CN101452938B - 一次可编程非挥发性存储器单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一次可编程非挥发性存储器单元，其包括一个PN结、一个MOS晶体管和一个CMOS反相器，所述PN结反向连接与MOS晶体管。本发明的存储器单元中，采用反向连接的PN结取代原有存储器单元中的多晶硅熔丝，能有效减少存储芯片的面积，符合芯片面积缩小的需要，可用于一次非挥发性存储芯片制备中。

Description

一次可编程非挥发性存储器单元
技术领域
本发明涉及一种一次可编程非挥发性存储器单元。特别涉及一种具PN结结构的一次可编程挥发性存储器。
背景技术
一次可编程存储器器件(OTP)为非挥发性存储元件，其即使被断电也能保存信息。一次可编程存储器(OTP)可以为电路应用提供灵活多样和价格低廉的解决方案，因此在多种电路中得到广泛的应用。多晶硅熔丝结构的OTP是最早得到应用。传统熔丝结构的OTP单元电路原理图见图1和图2所示。在编程之前单元的输出电平随单元结构的差异分别固定为“0”或者“1”。编程时，在熔丝上通过大强度电流使多晶硅熔断形成高阻，从而使输出电平变为“1”和“0”。但是由于多晶硅熔丝所占用的面积很大，一般在25平方微米左右，所以逐渐被淘汰。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种面积相对较小的一次可编程非挥发性存储器单元。
为解决上述技术问题，本发明的一次可编程非挥发性存储器单元，其包括一个PN结、一个MOS晶体管和一个CMOS反相器，其中PN结反向连接与MOS晶体管。
本发明的存储器单元中，采用反向连接的PN结取代原有存储器单元中的多晶硅熔丝，可以通过调节PN结的掺杂浓度实现对PN结的工作电压和反向击穿电压的控制。同时制备存储器芯片时，在保持相同性能下，PN结结构所占用的面积比多晶硅熔丝的占用的面积要小的多，而且还可以采用垂直PN结结构来进一步缩小其占用面积，故本发明制备的一次可编程非挥发性存储器能积极迎合目前芯片不断缩小的要求。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为现有技术中多晶硅熔丝结构的OTP存储器的等效电路示意图一；
图2为现有技术中多晶硅熔丝结构的OTP存储器的等效电路示意图二；
图3为本发明的一实施例；
图4为本发明的又一实施例；
图5为本发明的存储器芯片中水平结构PN结的截面示意图；
图6为本发明的存储器芯片中垂直结构PN结的截面示意图。
具体实施方式
本发明的一次可编程非挥发性存储器单元中，包括一个MOS晶体管、一个PN结和一个CMOS反相器，其中PN结与MOS晶体管反向连接。MOS晶体管可为PMOS晶体管，也可为NMOS晶体管。PN结中P区和N区的掺杂剂量最好大于1015原子/立方厘米，例如齐纳二极管。掺杂剂量越大，存储器编程的电压越低。上述的PMOS晶体管、NMOS晶体管和CMOS反相器中的MOS晶体管用增强型MOS晶体管的时候，存储器工作性能较好。
图3为本发明的实施例，其存储器单元包括一个PMOS晶体管、PN结和一个CMOS反相器。PMOS晶体管的漏极与CMOS反相器中PMOS晶体管的漏极相连接，用以接收电源电压Vdd；PMOS晶体管的栅极连接至CMOS反相器的输出端，输出电压Vout；PN结的N端与PMOS晶体管的源极相连，并接至CMOS反相器中的MOS晶体管的栅极；PN结的P端接地。编程时，在PN结两端加载编程(write)电压Vin。
图4为本发明的另一实施例，其存储器单元包括一个NMOS晶体管、PN结和一个CMOS反相器。PN结的N端与CMOS反相器中PMOS晶体管的漏极相连接，用以接收电源电压Vdd；NMOS晶体管的栅极连接至CMOS反相器的输出端，输出电压Vout；PN结的P端与NMOS晶体管的漏极相连，并接至CMOS反相器中的MOS晶体管的栅极；NMOS晶体管的源极接地。同样地，编程时，在PN结两端加载编程(write)电压Vin。
本发明的PN结即可以在N阱中制备，也可以在P阱中制备。具体制备时可以是水平结构(见图5)，在0.18工艺中，其平面占用面积约为0.44um*0.88um。将P区和N区以垂直叠加的方式制备中硅衬底中(见图6)，这时PN结如在N阱中制备，PN结的N+区与N阱相连；如在P阱中制备，PN结的P+区与P阱相连。采用垂直叠加的方式，在0.18工艺中，平面占用面积约为0.44um*0.44um。

Claims (2)

1.一种一次可编程非挥发性存储器单元，其特征在于：其包括一个PN结、一个MOS晶体管，CMOS反相器，所述PN结反向连接与MOS晶体管；
所述MOS晶体管为PMOS晶体管；所述PMOS晶体管P1的漏极与所述CMOS反相器中PMOS晶体管P2的漏极相连接，用以接收电源电压；所述PMOS晶体管P1的栅极连接至所述CMOS反相器的输出端，输出电压；所述PN结的N端与所述PMOS晶体管P1的源极相连，并接至CMOS反相器中的每一个MOS晶体管的栅极；所述PN结的P端接地；所述编程输入电压加载在PN结两端。
2.一种一次可编程非挥发性存储器单元，其特征在于：其包括一个PN结、一个MOS晶体管，CMOS反相器，所述PN结反向连接与MOS晶体管；
所述MOS晶体管为NMOS晶体管N2；所述PN结的N端接到电源正极Vdd，所述PN结的N端与所述CMOS反相器中的PMOS晶体管的漏极相连接；所述NMOS晶体管N2的栅极连接至所述CMOS反相器的输出端，输出电压；所述PN结的P端与所述NMOS晶体管的漏极相连，并接至CMOS反相器中的每一个MOS晶体管的栅极；所述NMOS晶体管的源极接地；所述编程输入电压加载在PN结两端。
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