作為數(shù)據(jù)讀出線DOUT ； Cl為誤差放大器正輸入端寄生電容，C2為誤差放大器負輸入 端寄生電容。所述第一和第二一次性可編程器件包括電源輸入端和數(shù)據(jù)輸出端，在擊穿前其 電源輸入端和數(shù)據(jù)輸出端之間斷開，數(shù)據(jù)輸出端懸空；在擊穿后其電源輸入端和數(shù)據(jù)輸 出端之間等效于一個非線性電阻，所述第一和第二一次性可編程器件有且只有一個被擊 穿，不允許兩個器件都擊穿或者都不擊穿。讀取時被擊穿一側(cè)一次性可編程器件數(shù)據(jù)輸 出端被擊穿電阻上拉，未被擊穿一側(cè)一次性可編程器件數(shù)據(jù)輸出端懸空。由于第一一次 性可編程器件和第二一次性可編程器件有等價的結(jié)構(gòu)，第一一次性可編程器件數(shù)據(jù)輸出 端寄生電容Cl和第二一次性可編程器件數(shù)據(jù)輸出端寄生電容C2相同。讀取時，被擊穿 一側(cè)一次性可編程器件數(shù)據(jù)輸出端上拉到電源電壓，未被擊穿一側(cè)一次性可編程器件數(shù) 據(jù)輸出端懸空，保持初始電壓，第一一次性可編程器件數(shù)據(jù)輸出端和第二一次性可編程 器件數(shù)據(jù)輸出端保持的電壓有明顯差異，通過誤差放大器放大后輸出到數(shù)據(jù)讀出線。柵氧擊穿型一次性可編程單元的讀出方法，其時序如圖3所示在初始狀態(tài)， Ml、M2、M3、M4都處于關(guān)斷狀態(tài)，誤差放大器使能信號EN為無效狀態(tài)；接著，開 啟M3、M4，使誤差放大器正負輸入端DI+和DI-都短路至低電平，此時誤差放大器使 能信號EN仍為無效狀態(tài)，誤差放大器正負輸出端保持低電平；關(guān)斷M3、M4，然后開啟 Ml、M2，誤差放大器輸入端中的一端被上拉，另一端保持低電平；接著，誤差放大器 的使能信號EN有效，誤差放大器輸入端的電壓差被誤差放大器迅速放大到軌到軌電壓并 通過數(shù)據(jù)讀出線DOUT讀出。作為本發(fā)明的一個具體實施例，所述的一次性可編程器件擊穿前的等效電路圖 如圖4所示包括一等效電容C0，一電源輸入端VDD，一數(shù)據(jù)輸出端DO;擊穿后一次性可編程器件的等效電路如圖5所示包括一擊穿電阻R1，一電源輸入端VDD，一數(shù)據(jù) 輸出端DO。
應該理解到的是，上述實施例只是對本發(fā)明的說明，而不是對本發(fā)明的限制， 任何不超出本發(fā)明實質(zhì)精神范圍內(nèi)的發(fā)明創(chuàng)造，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.柵氧擊穿型一次性可編程單元的讀出結(jié)構(gòu)包括第一一次性可編程器件、第二一次 性可編程器件、第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件、第三開關(guān)器件、第四開關(guān)器件、誤差放 大器、電源線、地址線、復位線、誤差放大器使能信號線，數(shù)據(jù)讀出線；電源線連接第 一一次性可編程器件和第二一次性可編程器件的電源輸入端，地址線連接第一開關(guān)器件 和第二開關(guān)器件的控制端，復位線連接第三開關(guān)器件、第四開關(guān)器件的控制端，誤差放 大器使能信號線連接誤差放大器的使能端；第一一次性可編程器件數(shù)據(jù)輸出端連接第一 開關(guān)器件第一端，第一開關(guān)器件第二端連接誤差放大器的正輸入端、第三開關(guān)器件第一 端，第三開關(guān)器件第二端接地；第二一次性可編程器件數(shù)據(jù)輸出端連接第二開關(guān)器件第 一端，第二開關(guān)器件第二端連接誤差放大器的負輸入端、第四開關(guān)器件第一端，第四開 關(guān)器件第二端接地；誤差放大器的正輸出端或者負輸出端連接數(shù)據(jù)讀出線。
2.如權(quán)利要求1所述柵氧擊穿型一次性可編程單元的讀出結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一 開關(guān)器件、第二開關(guān)器件、第三開關(guān)器件、第四開關(guān)器件為NMOS晶體管。
3.如權(quán)利要求1、2所述柵氧擊穿型一次性可編程單元的讀出結(jié)構(gòu)，其特征在于所述 第一和第二一次性可編程器件包括電源輸入端和數(shù)據(jù)輸出端，在擊穿前其電源輸入端和 數(shù)據(jù)輸出端之間斷開，數(shù)據(jù)輸出端懸空；在擊穿后其電源輸入端和數(shù)據(jù)輸出端之間等效 于一個非線性電阻，所述第一和第二一次性可編程器件有且只有一個被擊穿；讀取時， 被擊穿一側(cè)一次性可編程器件數(shù)據(jù)輸出端上拉到電源電壓，未被擊穿一側(cè)一次性可編程 器件數(shù)據(jù)輸出端懸空，保持初始電壓，第一一次性可編程器件數(shù)據(jù)輸出端和第二一次性 可編程器件數(shù)據(jù)輸出端保持的電壓有明顯差異，通過誤差放大器放大后輸出到數(shù)據(jù)讀出 線。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的柵氧擊穿型一次性可編程單元的讀出結(jié)構(gòu)，其特征在 于，在初始狀態(tài)，第一、第二、第三、第四開關(guān)器件都處于關(guān)斷狀態(tài)，誤差放大器使能 信號為無效狀態(tài)；接著，開啟第三、第四開關(guān)器件，使誤差放大器正負輸入端短路至低 電平，此時誤差放大器使能信號仍為無效狀態(tài)，誤差放大器正負輸出端保持低電平；關(guān) 斷第三、第四開關(guān)器件，然后開啟第一、第二開關(guān)器件，誤差放大器輸入端中的一端被 上拉，另一端保持低電平；接著，誤差放大器的使能信號有效，誤差放大器輸入端的電 壓差被誤差放大器迅速放大到軌到軌電壓并通過數(shù)據(jù)讀出線讀出。
5.柵氧擊穿型一次性可編程單元的讀出方法，包括如下步驟(1)柵氧擊穿型一次性可編程單元包括第一一次性可編程器件、第二一次性可編程器 件和誤差放大器，所述第一一次性可編程器件和第二一次性可編程器件分別經(jīng)過第一開 關(guān)器件和第二開關(guān)器件連接到誤差放大器的正輸入端和負輸入端，燒錄后，其中一個一 次性可編程器件被擊穿，其數(shù)據(jù)輸出端保持電源電壓，另一個一次性可編程器件未被擊 穿，其數(shù)據(jù)輸出端懸空，兩個一次性可編程器件數(shù)據(jù)輸出端保持的電壓有明顯差異；(2)將誤差放大器正輸入端和負輸入端電平短路到低電平；(3)開啟第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件，誤差放大器輸入端電壓產(chǎn)生明顯差異，并被 誤差放大器迅速放大至軌到軌電壓；(4)誤差放大器的輸出端輸出數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開的柵氧擊穿型一次性可編程單元的讀出結(jié)構(gòu)及方法，包括第一一次性可編程器件、第二一次性可編程器件和誤差放大器，第一一次性可編程器件和第二一次性可編程器件分別經(jīng)過開關(guān)器件連接到誤差放大器的正負輸入端，燒錄后，第一一次性可編程器件被擊穿，其數(shù)據(jù)輸出端保持電源電壓，第二一次性可編程器件為被擊穿，其數(shù)據(jù)輸出端懸空，第一一次性可編程器件數(shù)據(jù)輸出端和第二一次性可編程器件數(shù)據(jù)輸出端保持的電荷有明顯差異，讀取時，該電荷和誤差放大器重新分配，然后讀出數(shù)據(jù)。本發(fā)明適合厚柵氧擊穿型一次性可編程單元的讀出。
文檔編號G11C17/16GK102024499SQ20091015290
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者何群, 趙啟永, 陳焱 申請人:杭州士蘭集成電路有限公司