基于MTM反溶丝结构的OTP存储器读出系统的设计

作     者：毛冬冬 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李威

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：OTP存储器 MTM反熔丝 读出系统 灵敏放大器 

摘      要：信息科技的飞速发展对信息传输里的信息安全提出越来越高的要求。存储器是信息科技中数据存储、信息交换的主要载体,也因此成为了半导体产业发展的重中之重。在这种背景下,作为只可以进行一次编程的非挥发性存储器,OTP(One-Time-Programmable)存储器凭借其极强的可靠性、抗干扰性在对抗辐照、保密特性要求很高的领域中得到了广泛的应用,比如:航天航空、军工、国际空间站等等。论文的目的是基于MTM(Metal-To-Metal)反熔丝设计OTP存储器里的读出系统,包括以下子模块:地址跳变检测、脉冲扩展、控制信号生成、灵敏放大器、DICE(Dual-Interlocked-Storage-Cell)锁存器、数据双向端口等等。本文首先概述了OTP存储器的整体结构,设计了基于反熔丝型器件的存储位元,并分析其工作原理。然后对OTP存储器的读出系统作出充分的理论研究,包括各个子电路模块采用什么样的电路结构、对性能指标有影响的因素有哪些等等。尤其对灵敏放大器作出了详细深入的研究,分析了位线上负载的大小对读出时间的影响以及存储位元内寄生电容对读取阈值的影响。在理论分析的基础上基于MTM反熔丝设计了整体读出电路,设计过程中的大量仿真量化了寄生参数对性能指标的影响,并得出了不同工艺角、温度组合下的读出时间和读取阈值,如TT工艺角、27℃下读出时间和读取阈值分别为25.5ns和9.8KΩ。版图设计及验证工作结束后提取出了电路里的寄生参数并用FineSim对所设计电路进行了后仿真,结果显示所设计的各项关键性能指标均满足项目要求。最后在已有经验的基础上提出了适合于本次设计的芯片测试方案,以便提高流片完成后的芯片测试效率。论文所设计的读出电路因采用了两级抗干扰能力强的DICE锁存器而具有更高的可靠性,能确保存储位元内编程信息的正确读取。同时该读出电路具有良好的可移植性,只需要做细微修改便可适用于不同容量、不同反熔丝类型的OTP存储器。