CN108649024A - 一次性可编程电容型熔丝位及存储器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种一次性可编程电容型熔丝位，该熔丝位包括上极板3，所述上极板包括若干并排间隔设置的熔丝5，相邻两熔丝的中部连接；每个所述熔丝的两端部和中部的上部空间分别对应设置一与熔丝连接的连接部；该熔丝位还包括对应于所述熔丝两端部和中部设置的下极板2，所述下极板设置于熔丝的下部空间；对应于所述熔丝中部的下极板与对应于所述熔丝中部的连接部具有正对面积；对应于所述熔丝中部的下极板与对应于所述熔丝两端部的下极板间具有镂空部4，所述熔丝的两端部的边缘的投影位于镂空部内。本发明熔丝结构采用MIM的上极板，比金属连线层次薄，所需要的熔断电流没有金属连线熔丝大。

Description

一次性可编程电容型熔丝位及存储器
技术领域
本发明涉及一种熔丝，具体涉及一种一次性可编程电容型熔丝位及存储器。
背景技术
通过一次性编程后的熔丝单元，在失去电源的情况下仍能保持存储的数据，此特性称为非易失性。当今先进工艺下，流片成本和芯片的调试成本增加，所以会设计非易失性存储单元来存储调试后的信息，一是为了弥补工艺波动造成的电路性能偏差，都需要对成品集成电路进行单片数据配置来达到最好的性能，二是配置工作模式，运行状态等，熔丝单元就很好的解决了这个数据的存储问题。
传统的熔丝单元主要采用多晶硅或者金属引线的大电流熔断，且通过读取是否开路或短路来获得存储的固化信息。传统的熔丝单元占用芯片面积大，采用金属引线的熔断电流大，由于采用读取电阻阻值，会设计下拉或者上拉MOS电阻偏置电路，增加系统功耗。在先进工艺，比如0.18um工艺下，出现反熔丝设计，该反熔丝是通过设计击穿MOS器件的栅氧化层使其变成一个电阻来存储信息。优点是比传统的熔丝相同面积能存储更多的数据，缺点是电路设计复杂，包含有基准电路，电平转换电路，电荷泵电路等，且还是会消耗系统芯片设计版图的面积。
传统的熔丝采用多晶硅设计的缺点是占用设计面积大，且通过电阻读取，会设计电平转换电路或者采用高耐压器件。因为写数据时候会在熔丝两端施加高压，使其通过大电流，熔丝单元自身的电阻上表现高功率发热使其熔断，施加高压时候要对链接的电路进行保护，避免把读取等电路烧坏。多晶硅比金属引线要薄，需要的熔断电流比金属引线的熔丝要小，金属引线的熔丝厚度是流片工艺决定，一般工艺为了降低金属连线的自身电阻，都会设计得很厚，熔断需要更大的电流，只能通过外部施加更高电压实现，所以需要高压保护设计。
反熔丝对比传统的熔丝最大的优点就是小面积大数据容量，也是通过读取电阻特性来获取存储信息，本身设计需要多电源支持，电平转换电路，基准电路，电荷泵电路等，电路系统比较复杂。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种一次性可编程电容型熔丝及存储器。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种一次性可编程电容型熔丝位，该熔丝位包括上极板3，所述上极板包括若干并排间隔设置的熔丝5，相邻两熔丝的中部连接；每个所述熔丝的两端部和中部的上部空间分别对应设置一与熔丝连接的连接部；该熔丝位还包括对应于所述熔丝两端部和中部设置的下极板2，所述下极板设置于熔丝的下部空间；对应于所述熔丝中部的下极板与对应于所述熔丝中部的连接部具有正对面积；对应于所述熔丝中部的下极板与对应于所述熔丝两端部的下极板间具有镂空部4，所述熔丝的两端部的边缘的投影位于镂空部内。
优选地，所述熔丝均为长方形板状结构。
优选地，相邻两熔丝平行设置。
优选地，两相邻熔丝等间距设置。
优选地，所述连接部为金属丝。
优选地，所述上极板为MIM电容的金属上极板。
优选地，所述下极板为MIM电容的金属下极板。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种存储器，包括一次性可编程电容型熔丝位。
优选地，该存储器还包括连接于下极板上的字线WL和连接于熔丝上的位线BL，一个熔丝对应一个位线BL，八个位线BL连接一个字线WL，写电压WV接在上极板上，所有的写电压WV连接一起。
如上所述，本发明的一种一次性可编程电容型熔丝位及存储器，具有以下有益效果：
1.本发明熔丝结构在工艺层次的顶层，不占用下层版图面积。
2.本发明熔丝结构采用MIM的上极板，比金属连线层次薄，所需要的熔断电流没有金属连线熔丝大。
3.本发明熔丝结构读取电路是连接到MIM电容的下级板，物理隔离熔断高电压，读取电路设计不考虑高压保护。
4.本发明无需特殊版图层次，只要工艺提供MIM电容就可以使用。
附图说明
图1为一次性可编程电容型熔丝的俯视图；
图2为一次性可编程电容型熔丝的剖面图；
图3为一次性可编程电容型熔丝结构熔断后的俯视图，
图4为一次性可编程电容型熔丝结构熔断后的剖面图；
图5为存储器的电原理图；
图6为存储器的应用框图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本实例提供一种一次性可编程电容型熔丝位，如图1、2所示，该熔丝位包括上极板3，所述上极板为MIM电容的金属上极板。所述上极板包括若干并排间隔设置的熔丝5，相邻两熔丝的中部连接。所述熔丝均为长方形板状结构，相邻两熔丝平行设置，两相邻熔丝等间距设置。
每个所述熔丝的两端部和中部的上部空间分别对应设置一与熔丝连接的连接部。具体地，所述熔丝与连接部通过通孔1进行连接，连接部为金属丝，金属丝I6连接熔丝的中部,金属丝 II7连接熔丝的两端部。于本实施例中，所述的熔丝的厚度比金属丝的厚度薄。
该熔丝位还包括对应于所述熔丝两端部和中部设置的下极板2，下极板为MIM电容的金属下极板。所述下极板设置于熔丝的下部空间；对应于所述熔丝中部的下极板与对应于所述熔丝中部的连接部具有正对面积；对应于所述熔丝中部的下极板与对应于所述熔丝两端部的下极板间具有镂空部4，所述熔丝的两端部的边缘的投影位于镂空部内。
于本发明中，通过在金属丝I和金属丝II之间形成电压差熔断熔丝5,通过读取下极板和金属丝II7之间的电容值变化可以判断熔丝5的状态；所述电容值是指熔丝5的中部与对应于熔丝中部的下极板之间的电容。
如图5、6所示，本实施例还提供一种存储器，包括字线和位线，字线WL接在下极板2上，位线BL接在上极板上，写电压WV接在上极板上。一个熔丝5对应一个位线BL，八个位线连接一个字线WL，所有的写电压WV连接一起。
其工作原理如下：
写数据，在写电压端口WV施加VW电压，选通一个位线BL接到地。此时就在金属丝I6和金属丝II7之间形成电压差，电压差施加在熔丝5的上，熔丝5的自身电阻使产生热功率 P＝U2/R，使其熔断。熔断后如图3、4所示。
读数据，读取电路连接下极板，选通位线BL接到地。读取下极板和选通位线之间的电容值变化来判断熔丝5的状态。电容值计算式为：
εr介电常数，k静电力常亮，S两极板正对面积，d为两极板间距离。
未熔断情况下，金属丝II通过通孔连接熔丝5连接到形成电容的MIM的上极板，此时金属丝II7和下极板2之间由电容MIM连接。
熔断情况下，金属丝II下方无电容，熔丝熔断与形成的MIM电容断开，此时金属丝II7 和下极板2之间没有MIM电容连接。
读取金属丝II7和下极板2之间的容值变化，不需要读取精确的电容值来判断熔丝状态。如图3所示，读取电路物理隔离熔断电压影响，不需要对读取电路进行高压保护设计。
采用标准0.18μm CMOS工艺时，熔丝结构设计为6个方块值大小，熔断电压VW为5V，采用标准65nm CMOS工艺时，熔丝结构设计为6个方块值大小，熔断电压VW为4V。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种一次性可编程电容型熔丝位，其特征在于，该熔丝位包括上极板(3)，所述上极板包括若干并排间隔设置的熔丝(5)，相邻两熔丝的中部连接；
每个所述熔丝的两端部和中部的上部空间分别对应设置一与熔丝连接的连接部；
该熔丝位还包括对应于所述熔丝两端部和中部设置的下极板(2)，所述下极板设置于熔丝的下部空间；对应于所述熔丝中部的下极板与对应于所述熔丝中部的连接部具有正对面积；对应于所述熔丝中部的下极板与对应于所述熔丝两端部的下极板间具有镂空部(4)，所述熔丝的两端部的边缘的投影位于镂空部内。
2.根据权利要求1所述的一种一次性可编程电容型熔丝位，其特征在于，所述熔丝均为长方形板状结构。
3.根据权利要求2所述的一种一次性可编程电容型熔丝位，其特征在于，相邻两熔丝平行设置。
4.根据权利要求3所述的一种一次性可编程电容型熔丝位，其特征在于，两相邻熔丝等间距设置。
5.根据权利要求1所述的一种一次性可编程电容型熔丝位，其特征在于，所述连接部为金属丝。
6.根据权利要求1所述的一种一次性可编程电容型熔丝位，其特征在于，所述上极板为MIM电容的金属上极板。
7.根据权利要求1或6所述的一种一次性可编程电容型熔丝位，其特征在于，所述下极板为MIM电容的金属下极板。
8.一种存储器，其特征在于，包括权利要求1～7任意一项所述的一次性可编程电容型熔丝位。
9.根据权利要求8所述的一种存储器，其特征在于，该存储器还包括连接于下极板上的字线(WL)和连接于熔丝上的位线(BL)，一个熔丝对应一个位线(BL)，八个位线(BL)连接一个字线(WL)，写电压(WV)接在上极板上，所有的写电压(WV)连接一起。
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