[发明专利]一次性可编程单元和具有该单元的存储设备

说明书

相关申请的交叉引用

本发明要求2007年2月16日提交的韩国专利申请号为10-2007-0016545的优先权，其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及半导体设计技术，更具体地涉及具有可靠性提高、结构简单、功耗减少和尺寸小的一次性可编程单元以及具有该单元的存储设备。

背景技术

一次性可编程(OTP)单元作为单存储器或存储器阵列广泛地用于集成电路(IC)芯片。OTP单元特别用于标记标识(ID)、设置参数和控制管芯或芯片的内部电压电平。因此，OTP单元和OTP存储器阵列极大地影响着IC芯片的产量和特性。

为了上述的相同目的，OTP单元和OTP存储器阵列还用于液晶显示器(LCD)驱动器的IC芯片中。OTP单元和OTP存储器阵列还用于分配伪地址以便维修/替换有缺陷的静态随机存取存储器(SRAM)。此外，近来，OTP单元和OTP存储器阵列常常用于设置模块制造商所需要的LCD设置自动序列的内部状态。

可以用两个基本状态，即熔丝(fuse)和反熔丝(anti-fuse)来实现OTP单元。

熔丝方法包括切断金属或聚电阻(poly resistance)。即，OTP单元的熔丝在正常状态下是电短路以具有最小的电阻，但在切断金属或聚电阻后变成开路以具有无穷大的电阻。制造具有熔丝的OTP单元需要激光装置以便切断金属或聚电阻，并因此需要增加制造时间和增加制造成本。另外，金属或聚电阻还可能通过诸如温度的外部环境来被切断或短路，从而会使设备可靠性恶化。

可以用栅氧化物电容器来实现反熔丝设备，所述栅氧化物电容器包括作为电极的互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管的栅极和基底。在正常状态下，电容器具有无穷大的电阻，使得反熔丝是开路的。然而，当高压VPP施加到栅极或基底时，栅极和基底变为短路，使得反熔丝具有几欧姆到几十欧姆范围的电阻。几欧姆到几十欧姆范围的电阻值表示栅极绝缘层被击穿。

如上所述，在具有CMOS栅极绝缘层的反熔丝的情况下，电阻切断电压在电路自身内部产生。因此，与熔丝方法不同，反熔丝方法不需要激光装置且不受时间和温度的影响，从而可以提高设备可靠性。

以下参考美国专利No.US 6,927,997B2来说明典型的具有反熔丝的OTP单元。

图1是典型的OTP单位单元的电路图。

参考图1，OTP单元包括反熔丝ANT_FS1、开关SW1和NMOS晶体管NM1和NM2。反熔丝ANT_FS1连接在节点A和节点B之间。开关SW1连接在节点B和地电压端子之间。NMOS晶体管NM1经由NMOS晶体管NM2连接在节点B和节点E之间，并且NMOS晶体管NM1的栅极连接到节点C。NMOS晶体管NM2连接在NMOS晶体管NM1的源极和节点E之间，并且NMOS晶体管NM2的栅极连接到节点D。

作为参考，NMOS晶体管NM1是高压MOS晶体管，以便防止高压VPP击穿NMOS晶体管NM2的栅极绝缘层。

以下参考表1、图2A和2B来说明将数据写到图1的典型的OTP单位单元和从该单位单元中读取数据的方法。

图2A示出图1的典型的OTP单位单元在写模式下的操作。

参考表1和图2A，高压VPP施加到节点A。同时，开关SW1被导通，且逻辑低电平信号施加到节点C和D，使得NMOS晶体管NM1和NM2被关断。因而，从节点A经由开关SW1到地电压端子形成电流路径。换句话说，因为高压VPP施加到反熔丝ANT_FS1的基底和栅极，所以栅极绝缘层被击穿，使得反熔丝ANT_FS1可以具有几欧姆到几十欧姆范围的电阻。

图2B示出图1的典型的OTP单位单元在读模式下的操作。

参考表1和图2B，外部电压VDD施加到节点A。同时，开关SW1被关断，且逻辑高电平信号施加到节点C和D，使得NMOS晶体管NM1和NM2被导通。因而，从节点A经由NMOS晶体管NM1和NM2到节点E形成电流路径。

下面将说明当反熔丝ANT_FS1被切断以将逻辑高电平数据输出到输出节点E时的情况。施加到节点A的外部电压VDD在通过节点E被输出之前通过反熔丝ANT_FS1的几欧姆到几十欧姆的电阻以及通过NMOS晶体管NM1和NM2的导通电阻产生压降。由于在反熔丝ANT_FS1和NMOS晶体管NM1和NM2处的压降，与外部电压VDD相对应的电平电压通过节点E输出。