本發(fā)明涉及電路保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用電流編程的電子可編程熔絲電路結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

電子可編程熔絲(efuse-electricallyprogrammingfuse)技術(shù)是根據(jù)多晶硅熔絲特性發(fā)展起來的技術(shù)。隨著efuse的理論與技術(shù)逐漸成熟，efuse的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大。例如，在集成電路中設(shè)計(jì)多個(gè)相同功能的電路模塊作為備份，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)電路模塊有缺陷時(shí)，通過熔絲單元將其燒斷，而使用具有相同功能的另一個(gè)電路模塊取代。又如，設(shè)計(jì)一款通用的集成電路，根據(jù)不同用戶的需求，將不需要的電路模塊通過熔絲單元燒斷，這樣一款集成電路設(shè)計(jì)就可以以經(jīng)濟(jì)的方式制造并適用于不同客戶。

目前最常見的兩種熔斷模式包括熱斷裂(thermalrupture)模式和電遷移(em)模式，現(xiàn)有efuse編程技術(shù)采用電壓編程技術(shù)，電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，電壓編程efuse電路包括熔絲電阻efuse，編程晶體管nm1，編程電壓源vfs。在編程熔絲過程中，當(dāng)電子可編程熔絲處于編程熔絲狀態(tài)時(shí)，efuselink陽極端施加編程電壓源vfs，然后與行地址對應(yīng)的字線信號(wl)為高電平時(shí)選中其中的某一行打開編程晶體管nm1，通過熱斷裂(thermalrupture)現(xiàn)象改變?nèi)劢zefuse的物理結(jié)構(gòu)，由未被編程之前的低阻抗?fàn)顟B(tài)變成高阻抗?fàn)顟B(tài)，實(shí)現(xiàn)對熔絲efuse的編程。

傳統(tǒng)的用電壓編程efuse結(jié)構(gòu)電路圖雖然可以熔斷efuse熔絲電阻，但由于電流過大，多晶硅電熔絲局部聚集的熱量非常大，導(dǎo)致多晶硅電熔絲爆裂。如果此時(shí)多晶硅熔絲出現(xiàn)過編程，會(huì)導(dǎo)致金屬鏈上的大部分金屬硅化物還沒遷移，那么熔斷后阻值小，可靠性也非常低。導(dǎo)致產(chǎn)生部分低電阻狀態(tài)，造成實(shí)際使用上諸多的不便利。

電遷移技術(shù)只需要很小的電流就可以實(shí)現(xiàn)編程熔絲，通過電遷移后efuse熔斷阻值非常大，且熔斷阻值對時(shí)間和溫度的影響不大，其穩(wěn)定性和可靠性的關(guān)鍵因素是提供精確和穩(wěn)定的熔斷電流，但是工藝和環(huán)境的變化往往會(huì)影響熔斷電流的精確度和穩(wěn)定性，從而造成電子可編程熔絲電路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種采用電流編程的電子可編程熔絲電路結(jié)構(gòu)，采用電遷移機(jī)理編程熔絲，具有熔斷阻值增大、編程熔絲電路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠的優(yōu)良特性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種采用電流編程的電子可編程熔絲電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括矩陣單元、電流鏡和基準(zhǔn)電流源產(chǎn)生電路，所述基準(zhǔn)電流源產(chǎn)生電路產(chǎn)生的基準(zhǔn)電流經(jīng)過所述電流鏡成比例放大為編程電流，上述編程電流控制所述矩陣單元進(jìn)行編程熔絲。

進(jìn)一步地，所述矩陣單元包括m×n個(gè)熔絲單元、n個(gè)列選單元和譯碼單元，所述n個(gè)列選單元分別和n列熔絲單元連接，所述列選單元包括列選晶體管，所述列選晶體管一端連接電流鏡的輸出端，另一端連接位于該列選晶體管所在列的熔絲單元，所述熔絲單元包括熔絲電阻和編程晶體管，所述熔絲電阻的一端連接所在列的列選晶體管，另一端連接該熔絲單元中的編程晶體管，同時(shí)所述編程晶體管的另一端接地，所述譯碼單元用于確定需要進(jìn)行編程熔絲的熔絲單元所在的行列位置，其中，m和n均為正整數(shù)。

進(jìn)一步地，所述列選晶體管為pmos列選晶體管。

進(jìn)一步地，所述編程晶體管為nmos編程晶體管。

進(jìn)一步地，所述譯碼單元包括行譯碼單元和列譯碼單元，所述列譯碼單元用于確定需要進(jìn)行編程熔絲的熔絲單元所在的列，并控制該列中的列選晶體管打開；所述行譯碼單元用于確定需要進(jìn)行編程熔絲的熔絲單元所在的行，并控制該熔絲單元中編程晶體管打開。

進(jìn)一步地，當(dāng)電子可編程熔絲電路結(jié)構(gòu)處于編程操作狀態(tài)時(shí)，基準(zhǔn)電流源產(chǎn)生電路產(chǎn)生的基準(zhǔn)電流經(jīng)過電流鏡成比例放大為編程電流，然后列譯碼單元將需要編程熔絲的熔絲單元所在列的位線選擇信號(blselb)設(shè)置為低電平信號，并打開該列的列選晶體管，同時(shí)行譯碼單元將需要編程熔絲的熔絲單元所在行的字線信號(wl)設(shè)置為高電平信號，打開該熔絲單元中的編程晶體管，此時(shí)，編程電流控制該熔絲單元的編程晶體管進(jìn)行電流編程熔絲，熔絲電阻從低阻抗?fàn)顟B(tài)變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。

進(jìn)一步地，所述熔絲電阻被編程熔絲之后熔斷阻值大于1兆歐。

進(jìn)一步地，當(dāng)電子可編程熔絲電路結(jié)構(gòu)處于讀操作狀態(tài)時(shí)，基準(zhǔn)電流源產(chǎn)生電路和電流鏡不工作，列譯碼單元將所有列的位線選擇信號(blselb)設(shè)置為高電平信號，關(guān)閉所有列的列選晶體管，同時(shí)行譯碼單元將需要讀取的熔絲單元所在行的字線信號(wl)設(shè)置為高電平信號，打開該熔絲單元的編程晶體管，此時(shí)，在外加的讀取電壓下，若該熔絲單元已被編程熔絲，則讀取端出現(xiàn)高阻抗?fàn)顟B(tài)，若該熔絲單元未被編程熔絲，則讀取端的電壓值等于參考接地電壓。

進(jìn)一步地，編程電流范圍為6-10ma。

本發(fā)明的有益效果為：通過電流鏡將基準(zhǔn)電流源產(chǎn)生電路產(chǎn)生的基準(zhǔn)電流成比例地放大為編程電流，不僅為編程電路提供了穩(wěn)定可靠的編程電流；而且電流鏡電路能夠很好的工作在一個(gè)較寬的編程電壓范圍下，這樣可以有效地節(jié)省從新開發(fā)efuse存儲(chǔ)單元的研發(fā)成本；采用編程電流控制熔絲電阻的熔斷，將傳統(tǒng)編程熔絲技術(shù)中的熱斷裂機(jī)理改變?yōu)殡娺w移機(jī)理，使得熔絲電阻被編程熔絲之后的熔斷阻值大大增加。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中電壓編程的電子可編程熔絲電路結(jié)構(gòu)的電路圖。

圖2為電流編程的電子可編程熔絲電路結(jié)構(gòu)的電路圖。

圖3(a)為電壓編程為2.5v時(shí)，經(jīng)過電壓編程后熔絲電阻的斷面圖。

圖3(b)為電流編程為7ma時(shí)，經(jīng)過電流編程后熔絲電阻的斷面圖。

圖4(a)為電壓編程為2.5v時(shí)，經(jīng)過電壓編程后熔絲電阻的阻值分布圖。

圖4(b)為電流編程為7ma時(shí)，經(jīng)過電流編程后熔絲電阻的阻值分布圖。

圖5為本發(fā)明電流編程的電子可編程熔絲電路結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖2所示，采用電流編程的熔絲電路結(jié)構(gòu)，包括熔絲電阻efuse，編程晶體管nm1，編程電流源ipgm，熔絲電阻efuse的陽極端anode連接編程電流源，熔絲電阻efuse的陰極端cathode連接編程晶體管nm1，編程晶體管nm1的另一端接地，同時(shí)柵極連接字線信號wl。當(dāng)熔絲電阻efuse進(jìn)行編程動(dòng)作時(shí)，編程電流源ipgm向熔絲電阻efuse的陽極端anode施加編程電流，然后行譯碼單元將該電路中的字線信號wl選為高電平信號，此時(shí)編程晶體管nm1打開，通過電遷移現(xiàn)象改變?nèi)劢z電阻efuse的物理結(jié)構(gòu)，由之前的低阻抗?fàn)顟B(tài)變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)，實(shí)現(xiàn)對熔絲電阻efuse的熔絲編程。

多晶硅熔絲編程有兩種不同機(jī)制，分別為熱斷裂機(jī)制和電遷移機(jī)制，采用電壓編程為熱斷裂機(jī)制，就是短時(shí)間注入多晶硅熔絲的能量非常大，多晶硅電熔絲局部聚集的熱量非常大，導(dǎo)致多晶硅電熔絲爆裂。若此時(shí)多晶硅熔絲出現(xiàn)過編程，金屬鏈上的大部分金屬硅化物還沒遷移，那么熔斷后阻值小，可靠性也非常低。電遷移機(jī)制只要采用較小的電流就能實(shí)現(xiàn)編程熔絲，在較小的電流下多晶硅熔絲編程主要是電遷移機(jī)制引起的，而且熔斷后阻值為兆歐姆，且不易恢復(fù)。

如圖3、圖4所示，在其他工藝條件相同的情況下，分別采用2.5v的編程電壓和7ma的編程電流對編程電路中熔絲電阻進(jìn)行編程熔絲，并基于hlmc55lp工藝平臺(tái)，搭建efusetqv測試電路，圖3(a)為電壓編程為2.5v時(shí)，經(jīng)過電壓編程后熔絲電阻的斷面圖；圖3(b)為電流編程為7ma時(shí)，經(jīng)過電流編程后熔絲電阻的斷面圖；圖4(a)電壓編程為2.5v時(shí)，經(jīng)過電壓編程后熔絲電阻的阻值分布圖；圖4(b)為電流編程為7ma時(shí)，經(jīng)過電流編程后熔絲電阻的阻值分布圖。對比之后，可以看出，采用編程電壓控制的熔絲電阻在熔斷后熔絲電阻的陽極端因?yàn)榫奂臒崃糠浅４?，?dǎo)致陽極端產(chǎn)生輕微爆裂，如圖3(a)所示，同時(shí)，因?yàn)榻饘冁溕系拇蟛糠纸饘俟杌镞€沒遷移，導(dǎo)致熔斷后的阻值低，只有8k左右，可靠性也非常低，如圖4(a)所示。而采用編程電流控制的熔絲電阻在熔斷后金屬鏈上的金屬硅化物完全發(fā)生電遷移，如圖3(b)所示，并且熔斷阻值最小在1兆歐姆左右，如圖4(b)所示。

本發(fā)明提供的一種采用電流編程的電子可編程熔絲電路結(jié)構(gòu)，將圖2中電流編程的熔絲電路結(jié)構(gòu)并聯(lián)起來，包括矩陣單元、電流鏡和基準(zhǔn)電流源產(chǎn)生電路，基準(zhǔn)電流源產(chǎn)生電路產(chǎn)生的基準(zhǔn)電流經(jīng)過電流鏡成比例放大為編程電流，編程電流控制所述矩陣單元進(jìn)行編程熔絲。

矩陣單元包括m×n個(gè)熔絲單元、n個(gè)列選單元和譯碼單元，所述n個(gè)列選單元分別和n列熔絲單元連接，所述列選單元包括列選晶體管，所述列選晶體管一端連接電流鏡的輸出端，另一端連接位于該列選晶體管所在列的熔絲單元，所述熔絲單元包括熔絲電阻和編程晶體管，所述熔絲電阻的一端連接所在列的列選晶體管，另一端連接該熔絲單元中的編程晶體管，同時(shí)所述編程晶體管的另一端接地，所述譯碼單元用于確定需要進(jìn)行編程熔絲的熔絲單元所在的行列位置。譯碼單元包括行譯碼單元和列譯碼單元，列譯碼單元用于確定需要進(jìn)行編程熔絲的熔絲單元所在的列，并控制該列中的列選晶體管打開；行譯碼單元用于確定需要進(jìn)行編程熔絲的熔絲單元所在的行，并控制該熔絲單元中編程晶體管打開。

如圖5所示，一種采用電流編程的電子可編程熔絲電路結(jié)構(gòu)的電路圖如圖5所示，包括矩陣單元、電流鏡和基準(zhǔn)電流源產(chǎn)生電路ibiasgenerator，基準(zhǔn)電流源產(chǎn)生電路產(chǎn)生的基準(zhǔn)電流ibias經(jīng)過電流鏡成比例放大為編程電流ipgm，編程電流控制所述矩陣單元進(jìn)行編程熔絲。矩陣單元包括m+1行和n+1列熔絲單元、n+1個(gè)列選單元和譯碼單元，譯碼單元在圖中未顯示，m+1行熔絲單元從下往上依次為第0行、第1行……第m行，n+1列熔絲單元從左往右依次為第0列、第1列……第n列。列選單元包括列選晶體管pmos，列選晶體管pmos一端連接編程電流ipgm，另一端連接位于該列選晶體管pmos所在列的熔絲單元，熔絲單元包括熔絲電阻efuse和編程晶體管nmos，熔絲電阻efuse的一端連接所在列的列選晶體管pmos，另一端連接所述編程晶體管nmos，同時(shí)編程晶體管nmos的另一端接地。譯碼單元包括行譯碼單元和列譯碼單元，列譯碼單元發(fā)出位線選擇信號blselb，用于確定需要進(jìn)行編程熔絲的熔絲單元所在的列，并控制該列中的列選晶體管pmos打開；行譯碼單元發(fā)出字線信號wl，用于確定需要進(jìn)行編程熔絲的熔絲單元所在的行，并控制該熔絲單元中編程晶體管nmos打開。

當(dāng)電子可編程熔絲電路結(jié)構(gòu)處于編程操作狀態(tài)時(shí)，基準(zhǔn)電流源產(chǎn)生電路ibiasgenerator產(chǎn)生的基準(zhǔn)電流ibias經(jīng)過電流鏡成比例放大為編程電流ipgm，編程電流ipgm的范圍為6-10ma。然后列譯碼單元將需要編程熔絲的熔絲單元所在列的位線選擇信號blselb設(shè)置為低電平信號，并打開該列的列選晶體管pmos，同時(shí)行譯碼單元將需要編程熔絲的熔絲單元所在行的字線信號wl設(shè)置為高電平信號，打開該熔絲單元中的編程晶體管nmos，此時(shí)，編程電流ipgm控制該熔絲單元的編程晶體管nmos進(jìn)行電流編程熔絲，通過電遷移機(jī)制改變?nèi)劢z電阻efuse的物理結(jié)構(gòu)，由未被編程的低阻抗?fàn)顟B(tài)變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。

當(dāng)電子可編程熔絲電路結(jié)構(gòu)處于讀操作狀態(tài)時(shí)，基準(zhǔn)電流源產(chǎn)生電路ibiasgenerator和電流鏡不工作，列譯碼單元將所有列的位線選擇信號blselb設(shè)置為高電平信號，關(guān)閉所有列的列選晶體管pmos，同時(shí)行譯碼單元將需要讀取的熔絲單元所在行的字線信號wl設(shè)置為高電平信號，打開該熔絲單元的編程晶體管nmos，此時(shí)，在外加的讀取電壓下，若該熔絲單元已被編程熔絲，則讀取端bl出現(xiàn)高阻抗?fàn)顟B(tài)，若該熔絲單元未被編程熔絲，則讀取端bl的電壓值等于參考接地電壓。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述實(shí)施例并非用于限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，因此凡是運(yùn)用本發(fā)明的說明書所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。