[发明专利]基于熔丝特性的改进的差分架构OTP存储单元及存储器

说明书

本发明公开了一种基于熔丝特性的改进的差分架构OTP存储单元及存储器，包括呈差分对称结构的第一、第二晶体管熔丝串联型OTP存储单元，第一晶体管熔丝串联型OTP存储单元包括串联的PMOS晶体管MP1和熔丝R1，第二晶体管熔丝串联型OTP存储单元包括PMOS晶体管MP2和熔丝R2，第一晶体管熔丝串联型OTP存储单元和第二晶体管熔丝串联型OTP存储单元上接源线SL控制电路模块，下接位线BL控制电路模块和灵敏放大电路模块；还包括一跨接在两根字线的公共端以及两根源线的公共端之间的NBTI恢复电路。本发明不仅能够避免采用基准电路带来的不匹配问题，极大地提高读取的稳定性，还能有效改善NBTI效应的影响，极大地增加存储单元的可靠性及存储寿命。

技术领域

本发明涉及存储器领域，具体涉及一种基于熔丝特性的改进的差分架构OTP存储单元及存储器。

背景技术

一次可编程存储器（OTP）是非易失性存储器中的一种，它可以为电路应用提供灵活多样和价格低廉的解决方案，因而广泛应用于数据存储备份、代码存储、初始信息存储、RFID标示信息存储等领域。

目前有多种结构可以实现OTP功能，其中最主要的结构是NMOS晶体管结构，如图1所示的一个OTP结构，包含一个NMOS晶体管和一个MOS电容，两者通过一个较大面积的多晶硅浮栅耦合相连。多晶硅浮栅的一端作为NMOS的栅极，另一端和衬底上P阱中的N型扩散区构成MOS电容。N型扩散区和多晶硅相连作为OTP的字线，NMOS的漏极作为OTP的位线，NMOS的源极作为OTP的源线。其原理是未编程时，如果在字线位线段施加读取电压，由于MOS电容的耦合影响，NMOS的栅压可以超过阈值电压，开启工作，从而得到一个较大的电流；而如果字线位线施加很大的编程电压，此时NMOS晶体管发生较强的热载流子注入，由于浮栅多晶硅没有直接的金属连线，因而这些注入的载流子不会消失而是被捕获在多晶硅中，这样就引起了NMOS晶体管的阈值电压发生很大的偏移，如果这时添加读取电压，耦合电压不足以开启NMOS，NMOS关断。

但是，上述OTP存储单元需要MOS电容来耦合电压，且需要通过耦合比来设计编程电压，因此这种架构所需要的MOS电容面积较大。同时，在字线端需要增加一次离子注入，即多了一次额外的光刻步骤，增加了成本。

2000年之后，研究人员把研究的重点转向了单栅型的OTP存储架构，因为这种结构可以把存储器工艺和标准CMOS逻辑工艺完全兼容，极大地降低了成本。

后来，研究人员又研究出了一种基于串联晶体管的OTP器件。2006年，在专利US6678190中，eMemory公司提出了一种串联PMOS型OTP器件，图3就是其架构示意图。其工作原理是通过对浮栅电荷的注入，改变存储管的阈值电压进而改变其开启关断状态。2008年，Ying-Je Chen等人在文献“A Novel 2-Bit/Cell p-Channel Logic Programmable CellWith Pure 90-nm CMOS Technology”（IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, AUGUST 2008,VOL. 29, NO. 8, pp: 938-940）中发布了一种采用SAN (Self-Aligned Nitride)结构的串联晶体管型的OTP存储器。它的两个栅中间采用低压化学汽相淀积生成一个自对准的氮化物存储节点，用作存储电荷，编程就是利用能带间的高能电子注入该节点从而实现存储。

然而，无论如何，基于串联晶体管型的OTP存储单元都有一个致命性的弱点就是它不可避免的引进了额外的晶体管，这样晶体管数目的增多使器件面积变得变大，制造成本显然也增大了很多，这会严重制约这类存储器的发展与使用。