[發明專利]OTP存儲器單元及其讀取和編程方法

無效

• 申請號: 200710094247.4
• 申請日: 2007-11-19
• 公開（公告）號: CN101441889A
• 公開（公告）日: 2009-05-27
• 發明（設計）人: 陳華倫;熊濤;陳瑜
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: G11C16/02
• 分類號: G11C16/02;G11C16/10;G11C16/26
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司
• 代理人: 丁紀鐵

技術領域

本發明涉及一種一次非揮發性存儲器(OTP)單元，特別涉及一種由PMOS組成的OTP存儲器單元。本發明還涉及一種OTP存儲器單元讀取和編程的方法。

背景技術

一次可編程存儲器器件(OTP)為非揮發性存儲元件，其即使被斷電也能保存信息。一次可編程存儲器(OTP)可以為電路應用提供靈活多樣和價格低廉的解決方案，因此在多種電路中得到廣泛的應用。目前有多種結構可以實現OTP功能。當前的OTP存儲器主要采用NMOS晶體管結構，利用一個MOS電容將編程電壓耦合到浮柵(floating?gate)，進而利用HCI效應(熱載流子注入效應)使NMOS晶體管的閾值電壓Vt發生明顯偏移，以控制NMOS的開關來區別狀態，即所謂的“1”和“0”。

圖1為常見的由NMOS晶體管組成的OTP存儲器布局(layout)示意圖，圖2為沿圖1中AA’面的截面結構示意圖，圖3為沿圖1中BB’面的截面結構示意圖，其中OTP基本單元由圖左邊NMOS晶體管和右邊的MOS電容組成。圖4為上述OTP存儲器單元的電路示意圖，其中電容的一極和NMOS晶體管的柵極相連接，電容的另一極稱字線端(word?line，也稱控制柵極)，編程時用來接較高電壓，NMOS晶體管的漏極稱位線端(bitline)，編程時用來接中等電壓。初始狀態，在讀取狀態下(各管角電壓情況為：字線端為5V，位線端為5V，源極和襯底各自為0V)，字線端上的電壓通過右邊的MOS電容耦合到左邊NMOS晶體管的柵極上，由于正常該NMOS晶體管的閾值電壓Vt通常只有0.7V，因此耦合過來的電壓足以讓該NMOS晶體管開啟，從而得到一個較大的電流，此狀態即為“1”。當進行編程時(各管角電壓情況為：字線端為12V，位線端為6.5V，源極和襯底端各自為0V)，由于Bit?line和Word?line上的電壓都比較大，因此左邊的NMOS晶體管將發生較強的HCI效應(熱載流子注入效應)，即有很多熱電子注入到浮柵(Floating?poly)中，由于是浮柵沒有直接的金屬連接線，故這些注入的熱電子不會消失而是捕獲在多晶硅里面，從而引起左邊的NMOS晶體管閾值電壓Vt發生高達3～4V的偏移，此時重新加讀取電壓至該NMOS晶體管，則無法使其導通處于關閉狀態，此狀態即為“0”。通過一次電壓的編程，可以使NMOS的閾值電壓Vt發生偏移，從而區分了晶體管的狀態，這就實現了一次編程。

由于上述利用NMOS晶體管和MOS電容的OTP存儲器單元中，需要通過電容耦合電壓，且需要通過耦合比設計編程電壓，因此這種結構中所需的電容面積較大。另外，在控制柵極需要增加一次離子注入，即多了一次額外的光刻步驟，增加了生產成本。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種由PMOS組成的OTP存儲器單元，其能減少OTP存儲器單元的面積。

為解決上述技術問題，本發明的OTP存儲器單元，包括第一個PMOS晶體管和第二個PMOS晶體管，第一個PMOS晶體管的柵極為該OTP存儲器單元的字線端，第一個PMOS晶體管的源極為該OTP存儲器單元的源極端，第一個PMOS晶體管的漏區和第二個晶體管的源區共用一個P⁺區，第二個PMOS晶體管的柵極位于浮置狀態，第二個PMOS晶體管的漏極為該OTP存儲器單元的位線端。

本發明的OTP存儲器單元編程和讀取的方法，讀取狀態下，在所述OTP存儲器單元的源極端和襯底端加0電壓，所述OTP存儲器單元的字線端和位線端加負電壓，以使所述第一個PMOS晶體管導通；編程狀態下，在所述OTP存儲器單元的字線端和位線端加0電壓，所述OTP存儲器單元的源極端和襯底端加比正常工作電壓大的正電壓，使兩個PMOS晶體管導通，并使熱載流子注入到浮置的第二個PMOS晶體管的柵極中。

本發明的OTP存儲器單元，采用兩個PMOS晶體管組成，通過在襯底上直接加一個正的電壓耦合到浮柵上進行OTP的編程，而不需要通過另一個MOS電容進行電壓耦合，從而不僅大大節省了面積，而且無需增加任何光刻掩膜板，降低了成本。

附圖說明

下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明：

圖1為現有技術中OTP存儲器單元的布局示意圖；

圖2為圖1中AA’面的截面結構示意圖；

圖3為圖1中BB’面的截面結構示意圖；

圖4為圖1所示的OTP存儲器單元等效電路示意圖；

圖5為圖1所示的OTP存儲器編程原理示意圖；