KR20200057658A - Anti-fuse memory cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 안티 퓨즈 메모리 셀에 관한 것으로, 특히 외부 회로 및 프로그래밍 없이 간단한 회로를 가지는 안티 퓨즈 메모리 셀에 관한 것이다.The present disclosure relates to an anti-fuse memory cell as a whole, in particular to an anti-fuse memory cell having a simple circuit without external circuitry and programming.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).Here, background technology is provided in connection with the present disclosure, and this does not necessarily mean prior art.
도 1은 일본 등록특허공보 제5997711호에 제시된 비휘발성 안티 퓨즈 메모리 셀의 일 예를 나타내는 도면이다.1 is a view showing an example of a non-volatile anti-fuse memory cell proposed in Japanese Patent Publication No. 5997711.
비휘발성 안티 퓨즈 메모리 셀을 개시한다. 하나의 실시 예에 있어서, 메모리 셀은 원 타임 프로그래머블 N채널 다이오드 접속 가능한 트랜지스터로 구성된다. 이 예에서는 트랜지스터의 폴리실리콘 게이트는 2개의 부분을 가진다. 한 개의 부분은 게이트의 제2의 부분에서(보다) 고도로 도프된다. 이 예로 이용되는 불순물은 N형 불순물이다. 트랜지스터는 2개의 부분을 구비한 소스를 더욱이 가져, 소스의 한 개의 부분이 소스의 제 2의 부분에서(보다) 고도로 도프된다. 이 예에서는, 소스도 N형 불순물을 이용해 도프된다. Disclosed is a nonvolatile anti-fuse memory cell. In one embodiment, the memory cell is comprised of a one-time programmable N-channel diode connectable transistor. In this example, the polysilicon gate of the transistor has two parts. One portion is highly doped in the second portion of the gate. The impurity used in this example is an N-type impurity. The transistor further has a source with two parts, so that one part of the source is highly doped in the second part of the source. In this example, the source is also doped using N-type impurities.
이 실시예에 있어서, 게이트의 소스에 물리적에 따라 가까운 부분이, 폴리실리콘 게이트의 다른 부분 보다 가볍게 도프된다. 폴리실리콘 게이트의 가볍게 도프된 부분에 물리적에 따라 가까운 출처의 부분이, 소스의 다른 부분에 대해서 가볍게 도프된다. 트랜지스터가 프로그램 될 때(예를 들면, 게이트에 6볼트 및 소스에 0볼트를 인가하는 것으로써), 산화물에서 럽쳐(rupture)가 폴리실리콘 게이트의 무겁게 도프된 부분에 있어서 가장 생기기 쉽다. In this embodiment, a portion physically close to the source of the gate is lighter doped than the other portions of the polysilicon gate. The portion of the source that is physically close to the lightly doped portion of the polysilicon gate is lightly doped with respect to the other portion of the source. When the transistor is programmed (e.g. by applying 6 volts to the gate and 0 volts to the source), rupture in the oxide is most likely to occur in the heavily doped portion of the polysilicon gate.
게이트가 균일하게 도프될 때, 럽쳐는 소스 부근에 있어서도 생길 수 있다. 럽쳐가 소스 부근에서 생길 때, word line 및 비트선이 합선될 수 있다. 이 예에서는, word line를 비트선에 합선하는 것으로, 셀이 작동하지 않게 되어 이득, 트랜지스터가 놓여지는 집적회로상에서 이용되는 전력을 증대시킬 수 있다. 이런 종류의 결함은 다음에 더욱이 상세하게 설명한다.When the gate is uniformly doped, rupture can occur even near the source. When rupture occurs near the source, word lines and bit lines may be shorted. In this example, by shorting the word line to the bit line, the cell becomes inoperable, thereby increasing the gain and power used on the integrated circuit on which the transistor is placed. Defects of this kind are described in further detail below.
도 1(a)는 4개의 프로그래머블 비휘발성 안티 퓨즈(Anti-fuse) 메모리 셀의 하나의 실시 예를 그림으로 나타낸다. 각 메모리 셀(110, 112, 114, 116)이 각각, 원 타임 프로그래머블 N채널 다이오드 접속 가능한 트랜지스터(102, 104, 106, 108)을 포함한다. 트랜지스터(102 및 106)의 소스는 비트선(BL1)에 전기적으로 접속되어 트랜지스터(104 및 108)의 소스는 비트선(BL2)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(102 및 104)의 게이트는 word line(WL1)에 전기적으로 접속되어 트랜지스터(106 및 108)의 게이트는 word line(WL2)에 전기적으로 접속된다. 도 1(a)에 나타내는 원 타임 프로그래머블 N채널 다이오드 접속 가능한 트랜지스터(102, 104, 106, 108)은 프로그램 되어 있지 않다. 이들은 프로그램 되어 있지 않기 때문에, 트랜지스터(102, 104, 106 및 108)는 드레인을 갖지 않다.FIG. 1 (a) illustrates one embodiment of four programmable nonvolatile anti-fuse memory cells. Each memory cell (110, 112, 114, 116) includes a one-time programmable N-channel diode connectable transistor (102, 104, 106, 108). The sources of the
도 1(b)는 2개의 메모리 셀이 프로그램 되는 4개의 비휘발성 안티 퓨즈(Anti-fuse)메모리 셀의 하나의 실시예의 개략도이다. 이 예에서는, 메모리 셀(110 및 116)이 프로그램 되고 있다. 게이트와 기판과의 사이의 절연층(예를 들면, 산화물)를 브레이크다운(breakdown) 시키기 위해 트랜지스터의 게이트에 있어서 통상 동작의 사이 조우하지 않는 고전압 펄스를 인가하는 것으로써 메모리 셀이 프로그램 될 수 있다(3.5nm두께의 산화물로 약 6V). 트랜지스터 게이트상의 양의 전압은 게이트 아래의 기판에서 반전 채널을 형성해, 터널링 전류를 절연층을 통해 흘린다. 이 전류는 산화물에서 부가적인 트랩을 생성해, 절연층을 개입시키는 전류를 증대시켜, 절연층을 최종적으로 용융시켜, 게이트로부터 기판으로의 도전성 채널을 형성한다. 드레인 다이오드를 형성하기 위해서 필요하게 되는 전류는 약 100μA/100 nm2이며, 약 100μs로 브레이크다운이 생긴다.1 (b) is a schematic diagram of one embodiment of four non-volatile anti-fuse memory cells in which two memory cells are programmed. In this example,
도 2는 일본 등록특허 제6096237호에 제시된 성능 개선을 가지는 안티 퓨즈 OTP 메모리 셀, 및 메모리의 제조 방법과 조작 방법의 일 예를 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a diagram showing an example of an anti-fuse OTP memory cell having performance improvement and a manufacturing method and a method of manufacturing the memory, as disclosed in Japanese Patent No. 6096237.
비휘발성 메모리는 전원 공급이 끊어져도 기억한 정보를 유지하는 메모리이다. 비휘발성 메모리는 읽기 전용 메모리(read-only memory, ROM), 원 타임 프로그래머블 메모리(one-time programmable memory, OTP memory), 및 개서 가능 메모리(rewritable memory)로 분류된다. 게다가 반도체 메모리 기술의 진보에 따라, 상보형 금속 산화막 반도체(complementary metal oxide semiconductor, CMOS) 장치와 같은 프로세스로 비휘발성 메모리를 실장 할 수 있게 되었다.The nonvolatile memory is a memory that retains the stored information even when the power supply is cut off. Non-volatile memory is classified into read-only memory (ROM), one-time programmable memory (OTP memory), and rewritable memory. In addition, with advances in semiconductor memory technology, non-volatile memory can be mounted with a process such as a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) device.
상술한 OTP 메모리는 휴즈형(fuse type)과 안티 퓨즈형(anti-fuse type)으로 나눌 수 있다. 휴즈형 OTP 메모리는 프로그램 되기 전은 합선이며, 프로그램된 후는 개방 회로이다. 반대로, 안티 퓨즈형 OTP 메모리는 프로그램 되기 전은 개방 회로이며, 프로그램된 후는 합선이다. 게다가 CMOS 제조 프로세스에서 금속 산화막 반도체(metal-oxide semiconductor, MOS) 장치의 특성에 근거해, 안티 퓨즈형 OTP 메모리는 CMOS 제조 프로세스로 통합할 수 있다.The above-described OTP memory can be divided into a fuse type and an anti-fuse type. The fused OTP memory is short circuited before it is programmed and open circuit after it is programmed. Conversely, an anti-fuse type OTP memory is an open circuit before it is programmed, and a short circuit after it is programmed. In addition, based on the characteristics of a metal-oxide semiconductor (MOS) device in the CMOS manufacturing process, an anti-fuse type OTP memory can be integrated into the CMOS manufacturing process.
또, OTP 메모리 유닛은 파열한(ruptured) 게이트 산화물층에 영구적인 도전 경로를 형성한다. 게다가 영구적인 도전 경로의 형성 위치는 제조 프로세스의 변화에 의해서 바뀐다. 그 때문에, OTP 메모리 유닛의 조작 방법은 통상, 도전 경로가 다른 형성 위치에 따라, 잘못된 판단을 하게 된다.In addition, the OTP memory unit forms a permanent conductive path in the ruptured gate oxide layer. In addition, the location of the formation of permanent conductive paths is changed by changes in the manufacturing process. For this reason, the operation method of the OTP memory unit usually makes a wrong judgment according to the formation position where the conductive path is different.
선택된 메모리 셀 M1를 프로그래밍 할 때, word line WL0에 인가된 전압 Vp1는 선택 트랜지스터의 채널을 온으로 한다. 그 때문에, 비트선 BL0에 인가된 전압 Vp2는 선택 트랜지스터의 채널을 통해 안티 퓨즈 게이트의 하부에 이른다. 그리고, 안티 퓨즈 게이트선 AF0에 인가된 전압 Vp3와 비트선 BL0에 인가된 전압Vp2의 전압차이에 따라 안티 퓨즈층이 파열해, 선택된 메모리 셀 M1를 프로그래밍 한다.When programming the selected memory cell M1, the voltage Vp1 applied to the word line WL0 turns on the channel of the selection transistor. Therefore, the voltage Vp2 applied to the bit line BL0 reaches the lower portion of the anti-fuse gate through the channel of the selection transistor. Then, the anti-fuse layer bursts according to a voltage difference between the voltage Vp3 applied to the anti-fuse gate line AF0 and the voltage Vp2 applied to the bit line BL0, and programs the selected memory cell M1.
전압 Vp1는 예를 들면, 약 0.7~3.5V이며;전압 Vp2는 예를 들면, 약 0 V이며;전압 Vp3는 예를 들면, 약 4.5~12 V이며;전압 Vp4는 예를 들면, 약 0.7~3.5V이다. 프로그래밍 조작동안, word line WL0 및 안티 퓨즈 게이트선 AF0를 메모리 셀 M1와 공유하는 선택되어 있지 않은 메모리 셀 M3에 대해서는, 선택되어 있지 않은 메모리 셀 M3에 결합된 비트선 BL1에 인가된 전압 Vp4와 word line WL0에 인가된 전압 Vp1의 전압차이가, 선택되어 있지 않은 메모리 셀 M3에 대응하는 선택 트랜지스터를 온으로 하는데 충분하지 않기 때문에, 선택되어 있지 않은 메모리 셀 M3의 프로그래밍이 억제된다.The voltage Vp1 is, for example, about 0.7 to 3.5 kV; the voltage Vp2 is, for example, about 0 V; the voltage Vp3 is, for example, about 4.5 to 12 V; the voltage Vp4 is, for example, about 0.7 to 3.5 km. During programming operation, for unselected memory cells M3 sharing word line WL0 and anti-fuse gate line AF0 with memory cell M1, the voltage Vp4 and word applied to bit line BL1 coupled to unselected memory cell M3 Since the voltage difference of the voltage Vp1 applied to the line WL0 is not sufficient to turn on the selection transistor corresponding to the unselected memory cell M3, programming of the unselected memory cell M3 is suppressed.
도 1에서는 게이트상의 양의 전압에 의해 터널링 전류를 통해 절연층이 용융되며, 도전성 채널이 형성되는 것을 설명한다. In FIG. 1, it will be described that the insulating layer is melted through a tunneling current by a positive voltage on the gate, and a conductive channel is formed.
또한, 도 1 내지 도 2에서는 안티 퓨즈를 이용한 불활성 메모리를 만드는 회로 및 메모리 셀 등을 제작하고 있다. 도 1 내지 도 2에서는 모두 안티 퓨즈를 이용한 메모리 및 메모리 셀을 이용하기 위해서는 별도의 회로나 외부 입력장치가 필요하다. In addition, in FIGS. 1 to 2, circuits and memory cells for making an inactive memory using an anti-fuse are manufactured. In FIG. 1 to FIG. 2, a separate circuit or an external input device is required to use a memory and a memory cell using an anti-fuse.
또한, 대부분 안티 퓨즈를 이용한 불활성 메모리에서는 웨이퍼의 공정에서 주소까지 생성되어 칩으로 분리되며, 프로그램 상으로 주소를 자동으로 형성하거나, 웨이퍼 상에서 주소가 생성되어 나오기 때문에 주소를 수정할 수 없고, 안티 퓨즈를 작동시키기 위한 회로의 크기가 큰 문제점이 있었다. In addition, in most inactive memories using anti-fuses, addresses are generated in the wafer process and separated into chips, and addresses cannot be modified automatically because addresses are generated automatically on the program or addresses are generated on the wafer. There was a problem in that the size of the circuit for operation was large.
반면, 본 개시에서는 간단한 회로를 사용하여 크기가 작고, 완성된 디바이스에 필요한 만큼만 주소를 유동적으로 부여하여 사용할 수 있고, 사용자가 원할 때 주소를 부여할 수 있다.On the other hand, in the present disclosure, the size is small using a simple circuit, the address can be flexibly assigned only as necessary to the completed device, and the address can be assigned when the user desires.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.This will be described at the end of 'Details for the Invention'.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).Here, an overall summary of the present disclosure is provided, and this should not be understood as limiting the appearance of the present disclosure (This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 측면에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 빛에 의해 동작하는 안티 퓨즈 메모리 셀에 있어서, 빛을 받아 전류를 발생하는 광다이오드; 절연층을 포함하는 안티 퓨즈; 광다이오드와 안티 퓨즈 사이에 구비되며, 안티 퓨즈에 고전류가 흐르거나 흐르지 않도록 하는 스위치; 그리고, 안티 퓨즈의 상태에 따라, 출력신호를 출력하는 출력부;를 포함하며, 안티 퓨즈에 고전류가 흐르는 경우, 안티 퓨즈는 고전류에 의해 절연층이 파괴되는 안티 퓨즈 메모리 셀이 제공된다.According to an aspect of the present disclosure (According to one aspect of the present disclosure), an anti-fuse memory cell operated by light, comprising: a photodiode that receives light and generates a current; An anti-fuse including an insulating layer; A switch provided between the photodiode and the anti-fuse, to prevent high current from flowing or not flowing through the anti-fuse; And, according to the state of the anti-fuse, including an output unit for outputting an output signal; When a high current flows in the anti-fuse, the anti-fuse is provided with an anti-fuse memory cell in which the insulating layer is destroyed by the high current.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.This will be described at the end of 'Details for the Invention'.
도 1은 일본 등록특허공보 제5997711호에 제시된 비휘발성 안티 퓨즈 메모리 셀의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 일본 등록특허 제6096237호에 제시된 성능 개선을 가지는 안티 퓨즈 OTP 메모리 셀, 및 메모리의 제조 방법과 조작 방법의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 안티 퓨즈 메모리 셀의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 안티 퓨즈의 구조 및 브레이크 다운을 설명한 도면,
도 5는 본 개시에 따른 안티 퓨즈 및 스위치의 연결을 설명한 도면,
도 6은 본 개시에 따른 안티 퓨즈 메모리 셀의 다른 예를 나타내는 도면.1 is a view showing an example of a nonvolatile anti-fuse memory cell proposed in Japanese Patent Publication No. 5,971,711;
FIG. 2 is a diagram showing an example of an anti-fuse OTP memory cell having performance improvement and a manufacturing method and an operation method of the memory, as disclosed in Japanese Patent No. 6096237,
3 is a diagram illustrating an example of an anti-fuse memory cell according to the present disclosure;
4 is a view illustrating the structure and breakdown of an anti-fuse according to the present disclosure;
5 is a view for explaining the connection of the anti-fuse and switch according to the present disclosure,
6 illustrates another example of an anti-fuse memory cell according to the present disclosure.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)). Hereinafter, the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings (The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing (s)).
도 3은 본 개시에 따른 안티 퓨즈 메모리 셀의 일 예를 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating an example of an anti-fuse memory cell according to the present disclosure.
빛에 의해 동작하는 안티 퓨즈 메모리 셀(200)에 있어서, 안티 퓨즈 메모리 셀(200)은 광다이오드(210;photo diode), 안티 퓨즈(230;anti fuse), 스위치(250;M1), 저항(290) 및 출력부(270)를 포함한다.In the
광다이오드(210)는 빛을 받아 전류를 발생한다. 빛에 의해서 전류가 화살표 방향으로 흐르게 된다. 광다이오드(210)는 PN 접합이나 PIN 구조로 되어있다. 충분한 광자 에너지의 빛이 광다이오드(210)를 타격하면 이동전자와 양의 전하 정공이 생겨서 전자가 활동한다. 만약 접합의 공핍층(depletion region)에서 흡수작용을 하면, 캐리어는 공핍층의 세워진 필드에 의하여 흘려보내져서 광전류를 생성한다. The
광다이오드(210)는 빛을 받아야 동작하며, 빛을 받지 않으면 광다이오드(210)에서 전류가 생성되지 않는다. 그러면 스위치(250) 및 안티 퓨즈(230)는 동작하지 않는다.The
안티 퓨즈(230)는 일 예로 Mosfet(도 4 참조)이며, 절연층(234;도 4 참조)을 포함한다. 절연층(234)은 옥사이드(oxide) 일 수 있다. 도 3에는 도시되지 않았지만 안티 퓨즈(230)는 기판(231;도 4 참조)에 형성된 복수의 n웰(233;도 4 참조) 중 하나는 소스(s2)이고, 다른 하나는 드레인(d2) 일 수 있고, 금속층(235;도 4 참조)은 게이트(g2) 일 수 있다. 절연층(234)은 소스(s2)와 드레인(d2)이 형성된 기판(231)과 게이트(g2)가 절연되도록 기판(231)과 게이트(g2) 사이에 절연층(234)이 구비된다. 안티 퓨즈(230)는 소스(s2)에서 드레인(d2) 또는 드레인(d2)에서 소스(s2)로 흐르는 것을 방지하기 위해서 소스(s2)와 드레인(d2)은 같은 전압을 가지도록 설정한다. 같은 전압이 걸리지 않으면 한쪽만 브레이크다운이 일어나서 한 쪽만 연결될 수 있다.The anti-fuse 230 is, for example, Mosfet (see FIG. 4), and includes an insulating layer 234 (see FIG. 4). The insulating
일반적으로 퓨즈는 정상 상태에서는 단락(short)되어 있다가 필요에 따라 고전압을 인가하여 도전체 사이의 절연층(234)을 파괴하면 전기적으로 개방(open)상태가 된다. 안티 퓨즈는 퓨즈와 반대로 정상상태에서는 개방상태로 되고, 고전압을 인가하면 단락상태가 된다.In general, the fuse is shorted in the normal state, and then, if necessary, a high voltage is applied to break the insulating
스위치(250)는 광다이오드(210)와 안티 퓨즈(230) 사이에 구비되고, 스위치(250)는 안티 퓨즈(230)에 고전류가 흐르거나 흐르지 않게 한다. 스위치(250)는 안티 퓨즈(230)와 같이 Mosfet 일 수 있다. 안티 퓨즈(230)와 마찬가지로 스위치(250)는 미도시 되었지만 게이트(g1;도 5 참조), 소스(s1;도 5 참조) 및 드레인(d1;도 5 참조)을 포함할 수 있다. 스위치(250)의 게이트(g1)에 충분한 전압이 걸리면, 소스(s1)와 드레인(d1) 사이에 전류가 흐르게 된다. The
출력부(270)는 안티 퓨즈(230)의 상태에 따라 출력신호를 출력한다. 출력부(270)는 스위치(250)와 안티 퓨즈(230) 사이에 구비된다. 출력신호는 0과 1로 출력될 수 있다. 안티 퓨즈(230)가 영구적으로 연결되면 1을 출력할 수 있다. 자세한 내용은 이하에서 안티 퓨즈 메모리 셀(200)의 동작과 함께 설명한다.The
안티 퓨즈 메모리 셀(200)에는 저항(290)이 구비되며, 저항(290)에 의해 스위치(250)의 게이트(g1)에 걸리는 전압을 조정해줄 수 있다. 게이트(g1)에 걸리는 전압은 트랜지스터가 안정적으로 충분한 전류를 발생시킬 수 있을 정도의 전압이어야 한다. 여기서 이 전압은 트랜지스터 구동 역치 전압(threshold voltage) 이상이여야 하며, saturation region에서 동작할 수 있도록 충분해야 한다. 트랜지스터는 기본적으로 전압을 조절하여 전류를 증폭하여 유도시키는 기능을 수행한다. 저항(290)은 스위치(250)와 병렬로 연결되어 저항(290)에 걸리는 전압을 조정하여 안티 퓨즈(230)의 게이트(g1)에 걸리는 전압을 조정한다.The
전원(High voltage;Vdd) 및 접지(GND)를 포함하며, 저항(290)의 일 측은 접지(GND)에 연결되고, 타측은 광다이오드(210) 및 스위치(250)와 연결될 수 있다. 저항(290)은 스위치(250)의 게이트(g1)에 드레인(d1)과 소스(s1)에 전류가 흐를 수 있는 충분한 전압값을 가지도록 조절된다. 전원(Vdd)은 일반적으로 사용하는 전원이면 가능하고, 일 예로 3.3V 일 수 있다.It includes a high voltage (Vdd) and a ground (GND), one side of the
스위치(250)의 드레인(d1)과 안티 퓨즈(230)의 게이트(g2)는 연결된다. 스위치(250)가 동작할 정도의 전압이 걸리게 되면 안티 퓨즈(230)의 게이트(g2)와 소스(s2) 및 드레인(d2)에는 높은 전류가 유도된다.The drain d1 of the
안티 퓨즈 메모리 셀(200)의 동작의 일 예에 대해서 설명하자면, 먼저 광다이오드(210)에 빛을 비춰주게 되면 전류가 흐르게 되면서 바로 아래에 있는 저항(290)과 스위치(250)의 게이트(g1)에 전압을 높여주게 된다. 스위치(250)의 n-mosfet이 동작할 정도로 충분한 전압이 게이트(g1)에 걸리게 되면 안티 퓨즈(230)의 게이트(g2)와, 소스(s2)와 드레인(d2) 사이에 높은 전류가 유도된다. 이 전류가 한계점을 넘게 되면 금속층(metal;도 4 참조) 사이의 절연층(oxide;도 4 참조)이 파괴되면서 게이트(g2)와 소스(s2) 및 드레인(d2)이 금속으로 연결된다. 회로도에서 볼 수 있듯이, 스위치(250)의 드레인(d1)과 안티 퓨즈(230) 사이에 출력부(270)가 연결되어 다음 회로로 연결이 된다. 안티 퓨즈(230)가 단락되면 위의 HV(high voltage)가 그대로 디지털 데이터인 '1'로 출력될 것이고 그 반대의 경우에는 '0'으로 출력이 나오게 된다. 디지털 데이터인 '1'은 Vdd의 크기이며 일반적으로 시스템을 구동시키는 전압과 동일하다. 본 예에서의 디지털 데이터인 '1'은 3.3V의 값을 가지며, 반대로 '0'의 경우에는 GND 값으로 0V 값을 가진다. 디지털 데이터는 디지털 회로에 의해서 Vdd/2를 기준으로 1과 0을 구분하게 되는데, 기준점에서 멀리 떨어질수록 데이터의 정확도와 신뢰도가 높다고 한다. 보통 3.3V일 때 3이상이면 1이라고 회로 내부에서 계산한다.To describe an example of the operation of the
도 4는 본 개시에 따른 안티 퓨즈의 구조 및 브레이크 다운을 설명한 도면이다.4 is a view illustrating the structure and breakdown of an anti-fuse according to the present disclosure.
안티 퓨즈(230)는 도 4(a)와 같은 N-Mosfet 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, P형 기판(231)에 복수의 N웰(233)이 형성되며, N웰(233) 위에는 절연층(234)과 절연층(234) 위에는 금속층(235)이 형성된다. 절연층(234)에 의해서 금속층(235)으로부터 P형 기판(231) 및 N웰(233)은 절연되어 있다.The anti-fuse 230 may have an N-Mosfet structure as shown in FIG. 4 (a). For example, a plurality of N-
도 4(b)는 안티 퓨즈(230)에 구비된 절연층(234)이 파괴된 현상을 나타낸 도면이다. 4 (b) is a view showing a phenomenon in which the insulating
안티 퓨즈(200)는 도 4(a)를 참고하면, 기본적으로 두 개의 도전체인 금속층(235)과 기판(231) 사이에 절연층(234)이 있는 형태이다. Referring to FIG. 4 (a), the anti-fuse 200 is basically a type in which an insulating
절연층(234)이 브레이크 다운되는 원리에는 크게 두 가지가 있는데, 전도층에 걸리는 전압이 높아지며 비정질의(amorphous) 형태로 있는 실리콘 등이 폴리크리스탈로 바뀌면서 저항이 낮아지거나, 또는 터널링 효과로 절연층(234)에 영구적인 강력한 브레이크다운이 발생하게 되면서 절연층(234)에 금속층(234)의 금속이 유입되는 현상으로 그 결과 저항이 낮아져 단락(short)된 것과 마찬가지로 형성된다.There are two main principles of the breakdown of the insulating
도 5는 본 개시에 따른 안티 퓨즈 및 스위치의 연결을 설명한 도면이다.5 is a view illustrating connection of an anti-fuse and a switch according to the present disclosure.
스위치(250)의 드레인(d1)은 안티 퓨즈(230)의 게이트(g2)와 연결된다. 안티 퓨즈(230)의 소스(s2)와 드레인(d2)은 같은 전압을 가지도록 서로 연결되어 있다. 따라서 스위치(250)에 의해서 형성된 전류의 흐름에 의해서 안티 퓨즈(230)의 소스(s2) 및 드레인(d2)으로부터 게이트(g2) 방향으로 전류가 흐르게 된다. 소스(s2)와 드레인(d2)이 연결되어 있으므로 소스(s2) 및 드레인(d2) 사이로 전류가 흐르지 않도록 한다. The drain d1 of the
도 6은 본 개시에 따른 안티 퓨즈 메모리 셀의 다른 예를 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating another example of an anti-fuse memory cell according to the present disclosure.
안티 퓨즈 메모리 셀(200)이 복수개 구비된 예를 나타낸다. 이때, 광다이오드(210)가 구비되는 곳은 안티 퓨즈 메모리 셀(200)에 노출된 각각의 광다이오드(210)에 빛을 비춰주는 것과 빛을 비춰주지 않음으로서 사용자가 원하는 주소를 생성한다. d0 내지 d4의 값을 조합하여 주소를 생성할 수 있다. 광다이오드(210)에 빛을 비춰주면 출력부(270)에서 1이 출력되고 빛은 비춰주지 않으면 0이 출력된다.An example in which a plurality of
이후, 주소를 생성한 후에는 광다이오드(210)에 빛이 들어가지 않도록 광다이오드(210)에 빛이 들어가는 것을 차단하는 재료를 덮어줄 수 있다.Subsequently, after generating the address, a material that blocks light from entering the
안티 퓨즈 메모리 셀(200)는 복잡한 회로 또는 프로그래밍을 위한 메모리 등이 삽입되지 않으므로 이에 비해서 작은 공간을 차지한다. 예를 들어, 하나의 안티 퓨즈 메모리 셀(200)은 20umX20um의 크기를 가지게 된다. 여기서 광다이오드(210)의 크기는 10umX10um이며, 광다이오드(210)의 성능에 따라 크기가 좌우되며, 더 작게 만들어도 성능이 좋다면 크기를 더 줄일 수 있다.The
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present disclosure will be described.
(1) 빛에 의해 동작하는 안티 퓨즈 메모리 셀에 있어서, 빛을 받아 전류를 발생하는 광다이오드; 절연층을 포함하는 안티 퓨즈; 광다이오드와 안티 퓨즈 사이에 구비되며, 안티 퓨즈에 고전류가 흐르거나 흐르지 않도록 하는 스위치; 그리고, 안티 퓨즈의 상태에 따라, 출력신호를 출력하는 출력부;를 포함하며, 안티 퓨즈에 고전류가 흐르는 경우, 안티 퓨즈는 고전류에 의해 절연층이 파괴되는 안티 퓨즈 메모리 셀.(1) An anti-fuse memory cell operated by light, comprising: a photodiode that receives light and generates current; An anti-fuse including an insulating layer; A switch provided between the photodiode and the anti-fuse, to prevent high current from flowing or not flowing through the anti-fuse; And, according to the state of the anti-fuse, including an output unit for outputting an output signal; When a high current flows through the anti-fuse, the anti-fuse is an anti-fuse memory cell in which the insulating layer is destroyed by high current.
(2) 광다이오드와 연결되는 저항;이 구비되며, 스위치는 게이트를 포함하며, 저항에 의해 스위치의 게이트에 걸리는 전압을 조정하는 안티 퓨즈 메모리 셀.(2) A resistor connected to the photodiode; is provided, the switch includes a gate, and an anti-fuse memory cell that adjusts the voltage across the gate of the switch by a resistor.
(3) 안티 퓨즈는 소스와 드레인을 포함하며, 절연층이 파괴되어 소스와 드레인이 영구적으로 연결되는 안티 퓨즈 메모리 셀.(3) An anti-fuse memory cell comprising a source and a drain, and the insulating layer is destroyed so that the source and drain are permanently connected.
(4) 출력신호는 0과 1인 안티 퓨즈 메모리 셀.(4) The output signal is 0 and 1 anti-fuse memory cell.
(5) 안티 퓨즈가 단락되면 1을 출력하는 안티 퓨즈 메모리 셀.(5) An anti-fuse memory cell that outputs 1 when the anti-fuse is short-circuited.
(6) 전원 및 접지를 포함하며, 저항의 일측은 접지에 연결되고, 타측은 광다이오드 및 스위치와 연결되는 안티 퓨즈 메모리 셀.(6) An anti-fuse memory cell that includes a power supply and ground, one side of the resistor is connected to ground, and the other side is connected to a photodiode and a switch.
(7) 스위치는 드레인을 포함하며, 안티 퓨즈는 게이트를 포함하며, 스위치의 드레인과 안티 퓨즈의 게이트는 연결되는 안티 퓨즈 메모리 셀.(7) The switch includes a drain, and the anti-fuse includes a gate, and the drain of the switch and the gate of the anti-fuse are connected to an anti-fuse memory cell.
(8) 안티 퓨즈는 소스와 드레인을 가지며, 소스와 드레인은 같은 전압을 가지는 안티 퓨즈 메모리 셀.(8) An anti-fuse memory cell having a source and a drain, and the source and drain having the same voltage.
(9) 안티 퓨즈는 소스와 드레인을 가지며, 소스와 드레인은 연결되는 안티 퓨즈 메모리 셀.(9) An anti-fuse memory cell having a source and a drain, and the source and drain are connected.
(10) 저항과 스위치는 병렬로 연결되는 안티 퓨즈 메모리 셀.(10) Resistor and switch are anti-fuse memory cells connected in parallel.
본 개시에 따른 하나의 안티 퓨즈 메모리 셀에 의하면, 빛으로 동작할 수 있도록 한다.According to one anti-fuse memory cell according to the present disclosure, it is possible to operate with light.
본 개시에 따른 또 하나의 안티 퓨즈 메모리 셀에 의하면, 일반적인 CMOS 공정 내에서 제작할 수 있게 된다.According to another anti-fuse memory cell according to the present disclosure, it is possible to manufacture in a general CMOS process.
본 개시에 따른 또 하나의 안티 퓨즈 메모리 셀에 의하면, 1.2V/3.3V의 CMOS 공정을 이용해서 설계가 가능하다. 안티퓨즈에 5V 이상 걸려야 브레이크다운이 일어나는 것이 일반적인데, 고전압이 걸림과 동시에 고전류가 흐르게 하여 확실하게 산화층이 파괴될 수 있도록 하여, 낮은 전력 높은 집적도를 갖는 디바이스를 요구하는 시대의 흐름에 맞추어 그러한 디바이스들에서 고전압을 내기 위한 dc-dc 컨버터 등을 사용하지 않아도 간단한 비휘발성 메모리를 구현할 수 있다.According to another anti-fuse memory cell according to the present disclosure, it is possible to design using a 1.2V / 3.3V CMOS process. It is common for anti-fuse to break down when it takes more than 5V, and such devices are in line with the current trend of demanding devices with low power and high density by allowing high current to flow at the same time as high voltage is applied to reliably destroy the oxide layer. In the field, a simple non-volatile memory can be implemented without using a dc-dc converter to generate a high voltage.
200: 안티 퓨즈 메모리 셀
210: 광다이오드
230: 안티 퓨즈
250: 스위치
270: 출력부
290: 저항
231: 기판
233: n웰
234: 절연층
235: 금속층200: anti-fuse memory cell 210: photodiode 230: anti-fuse 250: switch
270: output 290: resistance 231: substrate 233: n-well
234: insulating layer 235: metal layer
Claims (10)
빛을 받아 전류를 발생하는 광다이오드;
절연층을 포함하는 안티 퓨즈;
광다이오드와 안티 퓨즈 사이에 구비되며, 안티 퓨즈에 고전류가 흐르거나 흐르지 않도록 하는 스위치; 그리고,
안티 퓨즈의 상태에 따라, 출력신호를 출력하는 출력부;를 포함하며,
안티 퓨즈에 고전류가 흐르는 경우, 안티 퓨즈는 고전류에 의해 절연층이 파괴되는 안티 퓨즈 메모리 셀.In the light-operated anti-fuse memory cell,
A photodiode that receives light and generates current;
An anti-fuse including an insulating layer;
A switch provided between the photodiode and the anti-fuse, to prevent high current from flowing or not flowing through the anti-fuse; And,
In accordance with the state of the anti-fuse, an output unit for outputting an output signal; includes,
When a high current flows through the anti-fuse, the anti-fuse is an anti-fuse memory cell in which the insulating layer is destroyed by the high current.
광다이오드와 연결되는 저항;이 구비되며,
스위치는 게이트를 포함하며,
저항에 의해 스위치의 게이트에 걸리는 전압을 조정하는 안티 퓨즈 메모리 셀.The method according to claim 1,
A resistor connected to the photodiode; is provided,
The switch includes a gate,
An anti-fuse memory cell that adjusts the voltage across the switch's gate by a resistor.
안티 퓨즈는 소스와 드레인을 포함하며, 절연층이 파괴되어 소스와 드레인이 영구적으로 연결되는 안티 퓨즈 메모리 셀.The method according to claim 1,
The anti-fuse memory cell includes a source and a drain, and an insulating layer is destroyed to permanently connect the source and the drain.
출력신호는 0과 1인 안티 퓨즈 메모리 셀.The method according to claim 3,
Anti-fuse memory cells with output signals 0 and 1.
안티 퓨즈가 단락되면 1을 출력하는 안티 퓨즈 메모리 셀.The method according to claim 3,
An anti-fuse memory cell that outputs 1 when the anti-fuse is shorted.
전원 및 접지를 포함하며,
저항의 일측은 접지에 연결되고,
타측은 광다이오드 및 스위치와 연결되는 안티 퓨즈 메모리 셀.The method according to claim 1,
Includes power and ground,
One side of the resistor is connected to ground,
The other side is an anti-fuse memory cell connected to a photodiode and a switch.
스위치는 드레인을 포함하며,
안티 퓨즈는 게이트를 포함하며,
스위치의 드레인과 안티 퓨즈의 게이트는 연결되는 안티 퓨즈 메모리 셀.The method according to claim 1,
The switch includes a drain,
Anti-fuse includes a gate,
An anti-fuse memory cell to which the drain of the switch and the gate of the anti-fuse are connected.
안티 퓨즈는 소스와 드레인을 가지며, 소스와 드레인은 같은 전압을 가지는 안티 퓨즈 메모리 셀.The method according to claim 1,
The anti-fuse memory cell has a source and a drain, and the source and drain have the same voltage.
안티 퓨즈는 소스와 드레인을 가지며, 소스와 드레인은 연결되는 안티 퓨즈 메모리 셀.The method according to claim 1,
The anti-fuse memory cell has a source and a drain, and the source and drain are connected.
저항과 스위치는 병렬로 연결되는 안티 퓨즈 메모리 셀.The method according to claim 2,
Anti-fuse memory cells with resistors and switches connected in parallel.
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2019
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