[發明專利]MOS一次可編程器件

有效

• 申請號: 200910057116.8
• 申請日: 2009-04-23
• 公開（公告）號: CN101872648A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 徐向明;胡曉明
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: G11C17/14
• 分類號: G11C17/14
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 王江富

技術領域

本發明涉及半導體技術，特別涉及一種MOS一次可編程器件。

背景技術

常見的MOS一次可編程器件(one-time?programmable?memory，OTP)結構如圖1，圖2所示，由一個耦合電容加一個NMOS構成，耦合電容一端為多晶硅層，同NMOS的浮柵多晶硅相接，接入編程電路時，耦合電容的另一端接字線(Word?Line)，NMOS的P阱、源端接0伏，漏端接位線(Bit?Line)，編程時，利用耦合電容將編程高電壓耦合到浮柵，進而利用通道熱電子(Channel?Hot?Electron，CHE)使熱電子穿透柵氧化勢壘后存儲在浮柵上，由于是浮柵，這些注入的熱電子不會消失而是存儲在浮柵里，使NMOS的閥值電壓發生明顯偏移，從而能通過控制NMOS的開關來區別狀態，實現編程。

上述常見MOS一次可編程器件，由于編程與讀取用的是同一個NMOS，編程前后的閾值均為正，如圖3所示，在讀取數據時存在矛盾：

若利用電路中電源5伏電壓讀取，編程前后的電流差只有2個數量級，為了存儲單元編程前后電流差異窗口增加，需要增加閾值電壓偏移量，這樣勢必要求增大耦合電容面積，以提高電容耦合電壓的效率，從而會犧牲OTP存儲單元面積；

若設計區別于電源電壓的2～3V參考電壓，用以讀取數據，存儲單元編程前后電流差異窗口可以大大增加，編程前后電流差能達8個數量級以上，但對于小容量應用的設計，額外產生參考電壓的這部分電路，過于浪費了面積。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種MOS一次可編程器件，該MOS一次可編程器件能用零伏電壓讀取數據，而且具有非常大的編程前后電流差異窗口。

為解決上述技術問題，本發明的MOS一次可編程器件，包括一耦合電容和一NMOS，耦合電容的一端同NMOS浮柵多晶硅層相連，利用電容耦合電壓使NMOS發生熱電子注入，熱電子穿透柵氧化勢壘后存儲在浮柵多晶硅層上，完成編程工作，其特征在于，還包括一PMOS，所述PMOS柵同所述NMOS浮柵共用同一多晶硅層，所述PMOS漏極初始狀態閾值電壓為負，編程后存儲在浮柵晶硅層上的電子使PMOS溝道反型，閾值電壓為正，基于編程前后PMOS溝道電流的變化，區分存儲單元意義上的0和1。

本發明的MOS一次可編程器件，在常見MOS一次可編程器件的基礎上增加一PMOS，利用一次可編程器件的NMOS進行編程，在NMOS浮柵上存儲電子，PMOS柵同NMOS浮柵浮柵共享一多晶硅層，在PMOS上讀取編程前后的電流，PMOS初始閾值電壓為負，編程后閥值電壓為正，如圖3所示，能在0V電壓下讀取電流，且具有非常樂觀的編程前后電流差異窗口，有利于電路設計，可省去讀取數據時MOS柵極所需要的外圍電壓轉換電路。

附圖說明

圖1是常見的MOS一次可編程器件電路圖；

圖2是現有的MOS一次可編程器件的版圖；

圖3是現有的MOS一次可編程器件編程前后電流-柵壓曲線圖；

圖4是本發明的MOS一次可編程器件一實施方式的電路原理圖；

圖5是本發明的MOS一次可編程器件一實施方式的版圖示意圖；

圖6是本發明的MOS一次可編程器件一實施方式的編程前后電流-柵壓曲線圖。

具體實施方式

本發明的MOS一次可編程器件一實施方式如圖4、圖5所示，包括一耦合電容和一NMOS，耦合電容的一端同NMOS浮柵多晶硅層相連，利用電容耦合電壓使NMOS發生熱電子注(CHE)入，熱電子穿透柵氧化勢壘后存儲在浮柵多晶硅層上，完成編程工作，還包括一PMOS，所述PMOS柵同所述NMOS浮柵共用同一多晶硅層，所述PMOS漏極初始狀態閾值電壓為負，即在PMOS柵電壓和源電壓為0V時，溝道未開啟(溝道電流趨近于0)，編程后存儲在浮柵晶硅層上的電子使PMOS溝道反型，閾值電壓為正，即在PMOS柵電壓和源電壓為0V時，溝道開啟(溝道電流趨近飽和)，基于編程前后PMOS溝道電流的變化，通過電流檢測電路，區分存儲單元意義上的0和1。

本發明的MOS一次可編程器件，在常見MOS一次可編程器件的基礎上增加一PMOS，利用一次可編程器件的NMOS進行編程，在NMOS浮柵上存儲電子，PMOS柵同NMOS浮柵浮柵共享一多晶硅層，在PMOS上讀取編程前后的電流，PMOS初始閾值電壓為負，編程后閥值電壓為正，如圖6所示，能在0V電壓下讀取電流，且具有非常樂觀的編程前后電流差異窗口，有利于電路設計，可省去讀取數據時MOS柵極所需要的外圍電壓轉換電路。