KR102375585B1 - PMOS-diode type eFuse One-Time programmable cell - Google Patents

PMOS-diode type eFuse One-Time programmable cell Download PDF

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KR102375585B1
KR102375585B1 KR1020200116832A KR20200116832A KR102375585B1 KR 102375585 B1 KR102375585 B1 KR 102375585B1 KR 1020200116832 A KR1020200116832 A KR 1020200116832A KR 20200116832 A KR20200116832 A KR 20200116832A KR 102375585 B1 KR102375585 B1 KR 102375585B1
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김영희
김홍주
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창원대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a PMOS-diode type eFuse one-time programmable (OTP) cell. The eFuse OTP cell comprises a PMOS transistor formed in an N-well and an eFuse link, and the e-fuse link is blown with a junction diode parasitic in the PMOS transistor. The present invention consists of the PMOS transistor (MP1) formed in the N-well (12) formed on a substrate (11) and the eFuse link connected to a source node (ps) of the PMOS transistor (MP1), and the e-fuse link of the eFuse OTP cell is blown in a program mode with the junction diode parasitic between the N-well as a body of the PMOS transistor and a p+diffusion layer, thereby reducing process unit costs in a CMOS process and implementing the small size of a cell to be the same as an NMOS transistor.

Description

피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀{PMOS-diode type eFuse One-Time programmable cell}PMOS-diode type eFuse One-Time programmable cell

본 발명은 피모스(PMOS)-다이오드 형태의 이퓨즈(eFuse) 오티피(OTP: One-Time Programmable) 셀에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔웰(N-WELL) 안에 형성된 피모스 트랜지스터와 기억소자인 이퓨즈 링크로 이퓨즈 오티피 셀을 구성하고 피모스 트랜지스터에서 기생적으로 만들어지는 pn 접합 다이오드를 이퓨즈 링크 블로잉에 이용할 수 있도록 함으로써, 시모스(CMOS) 공정에서 딥엔웰 마스크 추가 공정이 필요 없으면서 셀 사이즈를 엔모스 트랜지스터와 동일하게 소형으로 현할 수 있는 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀에 관한 것이다.The present invention relates to a PMOS-diode type eFuse One-Time Programmable (OTP) cell, and more particularly, to a PMOS transistor and a memory device formed in an N-WELL. By composing an eFuse OTP cell with an in eFuse link and making the pn junction diode parasitic in the PMOS transistor available for eFuse link blowing, there is no need for an additional deep-n-well mask process in the CMOS process. It relates to a PMOS-diode type eFuse OTP cell that can achieve the same cell size as that of an NMOS transistor.

일반적으로 Si MOSFET, Si IGBT와 SiC 소자는 고전압 정격, 고전류 정격, 낮은 ON 저항과 낮은 스위칭 손실로 인해 전력 반도체 소자로 사용된다.In general, Si MOSFETs, Si IGBTs and SiC devices are used as power semiconductor devices due to their high voltage rating, high current rating, low ON resistance and low switching loss.

한편 EV/HEV(Electric Vehicle/Hybrid Electric Vehicle)용 DC-DC 변환기 등의 다양한 응용에 하나의 게이트 구동 칩으로 Si IGBT와 SiC 같은 전력반도체 소자를 구동하기 위해서는 차단전압, 스위치를 완전히 차단시키기 위한 게이트 음전압 등과 관련한 다양한 옵션(option)이 발생할 수 있다.On the other hand, in order to drive power semiconductor devices such as Si IGBT and SiC with one gate driving chip for various applications such as DC-DC converters for EV/HEV (Electric Vehicle/Hybrid Electric Vehicle), the blocking voltage and the gate to completely block the switch Various options related to negative voltage and the like may occur.

이를 제어하기 위해 사용되는 아날로그 회로를 Si IGBT와 SiC 같은 전력반도체 소자에 적합한 옵션코드(option code)로 트리밍(trimming)해야 하는 경우 소용량의 비휘발성 메모리인 이퓨즈 오티피(eFuse OTP : electrical Fuse One-Time Programmable) 메모리가 많이 사용되며, 이러한 이퓨즈 오티피 메모리 셀은 선택된 셀에 있는 폴리실리콘 게이트인 이퓨즈 링크(link)에 수 십 [mA] 이상의 과전류를 흘려 이퓨즈 링크를 서멀 블로잉(thermal blowing)하여 끊어주는 방식으로 프로그램한다.When it is necessary to trim the analog circuit used to control this with an option code suitable for power semiconductor devices such as Si IGBT and SiC, the small-capacity non-volatile memory eFuse OTP (electrical Fuse One) -Time programmable memory is used a lot, and these eFuse OTP memory cells cause thermal blowing of the eFuse link by flowing an overcurrent of more than tens of [mA] to the eFuse link, which is a polysilicon gate in the selected cell. It is programmed in such a way that it breaks by blowing).

이와 관련하여, 대한민국 등록특허 제 10-1762918호(2017.07.24. 등록; 이하 '특허문헌 1'이라 약칭함)에는 본 출원인에 의해 제안된 접합 다이오드를 이용한 이퓨즈 오티피 메모리 회로에 관한 기술이 공지되어 있다.In this regard, Republic of Korea Patent No. 10-1762918 (registered on July 24, 2017; hereinafter abbreviated as 'Patent Document 1') discloses a technology related to an eFuse OTP memory circuit using a junction diode proposed by the present applicant. is known.

도 1 및 도 2에는 특허문헌 1에서 제안된 엔모스-다이오드(NMOS-Diode) 형태의 이퓨즈 오티피 셀의 등가회로도와 이퓨즈 오티피 셀에서의 엔모스 트랜지스터의 공정 단면도가 예시되어 있다. 1 and 2 illustrate an equivalent circuit diagram of an NMOS-Diode type eFuse OTP cell proposed in Patent Document 1 and a cross-sectional view of a process of an NMOS transistor in the eFuse OTP cell.

특허문헌 1에 의하면, 저면적 5V 엔모스다이오드 이퓨즈 오티피 셀은 도 1에 예시된 바와 같이 기판(p-snbstrate)에 형성된 딥엔웰(DNW: Deep N-WELL) 안에 형성된 피웰(P-WELL) 안에 만들어지는 isolated 5V NMOS 트랜지스터(MN1)와 기억소자(memory device)로 게이트 폴리실리콘과 동일한 layer를 사용한 eFuse 링크로 구성되어 있으며, 도 2에 예시된 바와 같이 isolated 5V NMOS 트랜지스터의 공정단면도에서 SL(Source Line)이 연결된 피웰(P-WELL)과 eFuse 링크의 양극(anode)에 연결된 엔모스 트랜지스터의 소스(source) 노드인 NS(NMOS Source) 사이에 pn 접합 다이오드(junction diode)가 기생적으로 만들어진다. 프로그램 모드 시 isolated 5V NMOS 트랜지스터의 소스 접합에 형성된 접합 다이오드와 eFuse 링크를 통해 흐르는 과전류를 이용하여 eFuse 링크를 열적으로 블로잉함으로써 프로그램한다.According to Patent Document 1, a low-area 5V NMOS diode eFuse OTP cell is a P-WELL formed in a Deep N-WELL (DNW) formed on a p-snbstrate as illustrated in FIG. 1 . ) is composed of an isolated 5V NMOS transistor (MN1) and an eFuse link using the same layer as the gate polysilicon as a memory device. A pn junction diode is parasitic between the P-WELL to which the (Source Line) is connected and the NS (NMOS Source), which is the source node of the NMOS transistor connected to the anode of the eFuse link. is made In program mode, the eFuse link is programmed by thermally blowing the junction diode formed at the source junction of the isolated 5V NMOS transistor and the overcurrent flowing through the eFuse link.

그런데 5V NMOS-diode type eFuse OTP 셀 사이즈는 저면적으로 구현이 가능하지만 도 2에 예시된 바와 같이 딥엔웰 마스크가 추가되어야 하므로 반도체 공정 원가가 상승하는 단점이 있다.However, the 5V NMOS-diode type eFuse OTP cell size can be implemented with a small area, but as illustrated in FIG. 2 , a deep-n-well mask must be added, so the semiconductor process cost increases.

KR 10-1762918 B1 2017.07.24. 등록KR 10-1762918 B1 2017.07.24. registration

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 엔웰(N-WELL) 안에 형성된 피모스 트랜지스터와 기억소자인 이퓨즈 링크로 이퓨즈 오티피 셀을 구성하고, 피모스 트랜지스터에서 PS 노드에 연결된 p+ 확산층과 라이트워드라인바(Write WL bar)신호가 연결된 엔웰 사이에 기생적으로 만들어지는 pn 접합 다이오드를 해당 셀의 이퓨즈 링크 블로잉에 이용함으로써, 시모스(CMOS) 공정에서 딥엔웰 마스크 추가 공정이 필요 없으면서 셀 사이즈를 엔모스 트랜지스터와 동일하게 소형으로 구현할 수 있는 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀을 제공하고자 하는 것이다.Therefore, the present invention has been devised to solve the above problems, and the technical problem to be solved by the present invention is to provide an eFuse OTP cell with a PMOS transistor formed in an N-WELL and an eFuse link, which is a memory element. By using a pn junction diode parasitic between the p+ diffusion layer connected to the PS node in the PMOS transistor and the N-well to which the Write WL bar signal is connected, for blowing the eFuse link of the cell, CMOS An object of the present invention is to provide a PMOS-diode type eFuse OTP cell that can be implemented in the same size as that of an NMOS transistor without the need for an additional deep-n-well mask process in the (CMOS) process.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태는, 기판에 형성된 엔웰 안에 형성되는 피모스 트랜지스터, 피모스 트랜지스터의 소스 노드에 연결되는 이퓨즈 링크를 포함하는, 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀이다.One embodiment of the present invention for achieving the above object is a PMOS transistor formed in an N-well formed on a substrate, and an eFuse link connected to a source node of the PMOS transistor. It is a tipi cell.

본 발명에 의하면, 기판의 엔웰(N-WELL) 안에 형성된 피모스 트랜지스터와 기억소자인 이퓨즈 링크로 이퓨즈 오티피 셀을 구성하고 피모스 트랜지스터의 PS 노드에 연결된 p+ 확산영역과 라이트워드라인바(WWLb)신호가 연결된 엔웰 사이에서 기생적으로 만들어지는 pn 접합 다이오드를 이퓨즈 링크 블로잉에 이용할 수 있도록 함으로써, 시모스(CMOS) 공정에서 기존 엔모스 트랜지스터 사용시의 딥엔웰 마스크를 위한 추가 공정이 필요 없게 되므로 공정 단가를 줄일 수 있고 셀 사이즈를 엔모스 트랜지스터와 동일하게 소형으로 구현할 수 있는 이점을 제공한다.According to the present invention, an eFuse OTP cell is constituted by a PMOS transistor formed in the N-WELL of the substrate and an eFuse link, which is a memory element, and a p+ diffusion region and a write word line bar connected to the PS node of the PMOS transistor. By making the pn junction diode parasitic between the N-well to which the (WWLb) signal is connected can be used for e-fuse link blowing, there is no need for an additional process for the deep-n-well mask when using the existing NMOS transistor in the CMOS process Therefore, it is possible to reduce the process cost and provide the advantage that the cell size can be implemented as small as that of the NMOS transistor.

도 1은 종래 엔모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀 등가 회로도이다.
도 2는 종래 이퓨즈 오티피 셀에서의 엔모스 트랜지스터의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀로 구현될 수 있는 이퓨즈 오티피 메모리 회로의 전체적인 구성을 예시한 블록도이다.
도 4는 본 발명에 의한 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀 등가 회로도이다.
도 5는 본 발명에 의한 이퓨즈 오티피 셀의 피모스 트랜지스터 단면도이다.
도 6은 본 발명의 이퓨즈 오티피 셀 구동을 위한 워드라인 드라이버의 상세 회로도이다.
도 7은 본 발명의 이퓨즈 오티피 셀 구동을 위한 소오스 라인 드라이버의 상세 회로도이다.
도 8은 본 발명의 이퓨즈 오티피 셀 구동을 위한 센스 앰프의 상세 회로도이다.
도 9는 5V 피모스 트랜지스터와 게이트 폴리실리콘을 사용한 이퓨즈 링크로 구성된 본 발명에 따른 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀의 레이아웃 이미지를 예시한 참고사진이다.
도 10은 DB하이텍 130nm BCD 공정을 이용하여 설계된 본 발명에 따른 512b 이퓨즈 오티피 메모리 IP의 레이아웃 이미지를 예시한 참고사진이다.
도 11은 도 10의 공정이 진행된 본 발명에 따른 512bit 이퓨즈 오티피 IP 웨이퍼에서 프로그램 이전(a)과 프로그램 이후(b)의 리드 모드 측정 파형을 예시한 참고사진이다.
1 is an equivalent circuit diagram of a conventional NMOS-diode type eFuse OTP cell.
2 is a cross-sectional view of an NMOS transistor in a conventional eFuse OTP cell.
3 is a block diagram illustrating the overall configuration of an eFuse OTP memory circuit that can be implemented as a PMOS-diode type eFuse OTP cell according to the present invention.
4 is an equivalent circuit diagram of a PMOS-diode type eFuse OTP cell according to the present invention.
5 is a cross-sectional view of a PMOS transistor of an eFuse OTP cell according to the present invention.
6 is a detailed circuit diagram of a word line driver for driving an eFuse OTP cell according to the present invention.
7 is a detailed circuit diagram of a source line driver for driving an eFuse OTP cell according to the present invention.
8 is a detailed circuit diagram of a sense amplifier for driving an eFuse OTP cell according to the present invention.
9 is a reference photograph illustrating a layout image of a PMOS-diode type eFuse OTP cell according to the present invention, which is composed of a 5V PMOS transistor and an eFuse link using gate polysilicon.
10 is a reference photograph illustrating a layout image of a 512b eFuse OTP memory IP according to the present invention designed using DB HiTek 130nm BCD process.
11 is a reference photograph illustrating the read mode measurement waveforms before (a) and after (b) programming in the 512-bit eFuse OTP IP wafer according to the present invention, in which the process of FIG. 10 has been performed.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀의 구성과 동작 및 그에 의한 작용 효과를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the PMOS-diode type eFuse OTP cell according to a preferred embodiment of the present invention and the effect thereof will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms or words used in the present specification and claims are not to be construed as limited in their ordinary or dictionary meanings, and on the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to best describe his invention. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, since the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention, it is understood that there may be various equivalents and modifications that can be substituted for them at the time of the present application. shall.

도 3은 본 발명에 의한 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀로 구현될 수 있는 이퓨즈 오티피 메모리 회로의 전체적인 구성을 예시한 블록도로서, 본 발명에 의한 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀로 구현되는 이퓨즈 오티피 메모리 회로는 도 3에 예시된 바와 같이 이퓨즈 오티피 셀 어레이부(10), 컨트롤 로직부(20), 워드라인 드라이버(30), 컬럼 디코더(40), 및 소오스 라인 드라이버 및 센스앰프(50)를 포함한다.3 is a block diagram illustrating the overall configuration of an eFuse OTP memory circuit that can be implemented as a PMOS-diode type eFuse OTP cell according to the present invention. As illustrated in FIG. 3 , the eFuse OTP memory circuit implemented as an OTP cell includes an eFuse OTP cell array unit 10 , a control logic unit 20 , a word line driver 30 , a column decoder 40 , and a source line driver and a sense amplifier 50 .

이퓨즈 오티피 셀 어레이부(10)는 기판(p-substrate)에 형성된 피모스 트랜지스터의 바디인 엔웰(N-WELL)과 p+ 확산층 사이에 기생하는 접합 다이오드를 구비한 이퓨즈 오티피 셀이 매트릭스 형태로 배열된 이퓨즈 오티피 셀 어레이를 구비하며, 프로그램 모드에서 상기 접합 다이오드에 의하여 해당 이퓨즈 오티피 셀의 이퓨즈 링크가 블로잉되고 읽기 모드에서는 피모스 트랜지스터에 의하여 해당 이퓨즈 오티피 셀의 이퓨즈 링크에 프로그램된 데이터가 읽혀진다. 여기서 이퓨즈 오티피 셀 어레이부(10)의 셀 배열 형태나 용량은 특별하게 한정되지 않으나, 본 실시예에서는 이퓨즈 오티피 셀이 64행 x 8열로 배열된 것을 예로 들어 설명한다.The eFuse OTP cell array unit 10 includes a matrix of eFuse OTP cells including a junction diode parasitic between an N-WELL, which is a body of a PMOS transistor formed on a p-substrate, and a p+ diffusion layer. An array of eFuse OTP cells is provided, wherein the eFuse link of the corresponding eFuse OTP cell is blown by the junction diode in the program mode, and the eFuse OTP cell is blown by the PMOS transistor in the read mode. The data programmed in the eFuse link is read. Here, the cell arrangement shape or capacity of the eFuse OTP cell array unit 10 is not particularly limited, but in this embodiment, the eFuse OTP cells are arranged in 64 rows x 8 columns as an example.

도 4는 본 발명에 의한 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀의 등가 회로도로서, 본 발명에 의한 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀은 도 4에 예시된 바와 같이 피모스 드랜지스터(MP1), 및 이퓨즈 링크(eFuse link)를 포함하여 구성된다. 피모스 트랜지스터(MP1)는 게이트에 리드워드라인바(RWLb)신호가 공급되고 일측 단자(드레인)에 비트 라인(BL)신호가 공급되며 엔웰(N-Well)에 라이트워드라인바(WWLb)신호가 공급된다. 이퓨즈 링크는 일측 단자(음극)가 상기 피모스 트랜지스터(MP1)의 타측 단자(PMOS Source)에 연결되고 타측 단자(양극)에 소오스 라인(SL)신호가 공급되도록 구성된다.4 is an equivalent circuit diagram of a PMOS-diode type eFuse OTP cell according to the present invention. As illustrated in FIG. 4, the PMOS-diode type eFuse OTP cell according to the present invention has a PMOS device It is configured to include a stirrer (MP1), and an eFuse link (eFuse link). In the PMOS transistor MP1, a read word line bar (RWLb) signal is supplied to the gate, a bit line (BL) signal is supplied to one terminal (drain), and a write word line bar (WWLb) signal is supplied to N-Well. is supplied The eFuse link is configured such that one terminal (cathode) is connected to the other terminal (PMOS Source) of the PMOS transistor MP1, and the source line SL signal is supplied to the other terminal (positive).

도 5는 본 발명에 의한 이퓨즈 오티피 셀의 피모스 트랜지스터 단면도로서, 이러한 이퓨즈 오티피 셀의 피모스 트랜지스터(MP1)는 기판(11) 상에 형성된 피모스 트랜지스터의 바디인 엔웰(12), 및 엔웰(12)에서 형성된 p+ 확산층(13) 및 n+ 확산층(14)을 구비하되, 엔웰(12)과 p+ 확산층(13) 사이에 기생하는 접합 다이오드가 해당 셀의 이퓨즈 링크를 블로잉하는데 사용된다. 이러한 이퓨즈 오티피 셀 어레이는 매트릭스 구조로서 64행 x 8열로 배열된 이퓨즈 오티피 셀 어레이인 것이 사용될 수 있으며, 피모스 트랜지스터(MP1)는 기판(11)에 형성된 엔웰(12) 안에 형성되고, 이퓨즈 링크는 기억소자(memory device)로 게이트 폴리실리콘을 사용한 것이다.5 is a cross-sectional view of a PMOS transistor of an eFuse OTP cell according to the present invention. The PMOS transistor MP1 of the eFuse OTP cell is a Nwell 12 that is a body of a PMOS transistor formed on a substrate 11 . , and a p+ diffusion layer 13 and an n+ diffusion layer 14 formed in the nwell 12, wherein a junction diode parasitic between the nwell 12 and the p+ diffusion layer 13 is used to blow the eFuse link of the cell do. The eFuse OTP cell array may be an eFuse OTP cell array arranged in 64 rows x 8 columns as a matrix structure, and the PMOS transistor MP1 is formed in the Nwell 12 formed in the substrate 11 , , the eFuse link uses gate polysilicon as a memory device.

컨트롤 로직부(20)는 각종 제어신호(PGM,READ, A[11:0], TM_EN)에 따라 이퓨즈 오티피 셀 어레이부(10)에 대한 프로그램 모드, 노멀 리드(normal read) 모드 및 프로그램 확인 리드(Program-Verify-Read) 모드에 적합한 내부 제어 신호를 출력한다. The control logic unit 20 provides a program mode, a normal read mode, and a program for the eFuse OTP cell array unit 10 according to various control signals (PGM, READ, A[11:0], TM_EN). Outputs an internal control signal suitable for the Program-Verify-Read mode.

워드라인 드라이버(30)는 컨트롤 로직부(20)의 제어 하에 행 어드레스를 공급받아 이퓨즈 오티피 셀 어레이부(10)에 리드워드라인(RWL)신호 및 라이트워드라인바(WWLb)신호를 출력한다.The word line driver 30 receives a row address under the control of the control logic unit 20 and outputs a read word line (RWL) signal and a write word line bar (WWLb) signal to the eFuse OTP cell array unit 10 . do.

컬럼 디코더(40)는 이퓨즈 오티피 셀 어레이부(10)의 소오스 라인 구동을 위하여, 컨트롤 로직부(20)의 제어 하에 열 어드레스를 디코딩하여 디코딩된 열 어드레스를 소오스 라인 드라이버 및 센스앰프(50)에 출력한다. The column decoder 40 decodes the column address under the control of the control logic unit 20 and transmits the decoded column address to the source line driver and the sense amplifier 50 to drive the source line of the eFuse OTP cell array unit 10 . ) is printed in

소오스 라인 드라이버 및 센스앰프(50)는 컨트롤 로직부(20)의 제어하에 프로그램 모드에서 입력데이터에 대응되는 프로그램데이터를 이퓨즈 오티피 셀 어레이부(10)에 공급하고, 읽기 모드에서 이퓨즈 오티피 셀 어레이부(10)로부터 공급되는 비트 라인(BL)신호를 감지 및 증폭하여 그에 따른 출력데이터를 발생한다.The source line driver and sense amplifier 50 supplies program data corresponding to input data to the eFuse OTP cell array unit 10 in the program mode under the control of the control logic unit 20, and in the read mode, the eFuse OTP cell array unit 10 Detects and amplifies the bit line BL signal supplied from the TP cell array unit 10 to generate output data accordingly.

도 6 내지 도 8은 각각 본 발명에 의한 이퓨즈 오티피 셀 구동을 위한 워드라인 드라이버, 소오스 라인 드라이버, 및 센스 앰프의 각 상세 회로도이다. 6 to 8 are detailed circuit diagrams of a word line driver, a source line driver, and a sense amplifier for driving an eFuse OTP cell according to the present invention, respectively.

워드라인 드라이버(30)는 도 6에 예시된 바와 같이 제어신호를 낸드연산하는 제1낸드게이트(ND01), 제1낸드게이트(ND01)의 출력신호를 반전시키는 제1인버터(I01), 제1인버터(I01)의 출력신호와 프로그램모드의 워드라인인에이블(WLEN_PGM)신호를 낸드연산하는 제2낸드게이트(ND02), 제2낸드게이트(ND02)의 출력신호를 반전시키는 제2인버터(I02), 병렬로 연결되어 제2인버터(I02)의 출력신호에 의해 VDD_PGM 스위칭전압 또는 0V 전압을 라이트워드라인바(WWLb)신호로 출력하는 피모스 트랜지스터(MP01) 및 엔모스 트랜지스터(MN01), 제1인버터(I01)의 출력신호와 읽기모드의 워드라인인에이블바(WLENb_RD)신호를 노어연산하는 제1노어게이트(NOR01), 및 제1노어게이트(NOR01)의 출력신호를 반전시켜 리드워드라인바(RWLb)신호를 출력하는 제3인버터(I03)를 구비하여 구성된다.As illustrated in FIG. 6 , the word line driver 30 includes a first NAND gate ND01 for performing a NAND operation on a control signal, a first inverter I01 for inverting an output signal of the first NAND gate ND01, and a first The second NAND gate ND02 performs a NAND operation on the output signal of the inverter I01 and the word line enable (WLEN_PGM) signal in the program mode, and the second inverter I02 inverts the output signal of the second NAND gate ND02. , a PMOS transistor MP01 and an NMOS transistor MN01 connected in parallel to output a VDD_PGM switching voltage or 0V voltage as a write word line bar WWLb signal by the output signal of the second inverter I02, the first The first NOR gate (NOR01) that performs NOR operation on the output signal of the inverter (I01) and the word line enable bar (WLENb_RD) signal in the read mode, and the read word line bar by inverting the output signal of the first NOR gate (NOR01) and a third inverter I03 for outputting a (RWLb) signal.

소오스 라인 드라이버 및 셈스앰프(50)의 소오스 라인 드라이버는 도 7에 예시된 바와 같이 제어신호를 반전시키는 제4인버터(I04), 제4인버터(I04)의 출력신호와 입력데이터(DIN)를 노어연산하는 제2노어게이트(NOR02), 제2노어게이트(NOR02)의 출력신호를 반전시키는 제5인버터(I05), 제5인버터(I05)의 출력신호와 내부프로그램(IPGM)신호를 낸드연산하는 제3낸드게이트(ND03), 제3낸드게이트(ND03)의 출력신호를 반전시키는 제6인버터(I06), 및 병렬로 연결되어 제6인버터(I06)의 출력신호에 의해 VDD_PGM 스위칭 전압 또는 0V 전압을 소오스 라인(SL)신호로 출력하는 피모스 트랜지스터(MP02) 및 엔모스 트랜지스터(MN02)를 구비하여 구성된다.As illustrated in FIG. 7 , the source line driver and the source line driver of the sum amplifier 50 receive the output signal and input data DIN of the fourth inverter I04 and the fourth inverter I04 for inverting the control signal. The second NOR gate (NOR02), the fifth inverter (I05) that inverts the output signal of the second NOR gate (NOR02), and the output signal of the fifth inverter (I05) and the internal program (IPGM) signal for NAND operation The third NAND gate ND03, the sixth inverter I06 for inverting the output signal of the third NAND gate ND03, and the VDD_PGM switching voltage or 0V voltage connected in parallel to the output signal of the sixth inverter I06 and a PMOS transistor MP02 and an NMOS transistor MN02 for outputting as a source line SL signal.

소오스 라인 드라이버 및 센스앰프(50)의 센스 앰프는 도 8에 예시된 바와 같이 노말 리드모드에서의 비트 라인 프리차지바(BL_PCGb)신호와 비트 라인로드(BL_LOAD)신호, 및 테스트 리드모드에서의 비트 라인 로드(TM_BL_LOAD)신호에 따라 비트 라인(BL)신호을 제어하는 비트 라인 제어부(51), 비트 라인 제어부(51)의 출력신호를 센스앰프 인에이블바(SAENb)신호와 센스앰프 인에이블(SAEN)신호에 동기시켜 반전 출력하는 클럭 인버터(clocked inverter)부(52), 및 클럭 인버터부(52)의 출력신호 및 센스앰프 인에이블바(SAENb)신호와 센스앰프 인에이블(SAEN)신호에 따라 스위칭 전압을 레밸 변환하여 출력하는 스위칭 전압레벨 변환부(53);를 구비하여 구성된다.As illustrated in FIG. 8, the source line driver and the sense amplifier of the sense amplifier 50 include the bit line pre-charge bar (BL_PCGb) signal and bit line load (BL_LOAD) signal in the normal read mode, and the bit in the test read mode. The bit line control unit 51 that controls the bit line BL signal according to the line load (TM_BL_LOAD) signal, and the output signals of the bit line control unit 51 are applied to the sense amplifier enable bar (SAENb) signal and the sense amplifier enable signal (SAEN). Switching according to the output signal of the clock inverter unit 52 and the clock inverter unit 52, the sense amplifier enable bar (SAENb) signal, and the sense amplifier enable signal (SAEN) signal to be inverted in synchronization with the signal and a switching voltage level converting unit 53 that converts the voltage and outputs the level.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀은 이퓨즈 오티피 셀 어레이부(10)를 구성하며, 각 이퓨즈 오티피 셀은 도 4에 예시된 바와 같이 채널폭이 작은 5V 피모스 트랜지스터(MP1)와, 기억소자로 게이트 폴리실리콘을 사용하는 이퓨즈 링크로 구성한다. 이때 피모스 트랜지스터(MP1)는 도 5의 공정 단면도에 예시된 바와 같이 엔웰(12) 안에 형성된 바디부분의 n+ 확산층(14)에 라이트워드라인바(WWLb)신호를 연결하고, 게이트에 리드워드라인바(RWLb)신호를 연결하며 p+ 확산층(13)(드레인)에 비트 라인(BL)신호를 연결한다. 또한 이퓨즈 링크는 일측 단자(음극)가 피모스 트랜지스터(MP1)의 타측 단자(PS; PMOS Source)에 연결되게 하고 타측 단자(양극)에 소오스 라인(SL)신호를 연결한다. 이때 피모스 트랜지스터(MP1)에서 pn 접합 다이오드는 도 5의 PS 노드에 연결된 p+ 확산층과 라이트워드라인바(WWLb)신호가 연결된 엔웰(N-WELL) 사이에 기생적으로 만들어진다.The PMOS-diode type eFuse OTP cell of the present invention configured as described above constitutes the eFuse OTP cell array unit 10, and each eFuse OTP cell has a channel width as illustrated in FIG. It consists of this small 5V PMOS transistor (MP1) and an eFuse link using gate polysilicon as a memory element. At this time, the PMOS transistor MP1 connects the write word line bar WWLb signal to the n+ diffusion layer 14 of the body formed in the nwell 12 as illustrated in the process cross-sectional view of FIG. 5 , and a read word line to the gate The bar signal RWLb is connected, and the bit line BL signal is connected to the p+ diffusion layer 13 (drain). In addition, the eFuse link connects one terminal (cathode) to the other terminal (PS) of the PMOS transistor MP1 and connects the source line (SL) signal to the other terminal (positive electrode). In this case, in the PMOS transistor MP1, the pn junction diode is parasitic between the p+ diffusion layer connected to the PS node of FIG. 5 and the N-WELL connected to the write word line bar WWLb signal.

이때 선택된 이퓨즈 링크를 프로그램하기 위해 이퓨즈 링크의 양극에 연결된 소오스 라인(SL)신호, 피모스 트랜지스터의 게이트에 연결된 리드워드라인바(RWLb)신호, 피모스 트랜지스터의 엔웰(N-Well) 게이트에 연결된 라이트워드라인바(WWLb)신호에 각각 VDD(=5.5V), VDD와 0V 전압을 인가하면 선택된 이퓨즈 오티피 셀의 이퓨즈 링크, 피모스 트랜지스터의 PS 노드와 바디인 엔웰 사이에 형성된 pn 접합 다이오드를 통해 소오스 라인(SL)신호에서 라이트워드라인바(WWLb)신호의 전류 경로로 수십 [mA] 이상의 과전류가 흐르면서 선택된 이퓨즈 링크를 열적으로 블로잉하여 끊어줌으로써, 수 [㏁] 이상의 고저항을 갖도록 만든다. 반면에 프로그램되지 않은 이퓨즈 링크의 저항은 100[Ω] 정도를 갖는다.At this time, in order to program the selected eFuse link, the source line (SL) signal connected to the anode of the eFuse link, the read word line bar (RWLb) signal connected to the gate of the PMOS transistor, and the N-Well gate of the PMOS transistor When VDD (=5.5V), VDD and 0V voltages are respectively applied to the write word line bar (WWLb) signal connected to An overcurrent of several tens of [mA] or more flows from the source line (SL) signal to the current path of the write word line bar (WWLb) signal through the pn junction diode, and thermally blows the selected eFuse link to break it, resulting in a high level of more than several [㏁]. make it resistant. On the other hand, the resistance of the unprogrammed eFuse link is about 100[Ω].

도 9는 5V 피모스 트랜지스터와 게이트 폴리실리콘을 사용한 이퓨즈 링크로 구성된 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀의 레이아웃 이미지를 예시하고 있으며, 이러한 이퓨즈 오티피 셀의 사이즈는 3.475㎛ x 4.21㎛ (=14.62975㎛2)이다. 도면에서는 소오스 라인(SL)신호의 p+ 확산층을 5V 피모스 트랜지스터의 바디 노드인 엔웰의 pick-up인 n+ 확산층(14)에 최대한 가까이 배치하므로 기생하는 엔웰 저항을 줄이도록 레이아웃한 것을 예시하고 있다.9 exemplifies a layout image of a PMOS-diode type eFuse OTP cell composed of a 5V PMOS transistor and an eFuse link using gate polysilicon, and the size of the eFuse OTP cell is 3.475㎛ x 4.21 μm (=14.62975 μm 2 ). The figure illustrates that the p+ diffusion layer of the source line SL signal is arranged as close as possible to the n+ diffusion layer 14, which is the pick-up of the N-well, which is the body node of the 5V PMOS transistor, as close as possible to reduce parasitic N-well resistance.

한편 본 발명의 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀의 크기는 기존의 이퓨즈 오티피 셀인 89.96㎛2의 셀 크기를 갖는 0.18㎛ BCD 공정기반의 듀얼포트 이퓨즈 오티피 셀과 97㎛2의 셀 크기를 갖는 0.18㎛ generic 공정기반의 듀얼포트 이퓨즈 오티피 셀보다도 훨씬 작으며, 5V 엔모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀 크기인 13.745㎛2와 비슷하다. 그러므로 본 발명에 의한 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀은 5V 엔모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀에 비해 셀 크기는 비슷한 반면, 딥엔웰 마스크 한 장을 줄일 수 있게 된다.On the other hand, the size of the PMOS-diode type eFuse OTP cell of the present invention is a dual-port eFuse OTP cell based on a 0.18 µm BCD process having a cell size of 89.96 µm 2 , which is a conventional eFuse OTP cell, and 97 µm 2 It is much smaller than the 0.18㎛ generic process-based dual-port eFuse OTP cell with a cell size of 13.745㎛2 , similar to the 5V NMOS-diode type eFuse OTP cell size. Therefore, the PMOS-diode type eFuse OTP cell according to the present invention has a similar cell size as compared to the 5V NMOS-diode type eFuse OTP cell, while one deep-n-well mask can be reduced.

아래의 표 1은 본 발명의 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀을 사용하여 설계된 512b 이퓨즈 오티피 메모리 회로의 주요 특징을 나타낸 것이다. Table 1 below shows the main characteristics of a 512b eFuse OTP memory circuit designed using the PMOS-diode type eFuse OTP cell of the present invention.

[표 1][Table 1]

Figure 112020096613911-pat00001
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표 1에서, 공정 기술은 DB 하이텍 0.13㎛ BCD 공정이며, 이퓨즈 오티피 셀 어레이부의 포맷 형태나 사이즈는 특별하게 한정되지 않지만, 본 실시예에서는 64행 x 8열로 구성된 것을 예로 하여 설명한다. 그리고 이퓨즈 링크는 코발트 실리사이드 n+ 폴리실리콘이고, 동작 모드로서 프로그램, 노멀 리드(normal read), 프로그램 확인 리드 모드(program-verify-read mode)가 있다. 그리고 이퓨즈 오티피 메모리 회로에 대한 프로그램 비트로써 1비트가 할당되고 읽기 비트로써 8비트가 할당될 수 있다. 프로그램 비트를 1비트로 하는 이유는 바이트 단위로 프로그램하는 경우 수 백 mA의 큰 프로그램 전류로 인해 VDD 파워 라인, VSS 라인 등에서의 저항성 전압 강하가 일어나면서 프로그램 하려는 이퓨즈 링크에 프로그램 파워가 제대로 전달되지 않으면서 이퓨즈 오티피 셀의 프로그램 특성이 나빠지기 때문이다.In Table 1, the process technology is DB Hitech 0.13 μm BCD process, and the format or size of the eFuse OTP cell array unit is not particularly limited, but in this embodiment, 64 rows x 8 columns are described as an example. In addition, the eFuse link is made of cobalt silicide n+ polysilicon, and as an operation mode, there are a program, a normal read, and a program-verify-read mode. In addition, 1 bit may be allocated as a program bit for the eFuse OTP memory circuit and 8 bits may be allocated as a read bit. The reason for setting the program bit to 1 bit is that when programming in byte units, a large program current of several hundred mA causes a resistive voltage drop on the VDD power line, VSS line, etc. This is because the program characteristics of the eFuse OTP cell are deteriorated.

한편 사용 전압은 VDD와 V2V(=2.0V

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10%)를 사용하며, V2V는 반도체 칩에서 제공되는 내부공급 전압원이고, 프로그램 모드 시 VDD 전압은 이퓨즈 링크를 서멀 블로잉시키기 위해 충분한 파워를 공급하는 전압인 5.5V가 사용된다.Meanwhile, the voltage used is VDD and V2V (=2.0V
Figure 112020096613911-pat00002
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10%), V2V is the internal supply voltage source provided by the semiconductor chip, and the VDD voltage in the program mode is 5.5V, which is a voltage that provides sufficient power to thermally blow the eFuse link.

아래의 표 2는 본 발명에 따른 5V 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀에 대한 동작모드별 바이어스 조건을 예시하고 있다. Table 2 below illustrates bias conditions for each operation mode for the 5V PMOS-diode type eFuse OTP cell according to the present invention.

[표 2][Table 2]

Figure 112020096613911-pat00003
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프로그램 모드에서 이퓨즈 링크 저항이 고저항인 로직 '0' 상태로 프로그램하기 위해서는 표 2에 예시된 바와 같이 선택되는 셀의 소오스 라인(SL)신호, 리드워드라인바(RWLb)신호, 비트 라인(BL)신호와 라이트워드라인바(WWLb)신호를 각각 VDD(=5.5V), VDD, 플로팅(Floating)과 0V로 구동한다. 이와 같이 소오스 라인(SL)신호과 라이트워드라인바(WWLb)신호를 VDD와 0V로 구동하면 소오스 라인(SL)신호에서 이퓨즈 링크, pn 접합 다이오드와 라이트워드라인바(WWLb)신호로 형성되는 전류 경로로 수 십 [mA]의 과전류가 흘러 프로그램 할려는 이퓨즈 링크는 열적 파괴에 의해 블로잉되어 끊어지면서 수 [㏁] 이상의 고저항을 갖게 된다. 반면에 프로그램 데이터가 로직'1'인 경우는 이퓨즈 링크 저항을 100[Ω] 상태로 유지를 해야하므로 모든 행에 있는 소오스 라인(SL)신호를 0V로 구동하므로 이퓨즈 링크를 통해 전류가 흐르지 않게 되어 unblown 상태인 이퓨즈 링크는 100[Ω] 정도의 저항을 유지하게 된다.In the program mode, in order to program to a logic '0' state where the eFuse link resistance is high resistance, as shown in Table 2, the source line (SL) signal, the read word line bar (RWLb) signal, and the bit line ( BL) signal and write word line bar (WWLb) signal are driven to VDD (=5.5V), VDD, floating and 0V, respectively. In this way, when the source line SL signal and the write word line bar WWLb signal are driven at VDD and 0V, the current formed from the source line SL signal to the e-fuse link, pn junction diode and the write word line bar WWLb signal. An overcurrent of several tens of [mA] flows through the path and the eFuse link to be programmed has a high resistance of several [㏁] or more as it is blown off due to thermal breakdown. On the other hand, when the program data is logic '1', the eFuse link resistance must be maintained at 100[Ω], so the source line (SL) signals in all rows are driven to 0V, so no current flows through the eFuse link. In the unblown state, the e-fuse link maintains a resistance of about 100 [Ω].

읽기 모드에서 선택되는 셀의 소오스 라인(SL)신호, 리드워드라인바(RWLb)신호와 라이트워드라인바(WWLb)신호를 각각 VLV, 0V와 VLV로 구동하면 로직 '0'으로 프로그램 된 이퓨즈 오티피 셀은 이퓨즈 링크가 고저항 상태에 있으며, 출력데이터(DOUT) 포트에 로직 '0'을 출력하게 된다. 반면에 로직 '1'로 프로그램 된 이퓨즈 오티피 셀은 이퓨즈 링크가 100[Ω] 정도의 저항을 가지고 있으므로 비트 라인(BL)신호는 VLV 전압으로 풀업되면서 출력데이터(DOUT) 포트에 로직 '1'을 출력하게 된다.When the source line (SL) signal, the read word line bar (RWLb) signal, and the write word line bar (WWLb) signal of the cell selected in the read mode are driven at VLV, 0V and VLV, respectively, the eFuse programmed to a logic '0' In the OTP cell, the eFuse link is in a high resistance state, and a logic '0' is output to the output data (DOUT) port. On the other hand, in the eFuse OTP cell programmed with logic '1', the eFuse link has a resistance of about 100 [Ω], so the bit line (BL) signal is pulled up to the VLV voltage and a logic '' at the output data (DOUT) port. 1' will be output.

한편, 도 6 내지 도 8에 예시된 각 구동회로의 동작을 보면, On the other hand, looking at the operation of each driving circuit illustrated in FIGS. 6 to 8 ,

먼저, 도 6의 워드라인 구동회로에서는 프로그램 모드로 진입하게 되면 행 어드레스 A[8:3]에 의해 디코딩된 A876과 A543의 디코딩에 의해 선택된 행의 라이트워드라인바(WWLb)신호와 리드워드라인바(RWLb)신호는 0V와 VDD 전압을 구동한다. 그리고 읽기 모드로 진입하면 A876과 A543의 디코딩에 의해 선택된 행의 라이트워드라인바(WWLb)신호와 리드워드라인바(RWLb)신호는 VDD_PGM(=VLV)와 0V 전압을 구동한다.First, in the word line driving circuit of FIG. 6, when entering the program mode, the write word line bar (WWLb) signal and the read word line of the row selected by decoding of A876 and A543 decoded by row address A[8:3] The bar (RWLb) signal drives 0V and VDD voltages. And when the read mode is entered, the write word line bar (WWLb) signal and the read word line bar (RWLb) signal of the row selected by decoding of A876 and A543 drive VDD_PGM (=VLV) and 0V voltage.

다음으로 도 7의 소오스 라인 드라이버 및 셈스앰프(50)의 소오스 라인 구동회로에서는 프로그램 모드로 진입하게 되면 열 어드레스 A[2:0]를 디코딩한 A210에 의해 입력데이터(DIN)가 로직 '0'인 경우 선택된 소오스 라인(SL)신호 VDD_PGM 스위칭 전압을 구동하고, A210에 의해 선택되지 않았거나 입력데이터(DIN)가 로직 '1'인 경우 소오스 라인(SL)신호는 0V를 구동한다. VDD_PGM 스위칭 전압은 프로그램 모드일때만 VDD 전압을 구동하고, 나머지 모드는 VLV 전압을 구동한다.Next, in the source line driver circuit of the source line driver and the sum amplifier 50 of FIG. 7 , when the program mode is entered, the input data DIN is set to logic '0' by A210 that has decoded the column address A[2:0]. In the case of , the selected source line SL signal VDD_PGM switching voltage is driven, and if it is not selected by A210 or the input data DIN is logic '1', the source line SL signal drives 0V. The VDD_PGM switching voltage drives the VDD voltage only in the program mode, and drives the VLV voltage in the other modes.

마지막으로 도 8의 비트 라인 센스앰프회로에서는 기존의 S/A(Sense Amplifier) 기반의 D F/F을 사용하는 BL 센싱 회로를 사용하는 대신 클럭인버터(clocked inverter)(MP13, MP14, MN13과 MN14) 형태의 BL S/A 회로를 사용한다. 읽기 모드로 진입하게 되면 비트 라인 프리차지바(BL_PCGb) 신호에 low 펄스가 인가되면서 피모스 트랜지스터(MP11)에 의해 비트 라인(BL) 신호는 V2V 전압으로 프리차징 된다. 비트 라인(BL)신호 전압이 충분히 2V로 프리차징된 후 엔모스 트랜지스터(MN11)를 ON시켜 비트 라인(BL)신호를 풀-다운했을 때 선택된 셀의 이퓨즈 링크가 100[Ω] 정도의 저항을 갖게 되면 비트 라인(BL)신호 전압은 로직 '1'상태의 전압을 유지하는 반면, 이퓨즈 링크가 수 [㏁] 이상의 저항을 갖는 경우의 비트 라인(BL)신호 전압은 로직 '0'상태의 전압을 유지하게 된다. 이와 같이 이퓨즈 오티피 셀의 프로그램 저항에 대한 전압이 비트 라인(BL)신호에 전달되면 클럭 인버터(MP13, MP14, MN13와 MN14)에 의해 비트 라인(BL)신호의 센싱 데이터가 출력데이터(DOUT)로 출력된다.Finally, in the bit line sense amplifier circuit of FIG. 8, clocked inverters (MP13, MP14, MN13 and MN14) instead of using the BL sensing circuit using the conventional S/A (Sense Amplifier)-based DF/F A type of BL S/A circuit is used. When the read mode is entered, a low pulse is applied to the bit line precharge bar (BL_PCGb) signal, and the bit line (BL) signal is precharged to a voltage of V2V by the PMOS transistor MP11. After the bit line (BL) signal voltage is sufficiently precharged to 2V, when the NMOS transistor (MN11) is turned on to pull down the bit line (BL) signal, the eFuse link of the selected cell has a resistance of about 100 [Ω] , the bit line (BL) signal voltage maintains a logic '1' state voltage, whereas when the eFuse link has resistances of several [㏁] or more, the bit line (BL) signal voltage maintains a logic '0' state voltage will be maintained. As such, when the voltage for the program resistance of the eFuse OTP cell is transferred to the bit line BL signal, the sensed data of the bit line BL signal is output data DOUT by the clock inverters MP13, MP14, MN13 and MN14. ) is output.

도 10은 DB하이텍 130nm BCD 공정을 이용하여 설계된 512b 이퓨즈 오티피 메모리 IP의 레이아웃 이미지를 예시하고 있으며, 레이아웃 면적은 119.315㎛ x 41.95㎛ (=0.0408㎟)이다.10 illustrates a layout image of a 512b eFuse OTP memory IP designed using DB HiTek 130nm BCD process, and the layout area is 119.315㎛ x 41.95㎛ (=0.0408㎟).

아래의 표 3 및 표 4는 상기 설계된 512bit 이퓨즈 오티피 메모리 IP에서 동작 모드에 따른 프로그램된 이퓨즈 링크의 센싱 저항에 대한 SPICE 모의실험 결과를 예시하고 있으며, 표 3은 노말 리드 모드의 결과치이고, 표 4는 프로그램-확인-리드모드의 결과치이다.Tables 3 and 4 below exemplify the SPICE simulation results for the sensing resistance of the programmed eFuse link according to the operation mode in the designed 512-bit eFuse OTP memory IP, and Table 3 is the result of the normal read mode. , Table 4 shows the results of the program-check-read mode.

[표 3][Table 3]

Figure 112020096613911-pat00004
Figure 112020096613911-pat00004

[표 4][Table 4]

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Figure 112020096613911-pat00005

표 3 및 표 4에서 알수 있는 바와 같이 모델 파라미터와 온도별 이퓨즈 오티피 IP의 노말 리드 모드(표 3 참조)와 프로그램-확인-리드 모드(표 4 참조)에서 프로그램된 이퓨즈 링크의 센싱 저항은 각각 30kΩ, 61kΩ으로 모의실험 되었다. 한편 노말 리드 모드에서 채널 폭이 작은 피모스 트랜지스터를 이용하여 비트 라인(BL)신호에 전압을 전달하므로 이퓨즈 오티피 셀의 블로잉되지 않은 이퓨즈 링크를 통해 흐르는 최대 읽기 전류를 97.7㎂로 100㎂ 이내로 억제하였다.As can be seen from Tables 3 and 4, the sensing resistance of the eFuse link programmed in the normal read mode (refer to Table 3) and the program-check-read mode (refer to Table 4) of the eFuse OTP IP by model parameter and temperature. were simulated as 30kΩ and 61kΩ, respectively. On the other hand, in the normal read mode, since a voltage is transferred to the bit line (BL) signal using a PMOS transistor with a small channel width, the maximum read current flowing through the non-blowing eFuse link of the eFuse OTP cell is set to 97.7 µA and 100 µA suppressed within.

도 11은 공정 진행된 512bit 이퓨즈 오티피 IP 웨이퍼에서 프로그램 이전(a)과 프로그램 이후(b)의 리드 모드 측정 파형을 예시하고 있으며, 정상적으로 프로그램 되는 것을 확인할 수 있다.11 exemplifies the read mode measurement waveforms before (a) and after (b) programming on a 512-bit eFuse OTP IP wafer that has been processed, and it can be seen that the program is normally programmed.

이상의 본 발명에 의하면, 기판의 엔웰(N-WELL) 안에 형성된 피모스 트랜지스터와 기억소자인 이퓨즈 링크로 이퓨즈 오티피 셀을 구성하고, 피모스 트랜지스터의 PS 노드에 연결된 p+ 확산영역과 라이트워드라인바(Write WL bar)신호가 연결된 엔웰 사이에서 기생적으로 만들어지는 pn 접합 다이오드를 이퓨즈 링크 블로잉에 사용할 수 있도록 함으로써, 시모스(CMOS) 공정에서 딥엔웰 마스크 추가 공정이 필요 없어 공정 단가를 줄일 수 있는 이점이 있으며, 또한 셀 사이즈를 엔모스 트랜지스터와 동일하게 소형으로 구현할 수 있게 하는 장점을 제공한다.According to the present invention, an eFuse OTP cell is constituted by a PMOS transistor formed in the N-WELL of the substrate and an eFuse link, which is a memory element, and a p+ diffusion region and a write word connected to the PS node of the PMOS transistor. By making it possible to use the pn junction diode created parasitic between the N-well to which the write WL bar signal is connected for e-fuse link blowing, the process cost is reduced by eliminating the need for an additional deep-n-well mask in the CMOS process. There is an advantage that can be achieved, and it also provides an advantage of enabling the cell size to be implemented as small as that of an NMOS transistor.

10 : 이퓨즈 오티피 셀 어레이부 11 : 기판
12 : 엔웰(N-Well) 13 : p+ 확산층
14 : n+ 확산층 20 : 컨트롤 로직부
30 : 워드라인 드라이버 40 : 컬럼 디코더
50 : 소오스 라인 드라이버 및 센스앰프 SL : 소오스 라인
BL: 비트 라인
10: eFuse OTP cell array unit 11: substrate
12: N-Well 13: p+ diffusion layer
14: n+ diffusion layer 20: control logic unit
30: word line driver 40: column decoder
50: source line driver and sense amplifier SL: source line
BL: bit line

Claims (7)

피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀에 있어서,
상기 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀은 워드라인 드라이버에 의해 구동되며,
상기 워드라인 드라이버는,
제어신호를 낸드연산하는 제1낸드게이트(ND01);
상기 제1낸드게이트(ND01)의 출력신호를 반전시키는 제1인버터(I01);
상기 제1인버터(I01)의 출력신호와 프로그램모드의 워드라인인에이블(WLEN_PGM)신호를 낸드연산하는 제2낸드게이트(ND02);
상기 제2낸드게이트(ND02)의 출력신호를 반전시키는 제2인버터(I02);
병렬연결되어 상기 제2인버터(I02)의 출력신호에 의해 VDD_PGM 스위칭전압 또는 0V 전압을 라이트워드라인바(WWLb)신호로 출력하는 피모스 트랜지스터(MP01) 및 엔모스 트랜지스터(MN01);
상기 제1인버터(I01)의 출력신호와 읽기모드의 워드라인인에이블바(WLENb_RD)신호를 노어연산하는 제1노어게이트(NOR01); 및
상기 제1노어게이트(NOR01)의 출력신호를 반전시켜 리드워드라인바(RWLb)신호를 출력하는 제3인버터(I03);를 구비한 것을 특징으로 하는 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀.
In the PMOS-diode type eFuse OTP cell,
The PMOS-diode type eFuse OTP cell is driven by a word line driver,
The word line driver is
a first NAND gate ND01 for performing a NAND operation on a control signal;
a first inverter I01 for inverting the output signal of the first NAND gate ND01;
a second NAND gate (ND02) for performing a NAND operation on the output signal of the first inverter (I01) and the word line enable (WLEN_PGM) signal of the program mode;
a second inverter I02 for inverting the output signal of the second NAND gate ND02;
a PMOS transistor MP01 and an NMOS transistor MN01 connected in parallel to output a VDD_PGM switching voltage or 0V voltage as a write word line bar WWLb signal according to the output signal of the second inverter I02;
a first NOR gate (NOR01) for performing a NOR operation on the output signal of the first inverter (I01) and the word line enable bar (WLENb_RD) signal in the read mode; and
A PMOS-diode type eFuse OTP cell comprising a; .
피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀에 있어서,
상기 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀은 소오스라인 드라이버 및 센스앰프에 의해 구동되며,
상기 소오스 라인 드라이버는
제어신호를 반전시키는 제4인버터(I04);
상기 제4인버터(I04)의 출력신호와 입력데이터(DIN)를 노어 연산하는 제2노어 게이트(NOR02);
상기 제2노어 게이트(NOR02)의 출력신호를 반전시키는 제5인버터(I05);
상기 제5인버터(I05)의 출력신호와 내부 프로그램(IPGM) 신호를 낸드 연산하는 제3낸드 게이트(ND03);
상기 제3낸드 게이트(ND03)의 출력신호를 반전시키는 제6인버터(I06); 및
병렬 연결되어 상기 제6인버터(I06)의 출력 신호에 의해 VDD_PGM 스위칭 전압 또는 0V 전압을 소오스 라인(SL)신호로 출력하는 피모스 트랜지스터(MP02) 및 엔모스 트랜지스터(MN02);를 구비한 것을 특징으로 하는 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀.
In the PMOS-diode type eFuse OTP cell,
The PMOS-diode type eFuse OTP cell is driven by a source line driver and a sense amplifier,
The source line driver
a fourth inverter (I04) for inverting the control signal;
a second NOR gate (NOR02) for performing a NOR operation on the output signal of the fourth inverter (I04) and the input data (DIN);
a fifth inverter (I05) for inverting the output signal of the second NOR gate (NOR02);
a third NAND gate (ND03) for performing a NAND operation on the output signal of the fifth inverter (I05) and the internal program (IPGM) signal;
a sixth inverter I06 for inverting the output signal of the third NAND gate ND03; and
A PMOS transistor (MP02) and an NMOS transistor (MN02) connected in parallel to output a VDD_PGM switching voltage or 0V voltage as a source line (SL) signal according to the output signal of the sixth inverter (I06); A PMOS-diode type eFuse OTP cell.
피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀에 있어서,
상기 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀은 소오스라인 드라이버 및 센스앰프에 의해 구동되며,
상기 센스 앰프는,
노말 리드모드에서의 비트 라인 프리차지바(BL_PCGb)신호와 비트 라인로드(BL_LOAD)신호, 및 테스트 리드모드에서의 비트 라인 로드(TM_BL_LOAD)신호에 따라 비트 라인(BL)신호를 제어하는 비트 라인 제어부(51);
상기 비트 라인 제어부(51)의 출력신호를 센스 앰프 인에이블바(SAENb)신호와 센스 앰프 인에이블(SAEN)신호에 동기시켜 반전 출력하는 클럭 인버터(clocked inverter)부(52); 및
상기 클럭 인버터부(52)의 출력신호 및 센스 앰프 인에이블바(SAENb)신호와 센스앰프 인에이블(SAEN)신호에 따라 스위칭 전압을 레벨 변환하여 출력하는 스위칭 전압 레벨 변환부(53);를 구비한 것을 특징으로 하는 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀.
In the PMOS-diode type eFuse OTP cell,
The PMOS-diode type eFuse OTP cell is driven by a source line driver and a sense amplifier,
The sense amplifier,
A bit line controller that controls the bit line (BL) signal according to the bit line pre-charge bar (BL_PCGb) signal and the bit line load (BL_LOAD) signal in the normal read mode, and the bit line load (TM_BL_LOAD) signal in the test read mode (51);
a clocked inverter unit 52 that synchronizes the output signal of the bit line control unit 51 with a sense amplifier enable bar (SAENb) signal and a sense amplifier enable signal (SAEN) signal and inverts the output signal; and
a switching voltage level converting unit 53 for level-converting and outputting a switching voltage according to an output signal of the clock inverter unit 52, a sense amplifier enable bar (SAENb) signal, and a sense amplifier enable (SAEN) signal; A PMOS-diode type eFuse OTP cell.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 피모스-다이오드 형태의 이-퓨즈 오티피 셀은
제1 타입의 불순물을 함유하고 있는 반도체 기판;
상기 반도체 기판 내부에 형성되며, 제2 타입의 불순물을 함유하고 있는 웰(well);
상기 웰(well) 내부에 형성되며 게이트 노드는 읽기 동작을 위한 워드라인(RWLb)에 연결되고, 드레인 노드는 비트 라인(BL)에 연결된 피모스 트랜지스터(MP1); 및
한 쪽 단자는 상기 피모스 트랜지스터(MP1)의 소오스 노드에 연결되고, 다른 한 쪽 단자는 소오스 라인에 연결된 이-퓨즈 링크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이오드 형태의 이-퓨즈 오티피 셀.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The PMOS-diode type E-Fuse OTP cell is
a semiconductor substrate containing impurities of a first type;
a well formed inside the semiconductor substrate and containing a second type of impurity;
a PMOS transistor MP1 formed inside the well, a gate node connected to a word line RWLb for a read operation, and a drain node connected to a bit line BL; and
and an e-fuse link having one terminal connected to the source node of the PMOS transistor MP1 and the other terminal connected to the source line.
제4항에 있어서,
상기 웰(well)의 상기 제2 타입의 불순물은 엔-타입(N-type)인 것을 특징으로 하는 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀.
5. The method of claim 4,
The PMOS-diode type eFuse OTP cell, characterized in that the second type of impurity in the well is an N-type.
제4항에 있어서,
상기 이퓨즈 링크는 기억소자(memory device)로 게이트 폴리실리콘을 사용한 것을 특징으로 하는 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀.
5. The method of claim 4,
The eFuse link is a PMOS-diode type eFuse OTP cell, characterized in that a gate polysilicon is used as a memory device.
제4항에 있어서,
상기 피모스 트랜지스터(MP1)의 바디인 웰(12); 및
상기 웰(12)에서 형성된 p+ 확산층(13) 및 n+ 확산층(14);을 구비하되,
상기 웰(12)과 p+ 확산층(13) 사이에 기생하는 접합 다이오드가 해당 셀의 이퓨즈 링크 블로잉에 사용되는 것을 특징으로 하는 피모스-다이오드 형태의 이퓨즈 오티피 셀.
5. The method of claim 4,
a well 12 serving as a body of the PMOS transistor MP1; and
a p+ diffusion layer 13 and an n+ diffusion layer 14 formed in the well 12;
A PMOS-diode type eFuse OTP cell, characterized in that a junction diode parasitic between the well (12) and the p+ diffusion layer (13) is used to blow the eFuse link of the cell.
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