TW434558B - Anti-fuse programming circuit using variable voltage generator - Google Patents

Description

434558 五、發明說明（1) 本發明是有關於反嫁絲編程電路，且特別是有關於一 種反炼絲編程電路，其可以藉由内部電壓源電壓的改變而 編程反溶絲’進而增加編程效率、並可以藉由回授環路的 使用而避免在編程反熔絲時的漏電流，進而降低功率消 耗。 一般熔絲，在通過電流超越一既定值時，會因生成高· 溫而熔斷，進而形成一開路以保護關聯的裝置。 另外，熔絲亦可用在記憶體裝置的冗餘電路中，使錯 誤線（Failed line)得以多餘線（Sp are line)取代。要編 程使用的熔絲，目前已提出有數種方法。舉例來說，電性 •溶絲方法（E 1 e c t r i c a 1 f u s e m e t h 〇 d )便是施加過量電流 (Overcurrent)以熔斷熔絲，而雷射切割方法（Laser cutting method)則是施加雷射光束以熔斷熔絲。 在上述方法中，雷射切割方法，因簡單、可靠、容易 安排’而廣為採用。在這個例子中’熔絲是以複晶矽線或 金屬線所製成。 過直電流的切割方法則需要高電流驅動器及溶絲熔塾 (Fuse blowing pad)，因此會佔去較大面積。另外，剩餘 物（Residue)亦會在切割後殘留，造成關閉現象 (Swi*tch_off phenomenon) 〇 利用雷射光束切割複晶矽的例子中’要精確施加雷射 光束至複晶矽時可能會發生錯誤’且剩餘物亦會在切割後 殘留。在這個例子中，雷射切割方法需要大量處理時間， 且不易精確實施。另外，這種方法亦無法在封裝階段修

第5頁 434558 五、發明說明（2) 復’導致可靠度的降低。 熔辞為ΪΪΐΪ問題，㉛來乃提出一種新元件，所謂的反 H 其可在封裝階段輕易地編程。 反熔絲的編程是連接（Interconnect)上電極及下電 J。說，反熔絲是在上電極及下電極間形成絕緣 層’使可以介電崩潰電壓⑽旧士 ^…刪 age ’即上電極及下電極的電壓差，輕易打斷。 由此觀點，反熔絲的編程是連接兩電，一 的編程則是將兩電極彼此切斷。 而瓜熔絲 因此，可以編程熔絲、並確認編程結果的電路便有其 需要。 根據上述問題，本發明的目的是提供一種反熔絲編程 電路，其可以藉由内部電壓源電壓的改變以 熔呼、 並阻隔電流路經以降低電流消耗。 反熔4 且根據本發明，本發明乃提供一種反熔絲編程電路，其 具有：一可變電壓源，根據一編程信號以改變其輸出電、 壓I 一緩衝器，造成該可變電壓源之該輸出電壓之些微變 動，一操作切換部，以該可變電壓源之該輸出電壓預充電 該反炫絲編程電路；一反熔絲，連接該操作切 供施一 曰 1 W ^

應一過量電流時介電崩潰；一感應信號輸入部，輪入_ f應信號以確認該反熔絲之編程狀態；一崩潰電壓供應 部’供應該可變電壓源之該輸出電壓以介電崩潰該反炼 絲；:輸出部’根據該感應信號輸入部之該感應信號以輪 出一#號’藉以表示該反熔絲之編程狀態；一電流阻隔月J

第6頁 434558 五、發明說明（3) 部’根據該輸出部之一4Φ ^ ιΜ τίϋ tf- / 丨之椏制“唬以阻隔自該崩潰電壓供應 部至该炼絲之一雷流政姆* n tt _a _ + k μ # π、 問鎖部，根據該輸出部 電壓。 反落糸穩固在该可變電壓源之該輸出 …分之一操作電壓時維持絕緣狀態、並在源 電壓時介電崩潰。 可變電壓源裝置在正常狀態時輸出二分之一操作電 Ϊ罟ί = 2時輸出源電屋。在正常狀態時，操作切換 ^‘1 壓源裝置的二分之一操作電壓預充電反炫 絲j程電路。閃鎖裝置則將反炼絲的電壓穩固在可變電壓 源裝置的輸出電壓。 =述預充電狀態下冑入編程信號以編程反熔絲， 則可受電壓源裝置的輪出電壓會上升至源電壓。也就是 說，可變電Μ源裝置的輸出電S會由二分之一操作電愿變 成源電壓。崩潰電壓供應裝置會提供可變電壓源裝置的源 電壓至反熔絲，藉以介電崩潰及編程反熔絲。 若在反嫁絲已編程的狀態下輸入感應信號，藉以確認 反熔絲的編程狀態，則輸出裝置會輸出信號以表示反熔絲 的編程狀態。 反炼絲的介電崩潰狀態可能會導致自崩潰電壓供應褒 置至反熔絲之電流路徑之形成。此時，電流阻隔裝置的功 用則是根據輸出裝置之控制信號阻隔電流路徑，藉以避免 進一步的電流消耗。 緩衝裝置連接可變電壓源裝置的輸出端，藉以避免預

434558 五、發明說明（4) 充4 €電壓的驟變。這亦使低電壓的反熔絲編程變得可能。 為該本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易 僅’下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明 如下： [圖式簡單說明] 第1圖是本發明—實施例之反熔絲編程電路結構之電 路圖； 第2圖是第1圖反熔絲編程電路之輸入/輸出信號之模 擬結果圖；以及 第3圖是第1圖反熔絲編程電路中可變電壓源之輸入/ 輸出信號之模擬結果圖。 符號說明 1 0〜可變電壓源；1 〇 2〜切換部；2 〇〜緩衝器；3 0〜操作 切換4 ’ 4 0 ~感應信號輸入部；5 〇〜崩潰電壓供應部；6 〇〜 電流阻隔部，· 70〜閂鎖部；80〜輸出部；90〜反熔絲。 [實施例] 第1圖是本發明一實施例之反熔絲編程電路結構之電 路圖，其應用於一記憶體裝置。 凊參考第1圖，可變電壓源1 〇具有切換部i 〇 2以將可變 電壓源10的輸出信號，根據一編程信號pgm及互補的編程 信號pgmb而切換至源電壓VCC及二分之一操作電壓HVC(： 任一。 切換部102會在編程狀態輸出源電壓vcc，及在正常狀 態輸出二分之一操作電壓叮“ β為此，切換.部ι〇2具有第

第 8 買 ' ----— 434558

出端PVCC之間、並根據互補的編程信號pgmb 2 =二隱電晶體P2，連接於二分之—操作電M似及 輸出端PVCC之間、並根據編程信號PGM以進行切換。 緩衝器20連接於可變電壓源10之輸出端pvcc'。 20具有一大電容NM0S電容C1以作為逆電容（Reverse衝时 capacitor)，其連接至地點電壓端。反電容的作用是允許 可變電壓源1 0的輸出信號可以根據基於反電容之時間常數 而緩慢變動於0V及二分之一操作電壓HVCC之間戍二分一 操作電壓HVCC及源電壓VCC之間。

mV 緩衝器20之上述動作在正常狀態並不重要但在杳 反熔絲90是否具有突發信號（Abrupt signal)時卻很重一 要0 理由是：反熔絲90在介電崩潰前之作用相當於一個電 容，所以當源電壓VCC出現突發變動時，電流便會通過反 熔絲90。因此，在編程反熔絲時所需之高壓乃成為缺點。 操作切換部30是以可變電壓源10的輸出電壓來預充電 反熔絲編程電路。為此，操作切換部3〇具有第SPM〇s 體P3。 第二PM0S電晶體P3的没極連接可變電壓源1〇的輸出端

PVCC，源極連接反熔絲90 —端，閘極則輸出互補的預充電^ 信號prechb。 I 反溶絲90 —端及第三PM0S電晶體P1源極的共同連接點 (Common connection point)隨後稱為節點a。 感應信號輸入部40具有NM0S電晶體N1，其汲極連接溶

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感應信號輸入部40具有NMOS電晶體N1，其汲極連接熔 絲90的另一端，源極連接地點電壓端，閘極則輸入一錯 位址信號ADDR。 崩=電壓供應部50是用來將可變電壓源1〇的輸出電壓 供應至節點a ^為此，崩溃電壓供應部5〇具有第六㈣⑽ 晶體P6。 電流阻隔部60是用來中斷（interrupt)來自崩潰電壓 — 供應部50之崩潰電壓，藉以在編程反熔絲9〇後阻隔自崩潰 電壓供應部50至反熔絲90的電流路徑。為此’電流阻隔部 60具有第五PM0S電晶體P5。 第六PM0S電晶體P6的汲極連接可變電壓源1〇的輸出端 J P V C C，源極連接第五p Μ 〇 S電晶體p 5的汲極’閘極則輸入互 補的編程信號pgmb。第五PM0S電晶體Ρ5的源極連接節點 a，閘極則輸入回授自輸出部80中第一反相器INV1的輸出 信號’其乃是將節點a的電壓反相。 第一反相器INV1是以可變電壓源1〇的輸出電塵致能。 換句話說，第一反相器在編程狀態時是以源電壓致 能’在正常狀態時則是由二分之—操作電壓HVCC致能。 閂鎖部70是用來將可變電壓源1〇的輸出電壓供應至節 點a，藉以穩定節點a的電壓位準為此，閂鎖部7〇具有第I」 四PM0S電晶體P4 ’其汲極連接可變電壓源1〇的輸出端 PVCC，源極連接節點a ’閘極則連接第一反相器I NV1的輸 出端。 第一反相器INV1連接反熔絲9 0 —端（或節點a )，並利

第10頁 434558 五、發明說明（7) 用可變電壓源10的輸出電壓pvcc致能以反相節點a的電壓 位準。輸出部80亦具有第二反相器INV2，其利用可變電壓 源ίο的輸出電壓pvcc致能，藉以反相第一反相器INV1的輸 出信號°利用此結構’輪出部8〇可用以輸出節點a的電壓 狀態。 輸出部80的輸出信號在正常狀態時為高位準，在編程 反炼絲90時則根據施加於感應信號輸入部4〇之位址信號 ADDR而為低位準。 第2圖是第1圖反熔絲編程電路之輸入/輸出信號之模 擬結果圖。 本發明上述反熔絲編程電路結構的操作將配合第2圖 詳細說明如下。 首先’在正常狀態下，編程信號pgin為低電壓，且互 補編程信號pgmb為高電壓。 此時’在可變電壓源10中’第一PM〇s電晶體ρι會關 閉’且第二PMOS電晶體P2會開啟，使二分之一操作電壓 HVCC傳送至輸出端pVCC。 換句話說’可變電壓源丨〇的功用就是在正常狀態輸出 一分之一操作電壓HVCC ’及在編程狀態輸出源電壓VCC。 這樣可以避免高電壓在正常狀態時施加至反熔絲編程 電路’進而降低正常狀態時的電流消耗。 此時’若互補預充電信號prechb變成低電壓以預充電 反熔絲編程電路，操作切換部3〇之第三pM〇S電晶體p3會開 啟以供應可變電壓源i 0的輸出電壓至節點a。

第11頁 434558 五、發明說明（8) 變成高電壓。輸 壓HVCC之位準， 壓HVCC致能。

出部80之此尚壓輸出具有二分之_操作胃 因為第二反相器JNV2是由二分之—操作電 若互補的預充電信號prechb在上述預充電條件下變成 高電壓’第三PM〇S電晶體會關閉，且二分之一操作電壓 HVCC不會施加至節點&。此時，節點a是由閂鎖部7〇維持在 二分之一操作電壓HVCC之預充電狀態。 電流阻隔部6〇的第五PMOS電晶體P5會根據第—反相器 INV1回授之低位準輸出而維持在開啟狀態。 此時，若錯誤位址信號ADDK變成高位準以感應反炼絲 90的編程狀態’ NMOS電晶體N1會開啟。不過，因^反熔’絲 9 0沒有介電崩潰’節點a不會被充電，故輸出部8〇 repb亦不會有變動。 隨後’當編程信號pgm變成高位準以編程反炼絲9 〇 時，互補的編程信號pgmb會變成低位準。因此，在可變電 壓源ίο中，第一pmos電晶體P1會開啟且第二PM0S電晶體p2 會關閉，藉以使輸出電壓PVCC基於緩衝器20之時間常數上 升至源電壓VCC。 第六PMOS電晶體P6亦會根據互補的編程信號pgmb開啟 以供應可變電壓源10輸出端PVCC之源電壓VCC至節點a。因 此，自節點a經由反炼絲90及開啟nm〇S電晶體Ml至地點電 壓k之電流路徑便形成’造成反炼絲g q的介電崩潰。 若反惊絲9 0在上述情况下介電崩潰，節點&會自高電 壓變成低電壓’然後再以第一反相器INV1由低電壓反相成

43455S 五、發明說明（9) '' 高電壓。因此，電流阻隔部60之第五PMOS電晶體P5及問鎖 部70之第四PMOS電晶體P4會關閉以使源電壓VCC不會供應 至節點a。 然後’節點a的電壓便依序由第一反相器INV1及第_ 反相器INV2反相，使輸出部80的輸出repb變成低電壓。此 意味著’反熔絲9 0的編程狀態為正常。

第3圖是可變電壓源1〇之輸出變動之模擬結果圖。如 圖中所示’輸出電壓PVCC之上升會根據缓衝器20中逆電容 的時間常數而延遲’即使編程信號pgm及互補的編裎信號 Pgmb突然變動。 U 在這種情況下’可變電壓源1 〇的輸出電壓會在緩衝器 20的幫助下和緩變動。這可以避免反熔絲編程電路因突發 之電壓變動而造成錯誤操作。 由上述可知’根據本發明，反熔絲可於半導體裝置之 封裝階段時’在介電崩潰的情況下編程以連接兩電極。這 亦改善了單位成本及可靠度。 再者，在編程反熔絲時使用可變電壓源，故源電壓 (或高電壓）不會持續施加於反熔絲編程電路。另外，電源 供應會在反熔絲之介電崩潰後阻隔，此亦可大幅降低電流 >肖耗。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明’任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，當可作更動與潤飾’因此本發明之保護範圍 當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

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Claims (1)

1. 434558 六、申請專利範圍 1 · 一種反熔絲編程電路，包括： 電 一可變電壓源裝置，根據一蝙程信號以改 壓； 丹输出 該輸出電壓之 一緩衝裝置’造成該可變電麗源裝置之 些微變動； < 一操作切換裝置，以該可變電壓源裝置之該輪 預充電該反熔絲編程電路； π歷 一反炼絲’連接該操作切換裝置，會在供應一過量電 流時介電崩潰； 一感應信號輸入裝置，輸入一感應信號以確認該反溶 絲之編程狀態； 一崩潰電壓供應裝置，供應該可變電壓源裝置之該輸 出電壓以介電崩潰該反熔絲； _ 一輸出裝置’根據該感應信號輸入裝置之該感 以輸出一信號’藉以表示該反熔絲之編程狀態； 以降 一電流阻隔裝置，根據該輸出鈇置之一控制信據及 隔自該崩潰電壓供應裝置至該熔絲之一電流路徑；^該反 一閂鎖裝置，根據該輸出裝置之該控制信號以 熔絲穩固在該可變電壓源裝置之該輸出電壓。 2.如申請專利範圍第1項所述的反熔絲編程電β ^ 中該可變電壓源裝置具有一切換裝置，根據該編^: 切換該可電壓源裝置之該輸出電壓至源電壓或二匆

   作電壓。 3 ·如申請專利範圍第2項所述的反熔絲編

   第U頁 434558 六、申請專利範圍 中該切換裝置具有‘ 一第一PMOS電晶體，連接於〆源電壓端及該可變電壓 源裝置之一輪出端之間，根據/彡補的編程信號以進行切 換；以及 二分之一操作電壓端及 ，根據該編程信號以進

   一第二PMOS電晶體，連接於/ 該可變電壓源裝置之該輸出端！間 行切換。

   4·如申請專利範圍第丨項所述的反熔絲編程電路，其 中該緩衝裝置具有一逆電容器，速接於該可變電壓源裝置 之輸出端及一地點電壓端之間。 5 ·如申請專利範圍第1項所述的反熔絲編程電路’其 中該操作切換裝置具有—PM〇s電晶體，連接於該可變電壓 源裝置之—輸出端及該反炼絲之間、並根據一預充電信號 以操作。 6♦如申請專利範圍第1項所述的反熔絲編程電路’其 該感應信號輸出裝置具有一NMOS電晶體，連接於該反熔 、’、及地點電壓端之間、並根據該感應信號以操作。 由兮^如申請專利範圍第1項所述的反熔絲編程電路，其 k崩潰電壓供應裝置具有一PM〇s電晶體，連接於該可變

   站C源骏置之一輸出端及該電流阻隔裝置之間、並根據該 編程信號以操作。 + β 如申請專利靶圍第1項所述的反熔絲編程電路，其 中該輪出裴置具有： 第一反相器’連接該熔絲並以該可變電壓源裝置之

   第15頁 434558 六、申請專利範圍 # # 該輸出電壓致能’用來反相該反熔絲之一輸出信號、並輸 出其反相信號以作為該控制信號；以及 一第二反相器’以該可變電壓源裝置之該輸出電壓致 能，用來反相該第一反相器之該控制信號、並輸出其反相 信號以作為該仏號，藉以表示該反熔絲之編程狀態。 9.如申明專利範圍第丄項所述的反熔絲編程電路，其 中該電流阻隔裝置具有—PMnc步„ ^ & .也+网、 供應裝置之一輸出端電晶體’連接於該崩潰電堡 該控制信號以操作錢絲之間、並根據該輸出裝置之 1 0 .如申請專利範圍第1 中該閃鎖裝置具有—PM〇s電 變電壓源裝置之一輸出端之 制信號以操作。 項所述的反嫁絲編程電路，其 晶體’連接於該反熔絲及該可 間 '並根據該輸出裝置之該控 11

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