一种适用于MTM反熔丝PROM的编程方法与流程

本发明属于可编程反熔丝技术领域，涉及一种适用于MTM反熔丝PROM的编程方法。

背景技术：

反熔丝是一种非常重要的可编程互连单元。MTM(metal-to-metal)反熔丝已被广泛地应用于现场可编程门阵列(FieldProgrammable GateArray,FPGA)和可编程存储器(Programmable Read-OnlyMemory,PROM)中。在具体集成电路中，反熔丝单元位于顶层金属N层和N-1层金属之间，反熔丝在编程之前是处于关断状态的，通过编程电流的热效应对反熔丝进行编程，编程后反熔丝由关断状态转变为导通状态，形成低电阻连接。

反熔丝制造需要特殊工艺，目前只有国外少数公司掌握了该技术。由于MTM反熔丝的重要作用，国内也逐渐开展了包括MTM反熔丝工艺技术、MTM反熔丝电路设计技术、测试技术、编程方法、编程器设计技术等关键技术的研究和技术攻关。

MTM反熔丝PROM是一种高可靠非易失性存储器，常被用作航天电子系统中程序代码以及其他关键信息的存储。由于其特殊的应用领域，国外此类电路往往对国内处于禁运状态，而且进行技术封锁。本发明给出了一种适用于基于国内较为成熟的0.18μm MTM反熔丝工艺设计的PROM电路的编程方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种适用于MTM反熔丝PROM的编程方法，解决了MTM反熔丝PROM编程过程中误编程问题，提升了芯片的编程成功率，提高了编程后反熔丝PROM电路的可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种适用于MTM反熔丝PROM的编程方法，包括：编程器与PROM电路成功连接；根据读取的PROM电路型号选择适当的编程算法；对PROM电路空片检查；编程器根据加载的要对PROM电路进行编程的数据以及对应的地址进行编程寻址，还包括：对欲编程的反熔丝施加每一个编程脉冲之前先进行编程预充电；上一个编程脉冲完成后，施加下一个编程脉冲之前先给PROM电路一定的热弛豫时间；将编程脉冲进行分组，两个一组，在每一组编程脉冲的第二个编程脉冲期间，进行编程电流Ipp检测，并且在每一组编程脉冲完成后，进行该字节数据读取验证；在对所有字节编程完成后，进行全片数据读取校验。

进一步地，编程预充电在编程脉冲之前，预充电压与编程电压数值相同，数值均在8V～10V之间。

进一步地，编程脉冲时间宽度是编程预充电时间宽度的2倍，其中编程预充电时间在3ms～5ms，编程脉冲时间宽度在6ms～10ms。

进一步地，两个编程脉冲之间的热弛豫时间宽度与编程预充电时间宽度相同，其中编程脉冲之间的热弛豫时间为3ms～5ms。

进一步地，编程过程中每一次编程电流检测在每一组编程脉冲的第二个编程脉冲宽度的2/3时间处。

进一步地，编程过程中每一次字节数据读取校验在经过第二个热弛豫时间后，再进行字节读取校验。

本发明与传统对MTM反熔丝PROM的编程方法相比，除了按照逐个字节进行编程外，具有以下有益效果：

1、为了避免反熔丝被误编程，在施加编程脉冲之前，增加了编程预充电阶段，使与欲编程的反熔丝处于同一列的其他所有反熔丝的下电极充上一定的电压。

2、在两个编程脉冲之间增加了热弛豫时间，防止反熔丝过编程，进而提高编程后反熔丝可靠性，同时防止编程时芯片过热烧毁电路或者使编程过程变的不可靠。

3、判断反熔丝是否编程成功：将编程脉冲进行分组，两个一组，在每组编程脉冲的第二个编程脉冲期间，进行编程电流Ipp检测，并且在每一组编程脉冲完成后，进行该字节数据读取验证；编程电流Ipp检测和数据读取验证两个环节都必须通过，才能判断该反熔丝编程成功，进入下一个字节编程，否则继续给下一组编程脉冲，直到校验通过或者达到最大编程次数。

4、判断芯片是否编程成功：在对所有字节编程完成后，必须经过全片数据读取校验，校验通过后，才能判断芯片编程成功。

5、采用本发明的编程方法，能够有效地避免反熔丝被误编程，提升芯片的编程成功率，通过优化编程算法，提高编程后反熔丝PROM电路的可靠性。

附图说明

图1为编程MTM反熔丝PROM中反熔丝的装置图；

图2为采用本发明对MTM反熔丝PROM电路进行编程的编程时序图；

图3为采用本发明对MTM反熔丝PROM电路进行编程的流程图。

具体实施方式

本发明所列举的实施例，只是用于帮助理解本发明，不应理解为对本发明保护范围的限定，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明思想的前提下，还可以对本发明进行改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护的范围内。

如图1所示，右边为包含反熔丝F1～F6的MTM反熔丝PROM电路1，其中F1～F6为反熔丝，M1～M6为编程限流管，N1～N6为预充电控制管。反熔丝F1～F6初始态为关断状态，欲对某个反熔丝进行编程，MTM反熔丝PROM编程器2通过ADR、DQ、PEN、CEN、OEN五个端口对MTM反熔丝PROM电路1施加信号，通过电路内部的寻址和编程电路11打开对应的w(w1～w2)开关并且在bit(bit1～bit3)线上施加适量的预充电脉冲和编程脉冲，完成反熔丝编程。

为了避免反熔丝被误编程，在施加编程脉冲之前，增加了编程预充电阶段，使与欲编程的反熔丝处于同一列的其他所有反熔丝的下电极充上一定的电压。如图2所示，为由图1左边MTM反熔丝PROM编程器2产生的施加在图1右边MTM反熔丝PROM电路1上编程时序。预充电脉冲和编程脉冲由MTM反熔丝PROM编程器2通过PEN端口提供。在t0低脉冲期间，将地址端口ADR和数据端口DQ上的信号进行锁存，t0的时间周期根据具体MTM反熔丝PROM电路1而定，可以设定为500us。

地址和数据锁存完成后，进入t1阶段，对与欲编程的反熔丝处于同一列的其他所有反熔丝的下电极进行预充电，预充电压为8V～10V，根据MTM反熔丝PROM电路1内部的寻址和编程电路11结构，采用8V～10V的预充电压，到达反熔丝下电极的预充电压在4.1V～4.5V，t1阶段预充电时间一般为3ms～5ms。

预充电完成后，进入t2阶段，即反熔丝编程阶段，编程脉冲电压为8V～10V，根据MTM反熔丝PROM电路1内部的寻址和编程电路11结构，采用8V～10V的编程脉冲电压，到达反熔丝的上电极的电压为6.5V～8V，根据设定的MTM反熔丝工艺线提供的反熔丝单元特性，MTM反熔丝击穿电压在6V(±0.5V)，t2阶段编程脉冲时间一般为预充电时间的2倍，即6ms～10ms。采用该6.5V～8V的编程电压能够满足反熔丝击穿要求，而且预充电压不至于对反熔丝造成误编程。

例如，对反熔丝F1进行编程，首先通过MTM反熔丝PROM电路1内部的寻址和编程电路11打开预充电开关PRE(此时所有w关断)，通过bit1对d1和d4节点进行预充电(此时bit2和bit3为0V)；预充电完成后，关断预充电开关PRE，打开w1(此时w2关断)，通过bit1施加编程脉冲对反熔丝F1进行编程(此时bit2和bit3为0V)，由于d4节点之前预充了电压，有效防止了对反熔丝F4的误编程。

第一个编程脉冲电压完成后，反熔丝一般已经完成编程，为了反熔丝能够充分编程，需要再进行施加一个编程脉冲(强化编程)，但是在施加第二个编程脉冲之前，需要给MTM反熔丝PROM电路1一定的热弛豫时间，即t3阶段。t3阶段的热弛豫时间一般为编程脉冲时间的一半，即3ms～5ms。紧接着t3阶段，进行第二次编程，还需要进行预充电，即t4阶段，时间与t1一样。第二次预充电完成后，就是编程阶段，只是该阶段分成两个阶段t5和t6，t5的时间是t2的2/3，t6的时间是t2的1/3。在t5的结束时刻和t6的开始时刻进行反熔丝编程电流检测(电流阈值为Ith)，电流数值达标是反熔丝编程成功的必要条件之一。完成t6阶段后，经过t7阶段的热弛豫时间，进入t8阶段，对被编程的字节进行读校验。对被编程的字节的读校验成功是判断该字节编程成功的必要条件之一。

如图3所示，为采用本发明对MTM反熔丝PROM电路进行编程的流程图。第一步，要求编程器进行接触测试，确保PROM电路与编程连接成功；第二步，接触测试后紧接着进行PROM电路型号的读取，根据电路型号选择适当的编程算法；第三步，对PROM电路进行空片检查，确保欲编程的PROM电路是空白没有数据的；第四步，编程器加载要对PROM电路进行编程的数据以及对应的地址；第五步，根据加载的数据和地址，进行编程寻址；第六步，根据图2的编程时序，对与欲编程的反熔丝处于同一列的其他所有反熔丝的下电极施加预充电脉冲，在欲编程的反熔丝上电极施加编程脉冲；第七步，根据图2的编程时序，进行编程电流和读取校验，当编程电流检测(Ipp>Ith)以及读取校验均通过后，判断该反熔丝编程成功，否则，按照以上方法，继续施加预充电脉冲和编程脉冲，直到满足编程电流检测以及读取校验条件，记录编程电流Ipp和读取数据，进入下一个字节编程或者达到预定编程的最大次数而终止编程，并记录最后一次编程电流和读取数据；当完成最后一个字节反熔丝编程后，对芯片进行全片读取验证，如果验证通过，判断芯片编程成功，否则，给出芯片编程失败信息。