一种适用于MTM反熔丝PROM的读出电路的制作方法

本发明涉及半导体集成电路，特别涉及一种适用于mtm反熔丝prom的读出电路。

背景技术：

1、mtm反熔丝为一次可编程器件，编程后，mtm反熔丝的物理状态发生改变来实现不同状态的存储。mtm反熔丝天然具备良好的抗辐射特性，同时编程不可恢复，具有非易失性、体积小、速度快、高可靠性等优点。基于mtm反熔丝的prom存储器体积小、制造成本低且可靠性高，可以稳定可靠的保存数据，在辐射强、昼夜温差大、电磁干扰严重的外太空环境工作时具有无可比拟的优势。mtm反熔丝prom具备快速读取、功耗低、抗辐照性强、可靠性高、安全性好等优点，被广泛利用在航空环境中。在等优势日益凸显。

2、mtm反熔丝单元由两个导通电极层之间加一层反熔丝介质构成。反熔丝单元在未编程前具有绝缘特性，电阻高达250g欧姆量级；反熔丝单元在二个电极层之间施加编程电压，对反熔丝单元进行编程，在二个导通电极层之间形成导电丝，呈现出导通特性，具有较小的电阻，编程后的电阻在200欧姆以下。mtm反熔丝prom，编程的反熔丝单元存储数据1，未编程的反熔丝存储数据0。

3、反熔丝根据电极和反熔丝介质材料的不同，而分为不同的类型，形成不同的mtm反熔丝工艺。根据mtm反熔丝工艺的不同，以及编程电压、编程电流、编程脉冲等的不同，反熔丝单元在编程后的电阻都有不同。即使在同一个工艺下，不同的流片批次，同一批次的不同圆片，同一圆片的不同mtm反熔丝prom芯片上的反熔丝单元的编程后电阻都会有区别。反熔丝单元编程后的电阻对反熔丝prom编程后的数据读出有重要的影响。

4、为了提高mtm反熔丝prom存储器的存储密度，提高容量、降低成本和提高制造良率，mtm反熔丝prom存储器采用单端的存储单元，即一个存储单元只有一个存储节点，只存储对应的数据0或1，一个存储单元不会像sram存储单元同时差分地存储0和1。存储单元的结构如图1所示。

5、为了保证读出的可靠性，传统的mtm反熔丝prom在编程后读出数据时，读出灵敏放大器电路先对读出位线bl和位线上的寄生电容进行预充电到vdd电平，再打开灵敏放大器的使能，由存储单元对读出位线bl进行放电。已经编程的反熔丝存储单元，由于反熔丝编程后电阻低于200欧姆，可以迅速将bl的电压放电，从vdd向下拉低到一个较低的电平；而未编程的存储单元，由于反熔丝的电阻高达250g欧姆量级，无法对bl的电压放电，bl的电压保持在接近vdd的电平。这使得其中未编程的反熔丝两端会长时间存在一个接近vdd的电压。当反熔丝prom长时间工作时，在反熔丝prom存储器中未编程的受到读出时两端施加的接近vdd的电压的影响，可能会出现弱击穿编程，从而影响到反熔丝prom的可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种适用于mtm反熔丝prom的读出电路，以解决背景技术中的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于mtm反熔丝prom的读出电路，包括隔离管n1、预充管p0、下拉管n0、限压保护电阻r0、识别反相器inv1、常规反相器inv2、编程控制信号prog_vc和读出使能信号sa_en；

3、所述隔离管n1的漏端连接位线bl，栅端连接编程控制信号prog_vc，源端连接关键节点d0；限压保护电阻r0的第一端连接关键节点d0，第二端接地；下拉管n0的源端接地，栅端连接读出使能信号sa_en，漏端连接关键节点d0；预充管p0的漏端连接电源vdd，栅端连接读出使能信号sa_en，源端连接关键节点d0；所述关键节点d0连接识别反相器inv1的输入端，调整识别反相器inv1的翻转电平，准确识别编程和未编程二种状态下，关键节点d0的电平；识别反相器inv1的输出端连接常规反相器inv2的输入端，所述常规反相器inv2将识别反相器inv1的输出反相，作为读出电路的输出结果，即存储单元中存储的数据。

4、在一种实施方式中，当适用于mtm反熔丝prom的读出电路在进行编程时，编程控制信号prog_vc为低电平，进行隔离保护；当适用于mtm反熔丝prom的读出电路在进行读操作时，prog_vc为高电平，将位线bl和读出电路进行连通。

5、在一种实施方式中，在没有进行读操作时，读出使能信号sa_en为高电平，下拉管n0导通，预充管p0截止，使关键节点d0一直保持在低电平；当在进行读操作时，读出使能信号sa_en跳变到低电平，下拉管n0截止，预充管p0导通，对关键节点d0和位线bl充电。

6、在一种实施方式中，当存储单元中的mtm反熔丝已经编程，mtm反熔丝的电阻较小，即小于200欧姆，则读出操作时，关键节点d0和位线bl会被mtm反熔丝的电阻下拉到低电平；当存储单元中的mtm反熔丝没有被编程，mtm反熔丝的电阻较大，即大于250g欧姆，则读出操作时，关键节点d0和位线bl无法通过mtm反熔丝的电阻下拉。

7、在一种实施方式中，当进行读操作时，预充管p0对关键节点d0和位线bl充电，限压保护电阻r0对关键节点d0和位线bl的电压下拉，使得关键节点d0和位线bl的电压限制在一个安全的范围，从而对存储单元中未编程的mtm反熔丝进行保护。

8、在一种实施方式中，所述限压保护电阻r0的阻值为mtm反熔丝编程后的电阻最大值的5～20倍。

9、本发明提供的一种适用于mtm反熔丝prom的读出电路，包括隔离管、预充管、下拉管、限压保护电阻、识别反相器和常规反相器；增加的限压保护电阻远大于mtm反熔丝的编程后电阻，但又远小于mtm反熔丝的未编程电阻。当存储单元中存储数据0，mtm反熔丝未被编程，电阻极高。在进行读出操作时，限压保护电阻可以有效降低mtm反熔丝两端的电压差，从而实现对未编程mtm反熔丝的保护，提高mtm反熔丝prom存储器的可靠性。

技术特征：

1.一种适用于mtm反熔丝prom的读出电路，其特征在于，包括隔离管n1、预充管p0、下拉管n0、限压保护电阻r0、识别反相器inv1、常规反相器inv2、编程控制信号prog_vc和读出使能信号sa_en；

2.如权利要求1所述的适用于mtm反熔丝prom的读出电路，其特征在于，当适用于mtm反熔丝prom的读出电路在进行编程时，编程控制信号prog_vc为低电平，进行隔离保护；当适用于mtm反熔丝prom的读出电路在进行读操作时，prog_vc为高电平，将位线bl和读出电路进行连通。

3.如权利要求1所述的适用于mtm反熔丝prom的读出电路，其特征在于，在没有进行读操作时，读出使能信号sa_en为高电平，下拉管n0导通，预充管p0截止，使关键节点d0一直保持在低电平；当在进行读操作时，读出使能信号sa_en跳变到低电平，下拉管n0截止，预充管p0导通，对关键节点d0和位线bl充电。

4.如权利要求1所述的适用于mtm反熔丝prom的读出电路，其特征在于，当存储单元中的mtm反熔丝已经编程，mtm反熔丝的电阻较小，即小于200欧姆，则读出操作时，关键节点d0和位线bl会被mtm反熔丝的电阻下拉到低电平；当存储单元中的mtm反熔丝没有被编程，mtm反熔丝的电阻较大，即大于250g欧姆，则读出操作时，关键节点d0和位线bl无法通过mtm反熔丝的电阻下拉。

5.如权利要求1所述的适用于mtm反熔丝prom的读出电路，其特征在于，当进行读操作时，预充管p0对关键节点d0和位线bl充电，限压保护电阻r0对关键节点d0和位线bl的电压下拉，使得关键节点d0和位线bl的电压限制在一个安全的范围，从而对存储单元中未编程的mtm反熔丝进行保护。

6.如权利要求1所述的适用于mtm反熔丝prom的读出电路，其特征在于，所述限压保护电阻r0的阻值为mtm反熔丝编程后的电阻最大值的5～20倍。

技术总结
本发明公开一种适用于MTM反熔丝PROM的读出电路，属于半导体集成电路领域，包括隔离管N1、预充管P0、下拉管N0、限压保护电阻R0、识别反相器INV1、常规反相器INV2、编程控制信号Prog_VC和读出使能信号SA_EN。增加的限压保护电阻远R0大于MTM反熔丝的编程后电阻，但又远小于MTM反熔丝的未编程电阻。当存储单元中存储数据0，MTM反熔丝未被编程，电阻极高。在进行读出操作时，限压保护电阻可以有效降低MTM反熔丝两端的电压差，从而实现对未编程MTM反熔丝的保护，提高MTM反熔丝PROM存储器的可靠性。

技术研发人员：王文,孙杰杰,赵桂林
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十八研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13