一种基于电容机构的一次性可编程器件及编程实现方法与流程

本发明涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种基于电容机构的一次性可编程器件及编程实现方法。

背景技术：

OTP(one time programmable,一次可编程器件)是常见的一种NVM(非易失性存储器)，一次性编程在编程过程中不可逆转，只允许写一次。STT-MRAM是一种非易失的存储器，它的存储结构采用MTJ磁性隧道结，中间的称为势垒层，上下为自由层和参考层。

针对MTJ(磁性隧道结)的一次性编程通常采用加高压的方式击穿势垒层，击穿后的势垒层表现为低阻抗(约100欧姆左右)。势垒层的击穿电压比普通的编程电压要高，并且由于开关管存在导通电阻，导致外部的电压必须足够高才能保证有效击穿MTJ的势垒层，这种传统的方式往往需要额外的高压输入结构，不仅设计电路结构复杂，也增加了一次编程的功耗。

技术实现要素：

本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种基于电容机构的一次性可编程器件，主要包括包括MOS开关管、磁性隧道结、电容，占用面积小，结构简单，易于实现。

本发明另一目的在于提供一种基于电容机构的一次性可编程器件及编程实现方法，本方法通过一个电容，在电压较小的情况下，通过对电容充电产生高于MTJ正常编程电压的方式对OTP器件进行一次性写入，打穿MTJ中的势垒层，从而达到一次编程的效果；该方法利用内部电容充电增压的方式，降低了外部所需的编程电压，降低了一次编程的功耗。

本发明是通过以下技术方案达到上述目的：一种基于电容机构的一次性可编程器件，包括：MOS开关管、磁性隧道结、电容、字线、位线、灵敏放大器电路、电位发生装置；MOS开关管分别与磁性隧道结、字线、电位发生装置连接；电容一端与字线相连，另一端分别与MOS开关管、磁性隧道结相连；磁性隧道结通过位线与灵敏放大器电路连接。

作为优选，所述磁性隧道结包括自由层、势垒层、参考层；势垒层夹在自由层与参考层之间。

作为优选，所述磁性隧道结的自由层与MOS开关管漏极连接；参考层与位线相连。

作为优选，所述MOS开关管的栅极与字线相连；MOS开关管的源极与电位发生装置相连。

作为优选，所述电位发生装置产生的电位为固定的接地电位。

作为优选，所述磁性隧道结的两头还带有顶层金属层与底层金属层，自由层连接到顶层金属层后与MOS开关管漏极连接；参考层连接到底层金属层后与位线相连。

作为优选，所述自由层连接到底层金属层后与MOS开关管漏极连接；参考层连接到顶层金属层后与位线相连。

作为优选，所述电容另一端分别与与MOS开关管的漏极、磁性隧道结的自由层连接。

一种基于电容机构的一次性可编程器件的编程实现方法，对MOS开关管源极施加接地电位，在字线上施加普通编程电压，在位线上施加电压，若干时间后保持位线电压不变，将字线电压降为零，电容与MOS管漏极相连的电压产生一个瞬态的负电压，这个负电压与位线之间构成了MTJ之间的电压，这个电压超过普通编程电压，并将磁性隧道结的势垒层击穿，完成编程。

本发明的有益效果在于：1)本方法通过一个可充电的电容，在电压较小的情况下，通过对电容充电产生高于MTJ正常编程电压的方式对OTP器件进行一次性写入，打穿MTJ中的势垒层，从而达到一次编程的效果；2)该方法利用内部电容充电增压的方式，降低了外部所需的编程电压，降低了一次编程的功耗；3)本发明器件占用面积小，易于实现，操作简单，不仅可以降低一次编程的功耗也能节省制造成本。

附图说明

图1是本发明基于电容机构的一次性编程器件的基本结构示意图；

图2是本发明基于电容机构的一次性编程器件的部分结构示意图；

图3是本发明编程实现方法的流程示意图；

图4是本发明方法的编程时序图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例：如图1所示，一种基于电容机构的一次性可编程器件由MOS开关管、磁性隧道结、电容、字线、位线、灵敏放大器电路、电位发生装置组成。磁性隧道结包括自由层、势垒层、参考层；势垒层夹在自由层与参考层之间，如图2所示。图1中的A点为MOS开关管漏极；磁性隧道结的自由层与MOS开关管漏极连接；磁性隧道结的参考层与位线相连。MOS开关管的栅极与字线相连；MOS开关管的源极与电位发生装置相连。所述电位发生装置产生的电位为固定的接地电位。电容一端与字线相连，另一端分别与MOS开关管漏极、磁性隧道结的自由层相连。

磁性隧道结的两头还包括有顶层金属层与底层金属层，自由层连接到顶层金属层后与MOS开关管漏极连接；参考层连接到底层金属层后与位线相连。另外，连接关系也可以是自由层连接到底层金属层后与MOS开关管漏极连接；参考层连接到顶层金属层后与位线相连。

如图3所示，一种基于电容机构的一次性可编程器件的编程实现方法，对MOS开关管源极施加接地电位，在字线上施加普通编程电压，在位线上施加电压，一段时间以后，保持位线电压不变，将字线电压降为零，电容与MOS管漏极相连的电压将产生一个瞬态的负电压，这个负电压与位线之间构成了MTJ之间的电压，这个电压将超过普通的编程电压，并将磁性隧道结的势垒层击穿。本发明方法的编程时序图如图4所示。

本发明的一次性编程器件可集成到手机、电脑、嵌入式芯片、汽车电子芯片，独立式存储器、手持设备、射频标签中。

以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。