CN105427888A - 反熔丝型一次可编程存储器的编程方法及编程设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开反熔丝型一次可编程存储器的编程方法，包括：在存储单元施加脉冲电压；在施加脉冲电压过程中，检测存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿；在存储单元的绝缘电介质层被击穿的情况下，停止施加脉冲电压。基于本发明公开的编程方法，在存储单元达到硬击穿后，及时停止向该存储单元施加脉冲电压，极大降低存储单元出现过热问题的可能性，从而降低出现存储单元中上导电电极层和下导电电极层之间形成的熔丝被损坏的概率，提高反熔丝型一次可编程存储器的良品率。本发明还公开一种编程设备。
Description
技术领域
本发明属于存储器技术领域，尤其涉及反熔丝型一次可编程存储器的编程方法及编程设备。
背景技术
一次可编程(OneTimeProgrammable，OTP)存储器是一种支持一次编程的非易失性存储器，广泛应用于模拟电路、数字/SOC芯片、SRAM/DRAM存储器等领域。
目前，OTP存储器主要分为熔丝型(e-Fuse)、反熔丝型(Anti-fuse)和浮栅电荷存储型。反熔丝型OTP存储器包括多个存储单元，其中，存储单元的一种结构如图1所示，由上导电电极层100、下导电电极层200和中间的绝缘电介质层300构成，其工作原理为：在未编程状态下，由于绝缘电介质层300的存在，存储单元呈现高阻状态，编程过后，绝缘电介质层300被击穿，存储单元呈现低阻状态。
现在反熔丝型OTP存储器的编程方法大致为：在反熔丝型OTP存储器中各个存储单元上施加固定的电压，并且该电压维持预设的时长，将绝缘电介质层300击穿，从而完成编程。
但是，申请人利用现在的编程方法获得的反熔丝型OTP存储器，其良品率较低。如何提高反熔丝型OTP存储器的良品率，是本领域技术人员需要考虑的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供反熔丝型OTP存储器的编程方法及编程设备，通过对编程过程进行改进，以提高反熔丝型OTP存储器的良品率。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明公开一种反熔丝型一次可编程存储器的编程方法，所述反熔丝型一次可编程存储器包括多个存储单元，所述编程方法包括：
在所述存储单元施加脉冲电压；
在施加脉冲电压过程中，检测所述存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿；
在所述存储单元的绝缘电介质层被击穿的情况下，停止施加脉冲电压。
优选的，上述编程方法中，在所述存储单元施加脉冲电压之前，还包括：在脉冲电压源与所述存储单元之间串联电阻；相应的，在停止施加脉冲电压之后，还包括：移除所述电阻。
优选的，上述编程方法中，施加在所述存储单元的脉冲电压具有特定的脉冲电压幅度、特定的脉冲时间宽度和特定的脉冲重复频率。
优选的，上述编程方法中，施加在所述存储单元的脉冲电压的脉冲电压幅度从初始电压值以预设步长逐步变化。
优选的，上述编程方法中，在施加脉冲电压过程中，检测所述存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿，包括：
在所述脉冲电压的下降沿，检测所述存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿；
或者，在所述脉冲电压的上升沿，检测所述存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿；
或者，在所述脉冲电压的稳定区间，检测所述存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿。
另一方面，本发明还公开一种反熔丝型一次可编程存储器的编程设备，所述反熔丝型一次可编程存储器包括多个存储单元，所述编程设备包括脉冲电压源、检测装置和控制装置；
脉冲电压源用于在所述存储单元施加脉冲电压；
所述检测装置用于在所述脉冲电压源向存储单元施加脉冲电压过程中，检测所述存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿；
所述控制装置在所述存储单元的绝缘电介质层被击穿的情况下，控制所述脉冲电压源停止向所述存储单元施加脉冲电压。
优选的，上述编程设备还包括预处理装置；
在所述脉冲电压源向所述存储单元施加脉冲电压之前，所述预处理装置在所述脉冲电压源和所述存储单元之间串联电阻，在所述脉冲电压源停止向所述存储单元施加脉冲电压后，所述预处理装置移除串联于所述脉冲电压源和所述存储单元之间的电阻。
优选的，上述编程设备中，所述脉冲电压源产生具有特定的脉冲电压幅度、特定的脉冲时间宽度和特定的脉冲重复频率的脉冲电压。
优选的，上述编程设备中，所述脉冲电压源产生具有特定的脉冲时间宽度和特定的脉冲重复频率、并且脉冲电压幅度从初始电压值以预设步长逐步变化的脉冲电压。
优选的，上述编程设备，所述检测装置在脉冲电压的下降沿检测所述存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿；或者，所述检测装置在脉冲电压的上升沿检测所述存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿；或者，在所述脉冲电压的稳定区间，检测所述存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿。
由此可见，本发明的有益效果为：
本发明公开的反熔丝型OTP存储器的编程方法，在编程过程中向存储单元施加脉冲电压，并且动态检测处于编程过程的存储单元中绝缘电介质层的状态，在确定存储单元中的绝缘电介质层被击穿时，停止向给存储单元施加脉冲电压。基于本发明公开的编程方法，在存储单元达到硬击穿后，及时停止向该存储单元施加脉冲电压，极大降低存储单元出现过热问题的可能性，从而降低出现存储单元中上导电电极层和下导电电极层之间形成的熔丝被损坏的概率，提高反熔丝型OTP存储器的良品率。
本发明公开的反熔丝型OTP存储器的编程设备，在编程过程中向存储单元施加脉冲电压，并且动态检测处于编程过程的存储单元中绝缘电介质层的状态，在确定存储单元中的绝缘电介质层被击穿时，停止向给存储单元施加脉冲电压，极大降低存储单元出现过热问题的可能性，从而降低出现存储单元中上导电电极层和下导电电极层之间形成的熔丝被损坏的概率，提高反熔丝型OTP存储器的良品率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为反熔丝型OTP存储器的存储单元的一种结构示意图；
图2为本发明公开的反熔丝型OTP存储器的一种编程方法的流程图；
图3为本发明公开的反熔丝型OTP存储器的另一种编程方法的流程图；
图4为本发明公开的反熔丝型OTP存储器的另一种编程方法的流程图；
图5为本发明公开的反熔丝型OTP存储器的一种编程设备的结构示意图；
图6为本发明公开的反熔丝型OTP存储器的另一种编程设备的结构示意图。
具体实施方式
申请人发现：在生产反熔丝型OTP存储器的过程中，受到工艺的限制，构成存储器的各个存储单元往往存在不均匀的问题，例如：存储单元中绝缘电介质层的厚度是不均匀的。
现有的编程过程中，在反熔丝型OTP存储器的各个存储单元施加的是相同的电压，并且电压维持的时长也是相同的。
由于存储单元存在不均匀的问题，这导致各存储单元的绝缘电介质层在相同电压作用下被击穿所需的时间是不同的。另外，由于施加在各存储单元的电压维持的时长也是相同的，对于绝缘电介质层已经被击穿的存储单元(其电阻较低)，如果继续施加电压，会导致该存储单元迅速出现过热现象，在该存储单元的上导电电极层和下导电电极层之间形成的熔丝将被损坏，导致该存储单元出现故障，从而降低反熔丝型OTP存储器的良品率。
本发明公开反熔丝型OTP存储器的编程方法及编程设备，通过对编程过程进行改进，以提高反熔丝型OTP存储器的良品率。
本发明公开的技术方案的技术思想为：在编程过程中，向反熔丝型OTP存储器的存储单元施加脉冲电压，并动态检测存储单元的硬击穿特性，从而保证反熔丝型OTP存储器中的存储单元刚好达到硬击穿，从而提高存储器的良品率。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图2，图2为本发明公开的反熔丝型OTP存储器的一种编程方法的流程图。该编程方法包括：
步骤S21：在存储单元施加脉冲电压。
在反熔丝型OTP存储器的存储单元施加脉冲电压，在脉冲电压的作用下，存储单元中的绝缘电介质层将被击穿。
步骤S22：在施加脉冲电压过程中，检测存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿。
在绝缘电介质层击穿之前，存储单元的电阻很高，而在绝缘电介质层击穿之后，存储单元的电阻较低。实施中，可以通过检测存储单元的电阻来确定该存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿。
步骤S23：在存储单元的绝缘电介质层被击穿的情况下，停止施加脉冲电压。
当确定存储单元中的绝缘电介质层被击穿时，立即停止向该存储单元施加脉冲电压，降低该存储单元出现过热问题的可能性，从而降低上导电电极层和下导电电极层之间形成的熔丝被损坏的概率。
本发明公开的反熔丝型OTP存储器的编程方法，在编程过程中向存储单元施加脉冲电压，并且动态检测处于编程过程的存储单元中绝缘电介质层的状态，在确定存储单元中的绝缘电介质层被击穿时，停止向给存储单元施加脉冲电压。基于本发明公开的编程方法，在存储单元达到硬击穿后，及时停止向该存储单元施加脉冲电压，极大降低存储单元出现过热问题的可能性，从而降低出现存储单元中上导电电极层和下导电电极层之间形成的熔丝被损坏的概率，提高反熔丝型OTP存储器的良品率。
参见图3，图3为本发明公开的反熔丝型OTP存储器的另一种编程方法的流程图。该编程方法包括：
步骤S31：在脉冲电压源与存储单元之间串联电阻。
步骤S32：在存储单元施加脉冲电压。
步骤S33：在施加脉冲电压过程中，检测存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿。
步骤S34：在存储单元的绝缘电介质层被击穿的情况下，停止施加脉冲电压。
步骤S35：移除串联在脉冲电压源和存储单元之间的电阻。
与图2所示的编程方法相比，图3所示的编程方法在向存储单元施加脉冲电压之前，在脉冲电压源和存储单元之间串联电阻，相应的，在停止向存储单元施加脉冲电压之后，需要移除该电阻。
需要说明的是，存储单元中的绝缘电介质层在被击穿之前，绝缘电介质层的阻值的数量级大致在兆欧至千兆欧的范围内，绝缘电介质层在被击穿之后，其阻值在几十欧姆至几百欧姆之间。
实施中，串联在脉冲电压源和存储单元之间的电阻可选用阻值为0.1KΩ至100KΩ的电阻。作为优选方案，串联在脉冲电压源和存储单元之间的电阻采用1KΩ至30KΩ的电阻。
编程过程中，存储单元中的绝缘电介质层在被击穿之前，脉冲电压主要作用在绝缘电介质层上。在绝缘电介质层被击穿之后，由于其阻值较小，脉冲电压主要加在电阻上。
基于本发明图3所示的编程方法，在确定存储单元的绝缘电介质层被击穿到停止施加脉冲电压之间的短暂时间内，由于电阻的分压作用，能够降低击穿后的绝缘电介质层承受的电压，因此，能够进一步降低存储单元出现过热问题的可能性，甚至能够避免存储单元出现过热问题，从而进一步提高反熔丝型OTP存储器的良品率。
实施中，施加在存储单元的脉冲电压采用具有特定的脉冲电压幅度、特定的脉冲时间宽度和特定的脉冲重复频率的脉冲电压。
更进一步的，施加在存储单元的脉冲电压除具有特定的脉冲时间宽度和特定的脉冲重复频率之外，该脉冲电压的脉冲电压幅度从初始电压值以预设步长逐步变化。例如：施加在存储单元的脉冲电压具有特定的脉冲时间宽度和特定的脉冲重复频率，并且该脉动电压的脉冲电压幅度从初始电压值逐步降低或者逐步升高。
具体应用中，可以根据对多个存储单元进行编程过程中获取到的数据，调整脉冲电压的初始电压值、脉冲时间宽度、脉冲重复频率和调整的步长。
实施中，可以将施加在存储单元的脉冲电压配置为：脉冲电压的初始电压值为5V，其脉冲时间宽度为1微秒、脉冲重复频率为3微秒，该脉冲电压以0.2V的步长逐步增大。
另外，在本发明上述公开的编程方法中，在施加脉冲电压过程中，检测存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿，可以采用如下方式：
在脉冲电压的下降沿，检测存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿；
或者，在脉冲电压的上升沿，检测存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿。
基于上述方式，在一个完整脉冲加在存储单元之后，检测该存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿，如果绝缘电介质层被击穿的话，则控制脉冲电压源不再输出下一个脉冲，控制过程更加简便。
当然，实施过程中，也可以在脉冲电压的稳定区间，检测存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿。
下面结合一个实例对本发明公开的编程方法进行说明。
参见图4，图4为本发明公开的反熔丝型OTP存储器的另一种编程方法的流程图。该编程方法包括：
步骤S41：在脉冲电压源与存储单元之间串联电阻。该电阻的阻值优选为20KΩ。
步骤S42：在存储单元施加脉冲电压。该脉冲电压的初始电压值为5V，其脉冲时间宽度为1微秒、脉冲重复频率为3微秒，该脉冲电压以0.2V的步长逐步增大。
步骤S43：施加脉冲电压过程中，在脉冲电压的下降沿检测存储单元的电阻。
步骤S44：根据存储单元的电阻值判断该存储单元的绝缘电介质是否被击穿。
步骤S45：在确定存储单元的绝缘电介质被击穿的情况下，停止施加脉冲电压。
步骤S46：移除串联在脉冲电压源和存储单元之间的电阻。
相应的，本发明还公开反熔丝型OTP存储器的编程设备。
参见图5，图5为本发明公开的反熔丝型OTP存储器的一种编程设备的结构示意图。该编程设备包括：脉冲发生装置10、检测装置20和控制装置30。
其中：
脉冲电压源10用于在反熔丝型OTP存储器中的存储单元施加脉冲电压。
检测装置20用于在脉冲电压源10向存储单元施加脉冲电压过程中，检测存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿。
实施中，检测装置20可以实时检测存储单元的电阻值，通过检测到的电阻值来确定该存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿。
控制装置30分别与脉冲电压源10以及检测装置20连接。在检测装置20确定存储单元的绝缘电介质层被击穿的情况下，控制装置30控制脉冲电压源10停止向存储单元施加脉冲电压。
本发明公开的反熔丝型OTP存储器的编程设备，在编程过程中向存储单元施加脉冲电压，并且动态检测处于编程过程的存储单元中绝缘电介质层的状态，在确定存储单元中的绝缘电介质层被击穿时，停止向给存储单元施加脉冲电压，极大降低存储单元出现过热问题的可能性，从而降低出现存储单元中上导电电极层和下导电电极层之间形成的熔丝被损坏的概率，提高反熔丝型OTP存储器的良品率。
参见图6，图6为本发明公开的反熔丝型OTP存储器的另一种编程设备的结构示意图。该编程设备包括：脉冲发生装置10、检测装置20、控制装置30和预处理装置40。这里着重就与图4所示编程设备的区别之处进行说明，其余部分可参见前文描述。
预处理装置40与控制装置30连接。在脉冲电压源10向存储单元施加脉冲电压之前，预处理装置40在脉冲电压源10和存储单元之间串联电阻，在控制装置30控制脉冲电压源10停止向存储单元施加脉冲电压后，预处理装置40移除串联于脉冲电压源10和存储单元之间的电阻。
实施中，预处理装置40串联于脉冲电压源10和存储单元之间的电阻可以采用：阻值为0.1KΩ至100KΩ的电阻。作为优选方案，串联在脉冲电压源10和存储单元之间的电阻采用1KΩ至30KΩ的电阻。
本发明图5所示的编程设备，在确定存储单元的绝缘电介质层被击穿到停止施加脉冲电压之间的短暂时间内，由于电阻的分压作用，能够降低击穿后的绝缘电介质层承受的电压，因此，能够进一步降低存储单元出现过热问题的可能性，甚至能够避免存储单元出现过热问题，从而进一步提高反熔丝型OTP存储器的良品率。
实施中，脉冲电压源10用于产生具有特定的脉冲电压幅度、特定的脉冲时间宽度和特定的脉冲重复频率的脉冲电压。
更进一步的，脉冲电压源10用于产生具有特定的脉冲时间宽度和特定脉冲重复频率、并且脉冲电压幅度从初始电压值以预设步长逐步变化的脉冲电压。
作为优选实施方式，在上述公开的编程设备中，检测装置20在脉冲电压的下降沿检测存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿；或者，检测装置在脉冲电压的上升沿检测存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿；或者，在脉冲电压的稳定区间，检测存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿。
最后，还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的设备而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种反熔丝型一次可编程存储器的编程方法，所述反熔丝型一次可编程存储器包括多个存储单元，其特征在于，所述编程方法包括：
在所述存储单元施加脉冲电压；
在施加脉冲电压过程中，检测所述存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿；
在所述存储单元的绝缘电介质层被击穿的情况下，停止施加脉冲电压。
2.根据权利要求1所述的编程方法，其特征在于，
在所述存储单元施加脉冲电压之前，还包括：在脉冲电压源与所述存储单元之间串联电阻；
相应的，在停止施加脉冲电压之后，还包括：移除所述电阻。
3.根据权利要求1或2所述的编程方法，其特征在于，施加在所述存储单元的脉冲电压具有特定的脉冲电压幅度、特定的脉冲时间宽度和特定的脉冲重复频率。
4.根据权利要求3所述的编程方法，其特征在于，施加在所述存储单元的脉冲电压的脉冲电压幅度从初始电压值以预设步长逐步变化。
5.根据权利要求1或2所述的编程方法，其特征在于，在施加脉冲电压过程中，检测所述存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿，包括：
在所述脉冲电压的下降沿，检测所述存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿；
或者，在所述脉冲电压的上升沿，检测所述存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿；
或者，在所述脉冲电压的稳定区间，检测所述存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿。
6.一种反熔丝型一次可编程存储器的编程设备，所述反熔丝型一次可编程存储器包括多个存储单元，其特征在于，所述编程设备包括脉冲电压源、检测装置和控制装置；
脉冲电压源用于在所述存储单元施加脉冲电压；
所述检测装置用于在所述脉冲电压源向存储单元施加脉冲电压过程中，检测所述存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿；
所述控制装置在所述存储单元的绝缘电介质层被击穿的情况下，控制所述脉冲电压源停止向所述存储单元施加脉冲电压。
7.根据权利要求6所述的编程设备，其特征在于，还包括预处理装置；
在所述脉冲电压源向所述存储单元施加脉冲电压之前，所述预处理装置在所述脉冲电压源和所述存储单元之间串联电阻，在所述脉冲电压源停止向所述存储单元施加脉冲电压后，所述预处理装置移除串联于所述脉冲电压源和所述存储单元之间的电阻。
8.根据权利要求6或7所述的编程设备，其特征在于，所述脉冲电压源产生具有特定的脉冲电压幅度、特定的脉冲时间宽度和特定的脉冲重复频率的脉冲电压。
9.根据权利要求6或7所述的编程设备，其特征在于，所述脉冲电压源产生具有特定的脉冲时间宽度和特定的脉冲重复频率、并且脉冲电压幅度从初始电压值以预设步长逐步变化的脉冲电压。
10.根据权利要求6或7所述的编程设备，其特征在于，所述检测装置在脉冲电压的下降沿检测所述存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿；或者，所述检测装置在脉冲电压的上升沿检测所述存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿；或者，在所述脉冲电压的稳定区间，检测所述存储单元中的绝缘电介质层是否被击穿。
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