一次性可编程锁存器及方法

专利名称：一次性可编程锁存器及方法
技术领域：
本发明一般来说与锁存器电路有关，而更特别的是，本发明与能够和 非易失性储存元件耦合^t喿作的锁存器电路有关。
背景技术：
电子系统一般来说可以包含数据储存能力。举例而言，像是触发器的 双稳态电路，可以根据对所述触发器的一输入而在所述两个二元逻辑数值 之一 中维持一数据值。 一般所使用的可以维持一逻辑数值直到另 一数值被 写入或被再次写入的双稳态电路为 一锁存器。锁存器可以采用多种不同的形式。举例而言， 一锁存器可以包含交叉 耦合的反用换流器，其能够在互补数据节点上锁存一数据值，直到重新写入一新的数据值。这种锁存器通常用作静态随机存储内存(SRAM)单元。 一静态随机存储内存形式的锁存器可以储存传送至所述锁存器形式的真 实及互补逻辑数值，而只是做为一范例，其为一数据总线。这种储存数据 值可以在一执行单元从一寻址储存单元取得(例如，读取)数据时被读取。不像内存单元，其可能需要周期性地更新(换言之，动态随机存储内 存(DRAM)单元)， 一静态随机存储内存形式的锁存器可以保持所储存 的数据而不需更新，直到从所述锁存器移除电力的时间为止。然而，在许 多应用中都想要一种即使在缺少电力的时候也能够进行数据值保留的效 果。做为一范例，在某些系统中，只读存储器(ROM)储存媒介可以用来 储存应用中的软件，其并不立即改变或不需要作为一开^L驱动器。更特别 的是，只读存储器通常用作一基本输入/输出系统(BIOS)码的部分，并 可以在查询表与特征产生器中使用。
一旦被编程之后， 一只读存储器如何维持一编程状态的方式则可根据 所使用的只读存储器形式来变化。 一般说来，只读存储器可以使用一种非 易失性储存元件。如同已知的， 一非易失性储存元件在从所述电路移除电 力之后仍可以维持一储存逻辑数值。相比之下， 一易失性储存元件将在移 除电力之后，立刻遗失一储存数值。锁存器电路一般则被理解为一种易失性电路。另一方面，屏蔽式只读存储器或现场可编程只读存储器(PROM)是一种非易失性内存的形式。 其它非易失性内存的形式包含电子式可编程只读存储器(EPROM)、以及 电子式可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。一般来说，现场可编程只读存储器与电子式可编程只读存储器(或电 子式可擦除可编程只读存储器)之间的主要差异，在于所述前者一般来说 只能被编程一次，且在之后无法被清除。所述后者可以通过施加紫外光或 电子式消磁方式来清除。"闪存(Flash)"存储器便是一种电子式可擦除可 编程只读存储器的形式，其可以在需要非易失性与可消磁性两者的应用中 所使用。电子子系统通常可以包含易失性与非易失性内存。 一般来说， 一易失 性内存是位于一集成电路之中，其与包含一非易失性内存的集成电路相隔 并远离。然而，可能存在易失性与非易失性储存元件两者都包含在所述相 同集成电路之中的情况。在这种情况中，用于易失性储存元件的目标数据 一般来说与用于所述易失性储存元件的目标数据完全不同。举例而言，所 述不同数据集合可以分别用于不同应用。对于所述相同数据值而言，则想要达成一种具有易失性与非易失性特 征的储存装置。举例而言，如果数据在电力存在时被暂时的保存， 一储存 装置可以使用一锁存器，其中可以写入数据并在之后读取。然而，如果所 述储存数据具有足够的重要性时，可以利用将所述数据值储存在一非易失 性储存元件之中的方式，而在移除电力之后仍然保有所述数据。这样的一 种需求储存装置的基本功能就像锁存器，但也包含用于锁存数据的非易失 性储存元件，并因此可以作为不是一锁存器就是非易失性储存元件所专用 的传统储存装置改良。这样的一种电路可以被考虑成一种"可编程"锁存器电路。为了获得本发明公开实施例不同观点的较佳了解，首先将4又述两种传 统可编程锁存器的范例。在图11中设定一第一传统可编程锁存器的结构图标，并以一般性参考数字1100所标注。 一可编程锁存器电路1100可以包含一易失性锁存器片 段1102、 一读/写多任务器片段1104与一非易失性储存片段1106。 一易失 性锁存器1102可以储存一数据数值以响应一写入操作，并输出数据以回应 一读取操作。 一多任务器片段1104可以使数据从一非易失性储存(读取) 片段加载至易失性片段1102之中，并可以使储存(写入)在易失性片段 1102中的数据被编程至非易失性储存片段1106之中。在图ll的特别范例中，非易失性储存片段1106可以使用硅氧氮氧硅 (SONOS)形式的非易失性储存元件。硅氧化氮氧化硅(SONOS)形式 非易失性储存元件可以被编程为相反状态(例如，当施加一特定^"压时， 具有传导或非传导状态)。在一加载"t乘作中，所述锁存器的所述节点可以 被均衡。所述相反编程的硅氧化氮氧化硅装置可以在将所述锁存器节点从 均衡状态释放之后，将锁存器节点引至不同的电位。因此，由所述硅氧化 氮氧化硅储存元件所建立的一数据值便可以被锁存器在锁存器片段1102 之中。在此方式中， 一可编程锁存器可以包含多凄t存储数据值的非易失性储 存元件，其储存可以被锁存至一易失性锁存器电路之中的一数据数值。在图12中设定一第二传统可编程锁存器的结构图标，并以一般性参考 数字1200所标注。 一可编程锁存器电路1200可以包含一易失性锁存器片 段1202、 一多任务器片段1204与一非易失性储存片段1206。不像图11 的配置，第二传统可编程锁存器1200可以是"一次性"可编程(OTP )的。 也就是说，所述可编程锁存器1200可以使用非易失性储存元件，其只能 够^^皮单次编程(单次可编程装置)。在图12非常特别的范例中， 一非易失 性储存片段1206可以包含栅极氧化物反熔丝(GOAF )装置1208。特别的， 栅极氧化物反熔丝装置1208可以是一种三晶体管(3T GOAF)单元1210
(也被称做为"二晶体管一单元(2T-1C)"的内存单元)的部分。以上所述传统配置的一项缺点为在实现这种电路中时所需要的面积。 尤其是为了在易失性锁存器节点处建立互补数值时，需要使用两个非易失 性装置，而所述非易失性装置一般来说都是大型装置。特别的，在硅氧化 氮氧化硅形式的装置中，因为需要一相对大的编程电流(例如，1微安培 (mA ))，因而要相对大的装置尺寸以将这种电流供应至所述硅氧化氮氧 化硅装置。在栅极氧化物反熔丝装置的情况中， 一栅极氧化物反熔丝单元 可能占据所述可编程锁存器电路的30%至40。/0。以上所述的缺点在某些应用中可能因为在所述可编程装置中需要冗余 而变得恶化。尤其是为了实现完全冗余时，必须包含四个非易失性元件， 这便进一步增加所述可编程锁存器的尺寸。在以上所述的观点中，其需要达成一种一次性可编程锁存器电路，但 其具有相较于以上所述传统解决方式为小的尺寸。发明内容本发明可以包含一可编程锁存器电路，其包含只能够被单次编程以储 存一逻辑数值的一次性可编程(OTP)装置、提供一电流参考值且并不包 含一次性可编程装置的一电流源，以及储存一预定逻辑数值的一储存电 路，所述预定逻辑数值则是基于回应所述一次性可编程装置所引出的电流 与所述参考电流之间的比较。本发明也可以包含一可编程锁存器，其具有一锁存器电路、 一电流源 电路以及一个一次性可编程装置。所述锁存器电路具有储存一逻辑^t值的 交叉耦合数据节点。 一电流源电路则与一第一数据节点耦合，并可以供应 一第 一电流至一第一数据节点以响应一加载信号。 一电流源电路并非根据 任何非易失性储存装置所控制。 一次性可编程装置在一第 一状态中基本上 不引出电流，并在所述第二状态中引出一泄漏电流。此外，所述一次性可 编程装置可以与一第二数据节点耦合，以响应一加载信号。本发明也可以包含一可编程锁存的方法。所述方法包含建立一个一次
性可编程装置的一状态，以提供代表一预定逻辑数值的一编程电流数值。 所述方法可以进一步提供不从一次性可编程装置产生的一参考电流，并锁 存基于介于所述编程电流与所述参考电流之间差异的 一数据值。


图1为根据本发明一第一实施例一次性可编程(OTP)锁存器电路的 块状图标。图2为根据本发明 一第二实施例一次性可编程锁存器电路的结构图标。图3A至图3F为可以被包含在本发明实施例中的电流源电路结构图 标。图3G为显示用于图3A至图3F电路信号启动时间范例的时序图。图4为显示用于图2电路一数据写入操作的时序图。图5为描述用于图2电路一编程才喿作的结构图标。图6为描述用于图2电路一数据加载操作的结构图标。图7另外显示用于图2电路数据加载操:作的时序图。图8A为一三晶体管(3T)栅极氧化物反熔丝(GOAF)电路的结构图 标，其可以用于本发明的实施例中。图8B为一栅极氧化物反熔丝装置的 側断面配置/加工图标。图8C为代表用于一栅极氧化物反熔丝装置一第一 阶层模型的结构图标。图9为根据一实施例的四个三晶体管栅极氧化物反熔丝电路的顶部配 置图标。图IO为才艮据发明另一实施例的方法流程图示。图11为一传统可编程锁存器电路的结构图标，其使用硅氧化氮氧化硅 (SONOS)形式的储存元件。图12为一单次可编程锁存器电路的结构图标，其使用多数栅极氧化物 反熔丝装置。
具体实施方式
本发明的不同实施例指导一种可编程锁存器电路与方法。在包含冗余 的实施例中所使用的 一可编程元件，或是在不包含冗余情况中只有两个可 编程元件，都可以达成较小的电路尺寸。现在参考图1 ，在一块状图示中设定根据一第 一实施例的一可编程锁存器电路，并以一般性参考数字ioo所标注。所述可编程锁存器电路可以是一种一次性可编程(OTP)锁存器电路，并可以包含一锁存器片段102、 一电流源电路104与一次性可编程电路106。 一锁存器电路102可以是一 易失性储存电路，其能够锁存一数据数值DATA。举例而言， 一锁存器电 路102可以在互补数据节点ND0与ND1上，提供互补数据数值DATA与 DATAB。一电流源电路104可以提供一参考电流IREF至锁存器电路102。在一 实施例中， 一参考电流IREF的大小可以大于当储存一状态时由一次性可 编程电路106所引出的电流，但小于当储存一第二状态时由一次性可编程 电路106所引出的电流。 一电流源电路104并不使用任何非易失性装置以 产生所述参考电流。一次性可编程电路106可以净皮编程为至少两状态之一。这样的一种电 路可以是一次性可编程的。也就是说， 一旦所述电路已经被编程为一特定 状态，其便维持在这种状态之中(换言之，其为不可消除的)。较佳的是， 一次性可编程电路106可以包含一次性可编程装置与用以编程所述一次性 可编程装置的相关电路。而更佳的是， 一次性可编程电路可以包含一栅极 氧化物反熔丝(GOAF)装置，以及能够启动在一栅极结构与一般连接源 极-漏极结构之间施加的编程电压的电路。如同以上所指出的，在一状态(换言之，未编程)中， 一次性可编程 电路106可以引出一第一电流数值(例如，基本上并不引出电流)，其小 于由电流源电路104所提供的一参考电流。在另一状态(换言之，编程) 中， 一次性可编程电路106可以引出一泄漏电流，其大于由电流源电^各104 所提供的一参考电流。在此方式中，由一单次可编程装置与电流源电路所产生的引出电流差 异，便可以造成一数据数值被锁存于一锁存器电路中。要注意的是，可以 只包含一个一次性可编程装置，形成相较于依赖两个此种装置的传统配置 更为紧密的电路。在图2中，设定根据一第二实施例的一个一次性可编程锁存器电路， 并以一般性参考数字200所标注。 一次性可编程锁存器电路200可以相关 于图1的一起考虑，其中图2可以代表一在图1中所设定一般电路的一项 特别实现。 一次性可编程锁存器电路200可以包含一锁存器片段202、 一 电流参考值电路204、 一次性可编程电路206以及一加载/编程电路218。一锁存器片段202可以包含n通道绝缘栅才及场效应晶体管(NFET (NMOS)s)Nl与N2，其在数据节点208与210之间交叉耦合。同样的， p通道绝缘栅极场效应晶体管(PFETs) Pl与P2也可以在数据节点208与 210之间交叉耦合。以另一方式观察，锁存器片段202则包含交叉耦合反 用换流器N1/P1与N2/P2。一锁存器片段202可以进一步包含"保持"p通道绝缘栅极场效应晶体 管P3与P4。保持p信道绝缘栅极场效应晶体管P3可以具有在数据节点 208与一高供应电压VPWR之间耦合的一源极-漏极路径，而保持p信道绝 缘栅极场效应晶体管P4则具有在数据节点210与一高供应电压VPWR之 间耦合的一源极-漏极路径。所述p信道绝缘栅极场效应晶体管P3与P4 的栅极则共同接收一保持信号HOLD。此外， 一锁存器片段202可以包含 均衡n通道绝缘栅极场效应晶体管N3与N4。均衡n信道绝缘栅极场效应 晶体管N3可以具有在数据节点210与一低供应电压VGND之间耦合的一 源极-漏极路径，而均衡n通道绝缘栅极场效应晶体管N4可以具有在数据 节点208与一低供应电压VGND之间耦合的一源极-漏极路径。所述等化n 通道绝缘栅极场效应晶体管N3与N4的栅极则共同接收一均衡信号EQ。一电流参考值电路204可以在一高电压VPWR与数据节点210之间连 接，并可以供应一参考电流Iref。在所显示的特别范例中， 一电流参考值 电路204可以响应一信号LOAD而被启动。也就是说，当并未启动信号 LOAD时，电流参考值电路基本上并不供应电流。然而，当信号LOAD启 动时，电流参考值电路可以供应参考电流Iref。可以利用特别的电流可能范例形式做为 一电流参考值电路204,其在以下将更详细叙述。一次性可编程电路206可以包含一次性可编程装置212、一高电压晶体 管214以及一编程晶体管216。在图2的特别范例中， 一次性可编程装置 212可以是一栅极氧化物反熔丝装置。就像被良好了解的， 一栅极氧化物 反熔丝装置可以包含一栅极结构，其利用一槺极绝缘体(在此通常是一种 氧化物)与一衬底分离。在一未编程状态中， 一栅极绝缘体可以保持完整 无缺。因此，当在所述栅极与所述衬底之间施加一电位时， 一泄漏电流基 本上可以是零。相比之下，在一编程状态中，可以透过所述栅极绝缘体建 立一短路。因此，当在所述栅极与所述衬底之间施加一电位时，便造成一 泄漏电流。 一高电压晶体管214可以是一种设计用来抵抗在其栅极与源极 /漏极之间一相对高电位的晶体管。只是做为一范例， 一高电压晶体管可以 具有相较于所述电路其它装置而言为厚的栅极绝缘体。一次性可编程装置212可以具有用以^接收一编程电压Vpp的一耦合4册 极结构，以及共同连接至高电压晶体管214—漏极的源极/漏极结构。 一高 电压晶体管214可以具有在一次性可编程装置212与编程晶体管216 —漏 极之间耦合的一源极-漏极路径。编程晶体管216可以具有介于高电压晶体 管214与一低供应电压VGND之间耦合的一源极-漏极路径。一加载/编程电路218可以提供介于单次可编程电路206与锁存器片段 202之间的不同路径。在图2的配置中， 一加载/编程电路218可以包含一 编程启动装置220、 一读取一次性可编程装置222、 一名义装置224与一 数据加载装置226。在一特定配置中， 一编程启动装置220可以包含一高 电压晶体管，其具有在数据节点208与编程晶体管216 —4册4及之间连接的 一源极-漏极路径，以及用以接收一编程启动信号PRGEN的一栅极。 一读 取一次性可编程装置222可以包含一晶体管，其具有在一低电力供应电压 VGND与编程启动装置220 —漏极之间连接的一源极-漏极路径，并可以在 其栅极处接收一信号RDOTP。 一名义装置224可以是连接至晶体管的一"二极管"，所述晶体管则在节点210与一低电力供应VGND之间耦合。 一数据加载装置226可以是一晶体管，其具有在高电压晶体管214数据节
点208之间连接的一源极-漏极路径，以及用以接收一加载信号LOAD的漏极。仍旧参考图2,图2的配置显示一电路，其中可以透过数据节点208 与210两者，将数据写至一锁存器，并从一锁存器读取。据此，所述一次 性可编程锁存器电路200包含耦合至数据节点208的一第一读取放大器 230,以及耦合至数据节点210的一第二读取放大器232。读取放大器(208 与210)可以分别响应读取信号READ1与READ2所启动。要注意的是 READ1与READ2在需要不同数据读取的情况中可以是相同的信号，或是 在需要"信号终止，，读取的情况中为不同的信号。利用一类似的形式，为了接收写入数据A/或提供读取数据，图2的所 述实施例包含与一第一位线236耦合的一第一通过装置234,以及与一第 二位线240耦合的一第二通过装置238。在此方式中，可以利用启动通过 装置234与238的方式，将一数据数值写入至一锁存器电路202，或从一 锁存器电路202读取。在一写入才喿作的情况中，可以在位线236与240之 间驱动一不同的电压。在一读取操作的情况中，在位线236与240之间所 产生的一差异电压可以被放大。当然，在替代实施例中，对于锁存器片段202的这种数据写入与读取 操作也可以是"单方终止"的。此外，如果数据从与读取放大器230与232 耦合的一位线或两者位线读取时，读取存取可以是"双重接口"。如同以上所指出的， 一电流参考值电路，像是在图2中所显示的电流 参考值电路204，可以具有多种的形式。这样种电流参考值电路的一些可 能实现则以结构图标显示在图3A至图3E之中。这些电路只是代表可能的 电流参考值电路范例，其不应该祐:认为用来限制本发明。图3A至图3F中所述电流参考值电路的每一个都可以包含一电流源晶 体管P1与一数据加载晶体管N1。在图3A中， 一电流源晶体管P1可以具 有连接至一低供应电压VGND的栅极，并因此可以在利用强烈倒转的方式 操作。 一数据加载晶体管N1可以接收有效高的一LOAD信号。本领域技 术者可以认清在图3A的所述电路中，晶体管Pl、 Nl或两者都可以被调
整尺寸^/或被掺杂，以达成一种想要的参考电流数值。图3B显示电流源晶体管Pl形成一电流镜Pl/P2部分的配置。 一数据 加载晶体管Nl可以位于所述电流镜的一脚中。选择上，在所述p通道晶 体管Pl/P2的自偏压是不足以产生一要求电流数值的情况中， 一电流供应 电路420可以位在所述电流镜的另 一脚中。图3C显示电流源晶体管Pl形成一电流镜P1/P2部分的另一配置。一 数据加载晶体管Nl可以位在所述电流镜的一脚中，而由所述另一脚所提 供的所述参考电流。选择上，在所述电流镜的自偏压不足的情况中， 一电 流供应电路422可以与数据加载晶体管Nl串联连接。图3D显示一种配置，其可以包含如图3B的相同基本元件。然而，所 述电路406在所述第一加载晶体管所位于电流镜一脚的另一脚中，可以另 外包含一第二数据加载晶体管N2。第二加载晶体管可以接收一第二加载信 号LOAD2。这种配置在数据并不被加载，且所述电流镜P1/P2的两只脚都 被关闭时，可以提供一种有利的低备用电流。图3E显示一种配置，其可以包含如图3A的相同基本元件。然而，电 流源晶体管Pl可以接收一偏压VBIAS，以控制当启动数据加载晶体管Nl 时，所提供的电流总量。图3F显示一种配置，其可以包含如图3A的相同基本元件。然而，可 以使用一电阻器R1取代所述电流源晶体管Pl。最后，在其它实施例中， 一参考电路可以是数字可编程的。举例而言， 可以使用一电流源数字转模拟转换器(DAC)以产生一参考电流。这种配 置可以形成改善的总体产出，以处理在从处理所增加一次性可编程泄漏电 流的改变与其它的改变。电流数字转模拟转换器(DAC)形式与方法也是 本领域专精者所熟知的。图3G显示用于信号LOAD与LOAD2(只在图4D中显示)的时序图。 如同所显示的，晶体管N1可以最先被启动，接着是晶体管N2。当然，所 显示的特定信号持续期间只是表示一范例，其能够根据特定实现改变。在图2与图3中的实施例范例已经被详细描述，对现在将参考图4至 图7，描述图2中所述一次性可编程锁存器电路200的不同操作。图4为显示一次性可编程锁存器电路200 —数据写入操作的时序图。 图4包含一互补写入数据数值DATA/DATAB的波形，其可以存在于互补 位线，一HOLD信号则用以控制锁存器操作， 一读取/写入信号RW可以 启动与位线耦合的通过装置， 一均衡信号EQ可以将一锁存器的节点均衡， 而一 LATCH DATA信号则代表一锁存器数据数值。在时间tO处，在所述位线可以存在一写入数据数值。大概在相同时间 处，一HOLD信号可以被完全地驱动(在此范例中为高)，使锁存器片段 202之中的保持装置P3/P4失能，以允许简单地改变一锁存器状态。一RW 信号可以是不完全的(在此范例中为低)，其可以维持通过装置234与238 处于关闭状态，将锁存器片段202与所述写入数据DATA/DATAB隔离。 一均衡信号EQ也可以是不完全的，以维持锁存器节点具有不同的电位。 锁存器数据LATCH DATA可以维持为一先前建立的数值。大概在时间tl处， 一均衡信号EQ可以变为完全状态(在此范例中为 高)。因此，便可以启动等化装置N3/N4，驱动锁存器片段202的两者数据 节点(208/210)为低，造成LATCH DATA不具有建立数据(数据节点两 者都被释放)。在相同时间处，保持装置P3/P4维持关闭，使锁存器片段 202的锁存器能力失能，而信号RW维持不完全，继续将锁存器片段202 与写入数据隔离。在时间t2之前， 一均衡信号EQ可以回到不完全状态，并将数据节点 (208与210)彼此隔离。在大概时间t2处，一 RW信号可以被启动(在此范例中为高)，启动 通过装置234与238，并使得互补写入数据DATA/DATAB在数据节点(208 与210)处驱动。这可以使得锁存器电路202接收所述写入数据数值。之后，信号HOLD可以回到一作用状态，启动保持装置P3/P4，并因 此使得锁存器片段202锁存器所述写入数据。要注意的是在写入操作中，图2的其它不同信号，包含一高电压偏压 信号HVB、 一读取一次性可编程元件信号RDOTP、 一编程启动信号 PRGEN可以维持为低。在同时间， 一编程电压Vpp可以处于高电压状态， 但小于一编程电压(例如， 一高供应电压VPWR)。在此方式中，可以将数据写入至一单次可编程锁存器电路200。现在参考图5，其显示图2的相同电路具有在一示范编程操作中所使用 的信号阶层。 一编程搡作可以根据在锁存器片段202之中所锁存器的数据 设定一次性可编程装置212的一状态。更特别的，在一锁存器片段202储 存一数值(节点208为高、节点210为低)的情况中，可以使栅极氧化物 反熔丝装置212的一绝缘体(氧化物)破裂，藉此产生穿过栅极氧化物反 熔丝装置212的一电阻短路。在一锁存器片段202储存一互补数值(节点 210为高、节点208为低)的情况中， 一栅极氧化物反熔丝装置212可以 维持为未编程状态，因此，栅极氧化物反熔丝装置212的一绝缘体(氧化 物)可以维持完整，并基本上不引出电流。在图5中所显示的编程操作范例中，其假设一锁存器片段202可以储 存一数据数值，并使得栅极氧化物反熔丝装置212被编程(节点208为高、 节点210为低)。参考图5,在锁存器片段202中，一HOLD信号可以作用，并启动重 生。等化信号EQ可以是不完全的。此外，RW信号可以是不完全的，并 将位线(236与240 )与锁存器片段202隔离。在一次性可编程电路206中， 一栅极氧化物反熔丝装置212可以在其 栅极处接收一脉冲编程电压Vpp。在所显示的所述特定范例中，其假设栅 极氧化物反熔丝装置212具有大约20埃的氧化物厚度，而一脉沖电压Vpp 大约为6.5伏特。 一高电压晶体管214可以接收一有效高电压信号HVB。 这样的一信号可以在进行编程的情况中，允许栅极氧化物反熔丝装置212 的一源极/漏极被4i往一较低的电压。在同时间，这样的装置可以将锁存器 片段202与所述相对高编程电压Vpp隔离。在所显示的所述特定范例中， HVB信号可以驱动为大扭义3.25伏特。在加载/编程电路218之中， 一编程启动装置220可以接收一高电压编 程启动信号PRGEN，并因此将锁存器片段202中储存的一数据数值连接 至一次性可编程电路206之中编程装置216的一栅极。在此方式中，如果 节点208为高，编程装置216可以启动一编程路径至VGND。在所显示的 所述特定操作中， 一高电压编程启动信号PRGEN可以大约为3.25伏特。 在同时， 一读取一次性可编程装置222可以接收在一不完全阶层处的一 RDOTP信号，并可以被关闭。此外，一LOAD信号可以是不完全的，并 关闭加载装置226与电流参考值电i 各204。在这种情况之下， 一栅极氧化物反熔丝单次可编程装置212可以被编 程以建立一编程电流，如以箭头500所显示。在此方式中， 一次性可编程 锁存器电路200可以被编程一次，以记住一特定数据数值。现在参考图6,其显示图2的相同电路具有在一加载操作中所使用的信 号阶层。 一加载操:作可以根据一次性可编程装置212的一状态，设定锁存 器片段的状态。更特别的，在一次性可编程装置212被编程(换言之，引 出一电流)的情况中， 一锁存器片段可以被设定为储存一数值(节点208 为高、节点210为低)。相反的，在一次性可编程装置212未被编程(换 言之，基本上不引出一电流)的情况中， 一锁存器片段可以被设定为储存 一相反数值(节点208为低、节点210为高)。在后续的叙述中，将假设单次可编程装置212为被编程状态。在一次 性可编程电路206之中， 一栅极氧化物反熔丝装置212可以在其栅极处接 收一高电压。在所显示的所述特定范例中， 一高电压可以是具有大约l.S 伏特的高电源电压。 一高电压晶体管214也可以接收大约为1.8伏特的相 似高电源电压。因此，可以启动通过栅极氧化物反熔丝装置212与高电压 晶体管214的一电流路径。在加载/编程电路218之中， 一编程启动装置220可以接收一不完全 (低)编程启动信号PRGEN。 一LOAD讯可以为高，提供从一次性可编 程电路206至节点208的一电流路径，以及从参考电流电路204至节点210 的另一电流路径。如同将被回忆的，当一次性可编程装置212为被编程的， 节点208的一泄漏(换言之，充电)电流可以大于节点210的一参考电流。 当一次性可编程装置212为未编程的，节点208的一泄漏(换言之，充电) 电流可以小于节点210的一参考电流。因此，根据一次性可编程装置212
的一编程状态，介于节点208与210之间的电位可以不同，并最后被加以 锁存。在锁存器片段202之中，最初可以启动均衡装置N3/N4,并使保持装 置P3/P4失能。 一旦在节点208与210之间发展出一足够差异的电压，便 可使均衡装置N3/N4失能，而启动保持装置P3/P4，因此根据所述一次性 可编程装置212的一状态锁存器一数据数值。在图7中显示用于这种加载操作的一时序信号范例。图7显示均衡信号EQ、保持信号HOLD与一次性可编程读取信号 RDOTP的时序图。在大约时间tO处，信号EQ可以为高，启动均衡装置 N3/N4，同时信号HOLD可以为高，关闭保持装置P3/P4。此可以造成锁 存器片段202节点208与210放电至接地情况(VGND)。在大约时间tl处，信号EQ可以回到一低水平，造成数据节点208与 210 ;f皮此隔离。在此时，节点208与210可以才艮据一次性可编程装置212 的一编程状态，；故驱动为不同的电位。此外，信号RDOTP可以变为有效 的，并使一次性可编程电路206的一编程路径失能。要注意的是一信号 LOAD也在信号RDOTP变为有效之后所启动。在大约时间t2处，信号HOLD可以回到一低水平，启动保持装置P3/P4 并因此启动锁存器片l殳202的所述锁存功能。表现所述单次可编程装置212 的数据便可以因此被锁存。在此方式中， 一次性可编程锁存器电路200可以净皮编程。已经;故编程 的一次性可编程装置212,其泄漏路径则以箭头600所显示。现在参考图8A至图8C，将对于一三晶体管(3T)栅极氧化物反熔丝 (GOAF)电路进行更详细的描述。这种电路可以联结以上实施例一起考 虑，其中，这种电路可以做为一次性可编程电路。图8A显示一三晶体管 栅极氧化物反熔丝电路800的结构图标。所显示的特定三晶体管栅极氧化 物反熔丝电路800可以包含一栅极氧化物反熔丝装置802、 一高电压n信 道绝缘栅极场效应晶体管804与一低电压n信道绝缘4册极场效应晶体管 806。 一栅极氧化物反熔丝装置802可以具有与一编程节点808耦合的一
才册极结构，以及共同连接至一高电压n信道绝缘栅极场效应晶体管804汲 极的源极/漏极结构。 一高电压n信道绝缘栅极场效应晶体管804可以是一 种高电压装置，相较于大多数的其它晶体管而言，在其栅极与漏极/源极之 间能够抵抗一较高的电压差异。一高电压n信道绝缘栅极场效应晶体管804 可以具有连接至一低电压n信道绝缘栅极场效应晶体管806漏极的源极。 低电压n信道绝缘栅极场效应晶体管806可以具有连接至一低供应电压 VGND的一源极。图8A显示在所述不同装置的栅极(栅极结构)处可以接收高电压阶层 高电压水平的一非常特别范例。因此， 一编程节点808可以接收高到6.5 伏特的一信号。高电压n信道绝缘栅极场效应晶体管804的一栅极可以接 收高到3.25伏特的一信号。最后，低电压n信道绝缘栅极场效应晶体管 806的一栅极可以接收高到1.8伏特的一信号。图8B显示根据一实施例一栅极氧化物反熔丝装置的侧断面图标。 一栅 极氧化物反熔丝装置810可以具有与一 n通道绝缘栅极场效应晶体管所具 有的相同一般结构，包含形成在一 p掺杂基板814上的一栅极绝缘体812, 以及遍与栅极绝缘体(例如，氧化物)812上所形成的一栅极结构816。 此外，在衬底814中可以形成一N掺杂源极818与一N掺杂漏极820。 N 掺杂源极818与漏极820可以一般性地彼此连接。如同被良好了解的，当在一栅极结构816与源极/漏极818/820之间施 加一高电压时，由于电荷捕捉与渗透的缘故一栅极绝缘体812可能在一脆 弱点处崩溃。在崩溃点处的电流密度可能造成局部高温，其可能建立连接 一才册极结构812与4十底814的一硅细线(以822显示)。这种细线(例如822)的产生可能形成一种类二极管的结构，其作用就像是具有饱和漏极 的一晶体管。图8C显示一被编程栅极氧化物反熔丝装置的一代表模型。因此， 一栅 极氧化物反熔丝装置模型830可以包含一 电阻Rshort与一二极管。现在参考图9,以顶视图标方式设定三晶体管栅极氧化物反熔丝电路的 样本设计。图9可以与以上实施例一起考虑，其表示一种可能的设计配置， 并可以与以上电路耦合使用。设计900描述四个三晶体管栅极氧化物反熔丝电路卯2-0至902-3，其 关于一共有Vpp接点904所镜像布置。每一栅极氧化物反熔丝电路(902-0 至902-3 )都可以包含一栅极氧化物反熔丝装置906、高电压晶体管908与 低电压晶体管910 (只显示用于栅极氧化物反熔丝电路902-3 )。阴影结构 可以是遍及主动区域所形成的一多硅栅极层，所述主动区域则以隔离器 912 4皮此分离。根据良好已知得技术，装置906与晶体管908及910可以利用多硅栅 极形成，并以一栅极氧化物与一衬底分离。装置906与908可以是高电压 装置，并具有较厚的栅极氧化物;S7或进行特别的掺杂。可以了解的是，在像是图12的一种传统方式中， 一设计卯O在不使用 冗余时只可以提供两个单次可编程锁存器电路所使用，或是在使用冗余时 只能由一单次可编程锁存器电路所使用。在明显的对比下，当在根据以上 所述实施例的一次性可编程锁存器电路中使用一设计900时，这种设计在时提供两个单次可编程锁存器电路所使用。在此方式中，所述的各种实施例对于像是图12中的传统解决方法而言， 可以提供电路尺寸的大量减少。现在参考图10,将叙述一种编程/操作一次性可编程锁存器电路的方 法。图10的实施例可以与以上实施例一起考量，其中这种方法可以由这 种电路所实作。图IO显示一方法1000的流程图示，其包含利用一次性可编程装置产 生一数据电流lDATA (步骤1002)。所述方法进一步包含不利用一次性可编程装置产生一参考电流lREF (步骤1004)。在所述数据电流IDATA大于所述参考电流lREF的情况中(1006处的"是，，)，便可以锁存一数据数值DATA (步骤1008 )。在所述数据电流IDATA并不大于所迷参考电流Iref的情况中 (1006处的"否")，可以锁存一互补数据数值DATAB (步骤1010 )。据此，所述不同的实施例对于传统解决方式而言可以提出一种改良，
在传统方式中，只能够以一种非易失性的形式，使用一次性可编程装置储 存一逻辑数据(相比之下为二个)。此外，在需要冗余的情况中，只需要 增加一额外的一次性可编程装置(相比之下需要增加两个这种装置)。另一项优点为可以改善整体编程产出。在像是图12的一传统解决方法 中，可以根据两一次性可编程装置之一中的泄漏电流，从一次性可编程装 置加载一数据数值。也就是说，对于所有的这种电路而言，必须至少编程 一个一次性可编程装置。相比之下，以上所述实施例只根据所述被储存的 逻辑数据将一装置进行编程。而此外，本发明也提供一种有利的可调整程度，以进行更有效率加载 操作。更特别的，在编程之后，可以根据一预期或实际的闸极氧化物反熔丝阻抗数值调整一参考电流。这可以形成较快;^/或更可靠的加载操作。可以了解得是，本发明的所述实施例可以在缺少不特别说明的一元件 或步骤下进行。也就是说，本发明的一发明特征可以省略一元件或步骤。此外，为了清楚的目的， 一次性可编程锁存器电路与才喿作方法许多被 广泛熟知以及不与本发明相关联的细节，也从以上叙述中所省略。应该体会的是，遍及此具体规格中所使用的参考术语，像是"一个实 施例"或"一实施例"意谓着一特定的特征、结构或特性是与在本发明至少 一实施例中所包含的实施例所联结描述。因此，要强调的是，在此具体规 格许多部分中所^:用的参考术语"一实施例"或"一个实施例"或"一替 代实施例"并不需要永远参考相同的实施例。此外，所述特定特征、结构 或特性可以在本发明的一或多个实施例中被适当的耦合。同样的，虽然在此已经设定并叙述所述特定实施例的许多不同观点， 但在不背离本发明精神与观点下，可以对本发明进行多属不同的改变、置 换与取代。
权利要求
1.一种可编程锁存器电路，包括一个一次性可编程(OTP)装置，其只能够被单次编程以储存一逻辑数值；一电流源，其提供一电流参考值，所述电流参考值并非根据任何一次性可编程装置的状态而产生；以及一储存电路，其储存一预定逻辑数值，所述预定逻辑数值则是基于回应所述一次性可编程装置而引出的电流与所述参考电流之间的比较而定。
2. 如权利要求1所述的可编程锁存器电路，其中 所述一次性可编程装置包括一栅极氧化物反熔丝装置。
3. 如权利要求1所述的可编程锁存器电路，其中 所述储存电路包含一锁存器电路，其储存所述预定逻辑数值并包含储存互补逻辑数值 的至少两个锁存器节点，一读出放大器，其与至少一个所述锁存器节点耦合，并放大所述锁 存器节点上的所述逻辑数值，以及一通过装置，其与至少一个所述锁存器节点耦合，并提供一向所述 锁存器电路写入数据的路径。
4. 如权利要求1所述的可编程锁存器电路，其中 所述电流源是选自由下述元件所组成的群组一晶体管对，其包含串连的一第一晶体管与一第二晶体管，所述第 一晶体管与一电源耦合，而所述第二晶体管由一加载信号所启动，其于 自所述一次性可编程装置加载一数据数值时启动，一晶体管对，其包含串连的一第一晶体管与一第二晶体管，所述第 一晶体管与一偏压耦合，所述偏压介于电源电压之间的一电平，所述第 二晶体管由一加载信号所启动，其于自所述一次性可编程装置加载一数 据数值时启动，一电流镜，其具有与两个电流镜脚的其中 一 个串连的 一 加载晶体 管，所述加载晶体管由一加载信号所启动，其于自所述一次性可编程装 置加载一数据数值时启动，一电流镜，其具有与两个电流镜脚都串连的加载晶体管，所述加载 晶体管由一加载信号所启动，其于自所述一次性可编程装置加载一数据 凄t值时启动，以及一电阻器，其与一加载晶体管串联连接，所述加载晶体管由一加载 信号所启动，其于自所述一次性可编程装置控制加载一数据数值时启 动。
5. 如权利要求1所述的可编程锁存器电路，还包含所述电流源与一储存电路，其包括绝缘栅极场效应晶体管；以及一个一次性可编程电路，其包含所述一次性可编程装置与至少一高 电压晶体管，所述高电压晶体管包含一栅极绝缘体，其比所述电流源与 储存电路的所述晶体管更能抵抗高电压崩溃。
6. 如权利要求5所述的可编程锁存器电路，其中所述储存电路包含一锁存器电路，其储存所述预定逻辑数值并包含 储存互补逻辑数值的至少两个锁存器节点，所述一次性可编程电路，其包含所述一次性可编程装置、所述高电 压晶体管与 一编程晶体管，所述高电压晶体管的一源极-漏极路径耦合 于所述一次性可编程装置与其中一个所述锁存器节点之间，而所述编程 晶体管的一源极-漏极路径则耦合于所述高电压晶体管与一低电源电压 之间。
7. 如权利要求1所述的可编程锁存器电路，还包含 一冗余一次性可编程(R-OTP)装置，其只能够被单次编程以储存一 逻辑数值，所述冗余一次性可编程装置与所述一次性可编程装置平行排 列，且在所述一次性可编程装置未失效时，所述冗余一次性可编程装置不 被编程以与所述一次性可编程装置的状态相配。
8. —种一次性可编程锁存器，包^^:一锁存器电路，其具有储存一逻辑数值的交叉耦合的数据节点；一电流源电路，其与一第一数据节点耦合，所述电流源电路响应一加 载信号而供应一第一电流至一第一数据节点，所述第一电流数值并非根据任何非易失性储存装置而控制；以及一个一次性可编程装置，其在一第一状态中基本上不引出电流，并在 一第二状态中引出一泄漏电流，其中所述一次性可编程装置响应所述加载信号而耦合至一第二数据节点。
9. 如权利要求8所述的一次性可编程锁存器，其中 所述锁存器电路包括一对锁存器晶体管，其在所述数据节点之间交叉耦合，以及一对保持晶体管， 一第一保持晶体管具有耦合于一第一数据节点与一 第一电源电压之间的一源极-漏极路径， 一第二保持晶体管具有耦合于一第 二数据节点与所述第 一 电源电压之间的一源极-漏极路径，所述第 一与第二 保持晶体管的栅极共同耦合以接收一保持信号。
10. 如权利要求9所述的一次性可编程锁存器，其中 所述锁存器电路还包含一对均衡晶体管， 一第一均衡晶体管具有耦合于所述第一数据节点与 一第二电源电压之间的一源极-漏极路径， 一第二均衡晶体管具有耦合于所 述第二数据节点与所述第二电源电压之间的一源极-漏极路径，所述第 一与 第二等化晶体管的栅极共同耦合以接收一均衡信号。
11. 如权利要求8所述的一次性可编程锁存器，还包含 一高电压晶体管，其具有耦合于所述一次性可编程装置与所述第二数 据节点之间的一源极-漏极路径。
12. 如权利要求11所述的一次性可编程锁存器，还包含一编程晶体管，其具有耦合于所述高电压晶体管与一第二电源电压之 间的一源极-漏极路径，且栅极耦合至所述数据节点的其中 一个。
13. 如权利要求12所述的一次性可编程锁存器，还包含一编程启动晶体管，其具有耦合于所述编程晶体管的栅极与一个所述 数据节点之间的一源极-漏极路径。
14. 如权利要求8所述的一次性可编程锁存器，还包含一个一次性可编程加载晶体管，其具有耦合于所述一次性可编程装置 与所述第二数据节点之间的 一 源极-漏极路径；一电流源加载晶体管，其具有耦合于所述电流源电路与所述第一数据 节点之间的一源极-漏极路径；其中所述一次性可编程加载晶体管与所述电流源加载晶体管的栅极共同耦 合以接收一加载信号。
15. —种可编程锁存方法，其包括以下步骤建立一次性可编程装置的一状态，以提供代表一预定逻辑数值的一编 程电流数值；提供一参考电流，其并非由一次性可编程装置产生；以及 根据所述编程电流与所述参考电流之间的 一差异来锁存一数据数值。
16. 如权利要求15所述的可编程锁存方法，其中 建立所述一次性可编程装置的所述状态包括，储存一逻辑数值，在引出一泄漏电流的栅极氧化物反熔丝装置的绝缘 体中建立一短路，以及储存另一个逻辑数值，其不改变所述栅极氧化物反熔丝装置的栅极绝 缘体，而基本上不以所述栅极氧化物反熔丝装置来引出电流。
17. 如权利要求16所述的可编程锁存器方法，其中 所述参考电流低于所述泄漏电流。
18. 如权利要求15所述的可编程锁存器方法，其中 提供所述参考电流包含施加偏压于一 电流供应晶体管。
19. 如权利要求15所述的可编程锁存器方法，还包含 当编程所述一次性可编程装置的一状态时， 将一数据数值写至一锁存器，以及当所述锁存器储存一特定数据数值时，启动所述一次性可编程装置的 一编程电位。
20. 如权利要求15所述的可编程锁存器方法，其中 提供所述参考电流包含从一数字数值产生所述参考电流。
全文摘要
一次性可编程(OTP)锁存器电路可以包含能够以非易失性形式储存逻辑数值的单个一次性可编程装置，或是只在需要冗余时包含两个一次性可编程装置。一锁存器片段可以根据所述一次性可编程装置所引出的电流以及不是由以所述一次性可编程装置所产生的参考电流之间的比较，来锁存一数据数值。一次性可编程装置可以包含一栅极氧化物反熔丝(GOAF)装置。
文档编号G11C17/00GK101128884SQ200580032080
公开日2008年2月20日 申请日期2005年9月23日 优先权日2004年9月24日
发明者巴巴克·A·塔贺利, 桑吉维·马赫许瓦里 申请人:赛普拉斯半导体公司