阅读说明：本技术 电可编程熔丝系统及其编程方法、读取方法 (Electrically programmable fuse system and programming method and reading method thereof ) 是由 晏颖 金建明 于 2020-07-31 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种电可编程熔丝系统及其编程方法、读取方法,所述电可编程熔丝系统包括存储模块和参考模块。所述存储模块包括多个存储单元和多个第一比较器,所述多个存储单元呈阵列式排布。所述参考模块包括呈线性排布的多个参考单元和一个第二比较器。本发明在每行存储单元中连接一个参考单元以形成一参考模块,且所述参考模块的电路设计与每列所述存储单元的电路设计相同,故不仅在排版上能够节约版图面积,在制版过程中还易统一操作。此外,在读取每行所述存储单元的数据时,仅需读取一次所述参考模块的参考电流值作为存储电流值的统一比较值即可,不仅读取的功耗低,还能保证参考电流值的一致性,以提高读取的可靠性。(The invention provides an electrically programmable fuse system, a programming method and a reading method thereof. The storage module comprises a plurality of storage units and a plurality of first comparators, wherein the storage units are arranged in an array form. The reference module comprises a plurality of reference units which are linearly arranged and a second comparator. In the invention, each row of storage units is connected with one reference unit to form a reference module, and the circuit design of the reference module is the same as that of each row of storage units, so that the layout area can be saved in typesetting, and the unified operation is easy in the process of making the layout. In addition, when the data of each row of the storage units are read, the reference current value of the reference module is only needed to be read once to serve as a unified comparison value of the storage current values, so that the read power consumption is low, the consistency of the reference current values can be ensured, and the read reliability is improved.)

电可编程熔丝系统及其编程方法、读取方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种电可编程熔丝系统及其编程方法、读取方法。

背景技术

电可编程熔丝(Electrically Programmable fuse，Efuse)技术是利用电迁移(Electromigration，EM)特性发展起来的一项技术。电熔丝的初始电阻值很小，当有大电流经过电熔丝时，电熔丝被熔断，其电阻值倍增，为高阻态。被熔断的电熔丝将永久的保持断开状态，而未被熔断的电熔丝则依然为导通状态，即为低阻态。因此，由电熔丝构成的储存单元阵列为一次性编程器件，其通过电熔丝的熔断来编程，以获取对应的逻辑值。

但为满足存储容量扩大的需求，现有的电可编程熔丝阵列在增加存储单元来扩大容量的同时，会出现版图面积过大，整体功耗增大的问题，这不仅会影响存储数据读取的可靠性，还不利于器件微小化的发展。

因此，需要一种新的电可编程熔丝系统，来解决版图面积占用较大以及读取操作功耗高的问题，从而提高器件的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电可编程熔丝系统及其编程方法、读取方法，以解决版图面积占用较大以及读取操作功耗高的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电可编程熔丝系统，所述电可编程熔丝系统包括存储模块和参考模块；所述存储模块包括多个存储单元和多个第一比较器，所述多个存储单元呈阵列式排布；所述参考模块包括呈线性排布的多个参考单元和一个第二比较器；其中，

同一行各所述存储单元通过一字线与同一所述参考单元连接，同一列各所述存储单元通过一位线与同一所述第一比较器连接；所述多个参考单元通过一位线与所述第二比较器连接。

可选的，在所述的电可编程熔丝系统中，每个所述存储单元和每个所述参考单元均包括电熔丝和控制管。

可选的，在所述的电可编程熔丝系统中，所述电熔丝的一端与所述控制管的漏极连接，所述电熔丝的另一端连接至所述位线。

可选的，在所述的电可编程熔丝系统中，同一行各所述存储单元中的所述控制管的栅极以及与该行连接的所述参考单元的所述控制管的栅极均连接至与该行所述存储单元连接的所述字线上。

可选的，在所述的电可编程熔丝系统中，所述存储单元和所述参考单元中的所述控制管的源极均接地。

可选的，在所述的电可编程熔丝系统中，所述第二比较器与每一所述第一比较器连接。

可选的，在所述的电可编程熔丝系统中，所述第一比较器的数量等于所述存储模块的列数；所述参考单元的数量等于所述存储模块的行数。

基于同一发明构思，本发明还提供一种电可编程熔丝系统的编程方法，包括：与待编程所述存储单元连接的位线接入第一电压信号，与待编程所述存储单元连接的字线接入第二电压信号，以完成对单个所述存储单元的编程。

可选的，在所述的电可编程熔丝系统的编程方法中，其特征在于，所述第一电压信号为恒定电压，所述第二电压信号为脉冲电压。

基于同一发明构思，本发明还提供一种电可编程熔丝系统的读取方法，包括：

与待读取的一行存储单元连接的字线接入第三电压信号，以导通与所述字线连接的该行各所述存储单元及所述参考单元；

与该行各所述存储单元连接的所述第一比较器获取对应的存储电流值，与所述参考单元相连接的所述第二比较器获取参考电流值；

所有所述第一比较器比较各自所述存储电流值与参考电流值的大小，并转化为逻辑值输出，以完成该行所述存储单元的读取。

综上所述，本发明提供一种电可编程熔丝系统及其编程方法、读取方法，所述电可编程熔丝系统包括存储模块和参考模块。所述存储模块包括多个存储单元和多个第一比较器，所述多个存储单元呈阵列式排布。所述参考模块包括呈线性排布的多个参考单元和一个第二比较器。同一行各所述存储单元通过一字线与同一所述参考单元连接，同一列各所述存储单元通过一位线与同一所述第一比较器连接。所述多个参考单元通过一位线与所述第二比较器连接。本发明在每行存储单元中连接一个参考单元以形成一参考模块，且所述参考模块的电路设计与每列所述存储单元的电路设计相同，故不仅在排版上能够节约版图面积，在制版过程中还易统一操作。此外，在读取每行所述存储单元的数据时，仅需读取一次所述参考模块的参考电流值作为存储电流值的统一比较值即可，不仅读取的功耗低，还能保证参考电流值的一致性，以提高读取的可靠性。

附图说明

图1是本申请的一种电可编程熔丝系统中SA模块的结构示意图；

图2是本申请的一种电可编程熔丝系统的结构示意图；

图3是本发明实施例中电可编程熔丝系统的结构示意图；

图4是本发明实施例中设有两个参考模块的电可编程熔丝系统的结构示意图；

其中，附图标记说明：

10-存储模块；20-参考模块；

100-存储单元；101-存储单元内的电熔丝；102-存储单元内的控制管；

200-参考单元；201-参考单元内的电熔丝；202-参考单元内的控制管；

300-比较器；301-第一比较器；302-第二比较器。

具体实施方式

在一种电可编程熔丝系统中，如图1和图2所示，存储单元100与一个感应放大器(Sense Amplifier，SA)模块连接，所述SA模块包括一个参考单元200和一个比较器300。所述比较器300用于比较存储单元100提供的存储电流值和参考单元200提供的参考电流值，并根据电流值的比较，判断出所述存储单元100中的电熔丝101的阻态情况。当所述电熔丝101为高阻态时，即所述存储单元100中的电熔丝101阻值大于所述参考单元200中的电熔丝201的阻值，则由所述放大器300输出端DO输出逻辑值“1”；当所述电熔丝101为低阻态时，即所述存储单元100中的电熔丝101阻值小于所述参考单元200中的电熔丝201的阻值，则由所述放大器300输出端DO输出逻辑值“0”。此外，所述参考单元200不仅用于提供参考电流，还控制比较器300的工作时序，减少非工作阶段的功耗。

但因每一列所述存储单元100均接入一个所述SA模块，且每一所述SA模块均包括一个参考单元200和一个比较器300，故随着电可编程熔丝系统容量不断扩大，版图面积不断扩大。此外，在读取逻辑数值时，每一参考单元200均提供各自的参考电流，不仅使得参考值不统一，影响读取的可靠性，还会增加读取过程中的功耗。

因此，本实施例提供一种电可编程熔丝系统及其编程方法、读取方法，以解决版图面积占用较大以及读取操作功耗高、准确性低的问题。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种电可编程熔丝系统及其编程方法、读取方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

本实施例提供一种电可编程熔丝系统，请参阅图3，所述电可编程熔丝系统包括存储模块10和参考模块20。所述存储模块包括多个存储单元100和多个第一比较器301，所述多个存储单元100呈阵列式排布。所述参考模块20包括呈线性排布的多个参考单元200和一个第二比较器302。其中，同一行各所述存储单元100通过一字线与同一所述参考单元200连接，同一列各所述存储单元100通过一位线与同一所述第一比较器301连接；所述多个参考单元200通过一位线与所述第二比较器302连接。

进一步的，如图3所示，第一行各所述存储单元100通过字线WL1与同一所述参考单元200连接。第二行各所述存储单元100通过字线WL2与同一所述参考单元200连接。第m行各所述存储单元100通过字线WLm与同一所述参考单元200连接。第一列各所述存储单元100通过位线BL1与同一所述第一比较器301连接。第二列各所述存储单元100通过位线BL2与同一所述第一比较器301连接。第n列各所述存储单元100通过位线BLn与同一所述第一比较器301连接。m个所述参考单元200通过位线BL ref与所述第二比较器302连接。

其中，所述存储单元100包括电熔丝101和控制管102，所述参考单元200均包括电熔丝201和控制管202。可选的，所述控制管102为NMOS管。因此，与现有设计相比，本实施例提供的所述电可编程熔丝系统去除原有的SA模块中的所述参考单元200，并单独设置一参考模块20，由所述参考模块20统一提供参考值。所述参考模块20由多个所述参考单元200组成，其内部结构与每列的所述存储单元100相同，故在制造过程中比较方便。因此，通过设置所述参考模块20，从结构上，节省了整个版图的面积；从功能上，保证了参考电流的一致性，且降低读取操作过程中的功耗。

请继续参阅图3，所述存储单元100中的所述电熔丝101的一端与所述控制管102的漏极连接，所述电熔丝101的另一端连接至所述存储单元100所在列的位线上。同一行各所述存储单元100中的所述控制管102的栅极均连接至该行所述字线上。所述参考单元200中的所述电熔丝201的一端与所述控制管202的漏极连接，所述电熔丝201的另一端连接至所述参考单元200所在列的位线BL ref上。所述控制管202的栅极与所述参考单元200所述在行的字线连接。

具体的，第一行的字线WL1连通该行所有存储单元100以及该行的一个参考单元200的栅极。第二行的字线WL2连通该行所有存储单元100以及该行的一个参考单元200的栅极。第m行的字线WLm连通该行所有存储单元100以及该行的一个参考单元200的栅极。第一列所述电熔丝101一端相连接，以形成位线BL1，所述位线BL1与该列的所述第一比较器301相连。第一列所述电熔丝101一端均连接至位线BL1，所述位线BL1与该列的所述第一比较器301相连。第二列所述电熔丝101一端均连接至位线BL2，所述位线BL2与该列的所述第一比较器301相连。第n列所述电熔丝101一端均连接至位线BLn，所述位线BL2与该列的所述第一比较器301相连。m个参考单元200中的所述电熔丝201的一端均连接至位线BL ref上，所述位线BL ref与所述第二比较器302相连。

进一步的，所述存储单元100和所述参考单元200中的所述控制管102的源极均接地，且所述第二比较器302依次与每一所述第一比较器301连接。

本实施例中提供的所述电可编程熔丝系统并不限制所述参考模块10的数量。请参阅图4，在16x32阵列的所述存储模块中，为防止工艺偏差以及压降(IR drop)导致每列参考值的变化，在所述存储模块10的最左和最右列外各增加一参考模块20，每个所述参考模块20可为16路存储单元100列提供参考值。

为了验证本实施例提供的电可编程熔丝系统的技术效果，申请人以传统的电可编程熔丝系统设计方式和由本实施例提供的电可编程熔丝系统的设计方式分别形成16x32阵列的512bit电可编程熔丝系统，并作了对比仿真。其中，仿真环境均为HL28HKC工艺，CORE(VDD)电压为0.9V，两者均采用相同的译码电路、字线驱动电路和位线驱动电路。在读取模式下，本实施例提供的电可编程熔丝系统的仿真电流值减少了31％。从版图面积上，本实施例提供的电可编程熔丝系统虽然增加了参考模块20的面积，但由于减少了每个SA模块内的参考单元200的版图面积(共32个)，使得整体的版图面积减少15％。因此，本实施例提供的电可编程熔丝系统能够明显缩小版图面积，且降低读取操作的功耗，

基于同一发明构思，本实施例还提供一种电可编程熔丝系统的编程方法，包括：与待编程所述存储单元100连接的位线接入第一电压信号，与待编程所述存储单元100的连接的字线接入第二电压信号，以完成对单个所述存储单元100的编程。例如，选定第2行第4列所述存储单元进行编程，可在第4列的位线BL4接入第一电压信号，在第2行的所述字线WL2接入第二电压信号，通过导通所述控制管102，以使所述电熔丝101熔断或导通。当熔断时，所述电熔丝101从低阻态变为高阻态；当导通时，所述电熔丝101仍保持低阻态，故以此来实现对单独的所述存储单元的编程。

进一步的，所述第一电压信号为恒定电压，所述第二电压信号为脉冲电压。具体的，所述第一电压信号为编程电压，所述第二电压信号为工作电压。在不同的工艺条件下，所述第一电压信号和所述第二电压信号的选定数值不同，例如在28nm工艺平台上，编程电压为1.8V，工作电压为0.9V；在40nm工艺平台上，编程电压为2.5V，工作电压为1.1V。优选的，在本实施例中所述第一电压信号为1.8V，所述第二电压信号为0-0.9V。

基于同一发明构思，本实施例还提供一种电可编程熔丝系统的读取方法，包括：与待读取所述存储单元100的连接的字线接入第三电压信号，以导通与所述字线连接的同一行各所述存储单元100及所述参考单元200。

与同一行各所述存储单元100连接的所述第一比较器301获取对应的存储电流值，与所述参考单元200相连接的所述二比较器302获取参考电流值，与该行各所述存储单元100连接的所述第一比较器301比较各自所述存储电流值与参考电流值的大小，并转化为逻辑值输出，以完成该行所述存储单元的读取。进一步的，所述第三电压信号的数值满足大于或等于所述控制管102的导通电压。当所述存储单元100的电熔丝101被熔断时，即为高阻态时，所述第一比较器301输出的逻辑值为“1”；当所述存储单元100的电熔丝101未被熔断，为导通状态时，即为低阻态时，所述第一比较器301输出的逻辑值为“0”。

综上所述，本发明提供一种电可编程熔丝系统及其编程方法、读取方法，所述电可编程熔丝系统在每行存储单元100中连接一个参考单元200以形成一参考模块20，且所述参考模块20的电路设计与每列所述存储单元100的电路设计相同，故不仅在排版上能够节约版图面积，在制版过程中还易统一操作。此外，在读取每行所述存储单元100的数据时，仅需读取一次所述参考模块20的参考电流值作为存储电流值的统一比较值即可，不仅读取的功耗低，还能保证参考电流值的一致性，以提高读取的可靠性。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。