本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，尤其涉及一種基于電容機構(gòu)的一次性可編程器件及編程實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

OTP(one time programmable,一次可編程器件)是常見的一種NVM(非易失性存儲器)，一次性編程在編程過程中不可逆轉(zhuǎn)，只允許寫一次。STT-MRAM是一種非易失的存儲器，它的存儲結(jié)構(gòu)采用MTJ磁性隧道結(jié)，中間的稱為勢壘層，上下為自由層和參考層。

針對MTJ(磁性隧道結(jié))的一次性編程通常采用加高壓的方式擊穿勢壘層，擊穿后的勢壘層表現(xiàn)為低阻抗(約100歐姆左右)。勢壘層的擊穿電壓比普通的編程電壓要高，并且由于開關(guān)管存在導(dǎo)通電阻，導(dǎo)致外部的電壓必須足夠高才能保證有效擊穿MTJ的勢壘層，這種傳統(tǒng)的方式往往需要額外的高壓輸入結(jié)構(gòu)，不僅設(shè)計電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也增加了一次編程的功耗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為克服上述的不足之處，目的在于提供一種基于電容機構(gòu)的一次性可編程器件，主要包括包括MOS開關(guān)管、磁性隧道結(jié)、電容，占用面積小，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。

本發(fā)明另一目的在于提供一種基于電容機構(gòu)的一次性可編程器件及編程實現(xiàn)方法，本方法通過一個電容，在電壓較小的情況下，通過對電容充電產(chǎn)生高于MTJ正常編程電壓的方式對OTP器件進行一次性寫入，打穿MTJ中的勢壘層，從而達到一次編程的效果；該方法利用內(nèi)部電容充電增壓的方式，降低了外部所需的編程電壓，降低了一次編程的功耗。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案達到上述目的：一種基于電容機構(gòu)的一次性可編程器件，包括：MOS開關(guān)管、磁性隧道結(jié)、電容、字線、位線、靈敏放大器電路、電位發(fā)生裝置；MOS開關(guān)管分別與磁性隧道結(jié)、字線、電位發(fā)生裝置連接；電容一端與字線相連，另一端分別與MOS開關(guān)管、磁性隧道結(jié)相連；磁性隧道結(jié)通過位線與靈敏放大器電路連接。

作為優(yōu)選，所述磁性隧道結(jié)包括自由層、勢壘層、參考層；勢壘層夾在自由層與參考層之間。

作為優(yōu)選，所述磁性隧道結(jié)的自由層與MOS開關(guān)管漏極連接；參考層與位線相連。

作為優(yōu)選，所述MOS開關(guān)管的柵極與字線相連；MOS開關(guān)管的源極與電位發(fā)生裝置相連。

作為優(yōu)選，所述電位發(fā)生裝置產(chǎn)生的電位為固定的接地電位。

作為優(yōu)選，所述磁性隧道結(jié)的兩頭還帶有頂層金屬層與底層金屬層，自由層連接到頂層金屬層后與MOS開關(guān)管漏極連接；參考層連接到底層金屬層后與位線相連。

作為優(yōu)選，所述自由層連接到底層金屬層后與MOS開關(guān)管漏極連接；參考層連接到頂層金屬層后與位線相連。

作為優(yōu)選，所述電容另一端分別與與MOS開關(guān)管的漏極、磁性隧道結(jié)的自由層連接。

一種基于電容機構(gòu)的一次性可編程器件的編程實現(xiàn)方法，對MOS開關(guān)管源極施加接地電位，在字線上施加普通編程電壓，在位線上施加電壓，若干時間后保持位線電壓不變，將字線電壓降為零，電容與MOS管漏極相連的電壓產(chǎn)生一個瞬態(tài)的負電壓，這個負電壓與位線之間構(gòu)成了MTJ之間的電壓，這個電壓超過普通編程電壓，并將磁性隧道結(jié)的勢壘層擊穿，完成編程。

本發(fā)明的有益效果在于：1)本方法通過一個可充電的電容，在電壓較小的情況下，通過對電容充電產(chǎn)生高于MTJ正常編程電壓的方式對OTP器件進行一次性寫入，打穿MTJ中的勢壘層，從而達到一次編程的效果；2)該方法利用內(nèi)部電容充電增壓的方式，降低了外部所需的編程電壓，降低了一次編程的功耗；3)本發(fā)明器件占用面積小，易于實現(xiàn)，操作簡單，不僅可以降低一次編程的功耗也能節(jié)省制造成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于電容機構(gòu)的一次性編程器件的基本結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明基于電容機構(gòu)的一次性編程器件的部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明編程實現(xiàn)方法的流程示意圖；

圖4是本發(fā)明方法的編程時序圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行進一步描述，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此：

實施例：如圖1所示，一種基于電容機構(gòu)的一次性可編程器件由MOS開關(guān)管、磁性隧道結(jié)、電容、字線、位線、靈敏放大器電路、電位發(fā)生裝置組成。磁性隧道結(jié)包括自由層、勢壘層、參考層；勢壘層夾在自由層與參考層之間，如圖2所示。圖1中的A點為MOS開關(guān)管漏極；磁性隧道結(jié)的自由層與MOS開關(guān)管漏極連接；磁性隧道結(jié)的參考層與位線相連。MOS開關(guān)管的柵極與字線相連；MOS開關(guān)管的源極與電位發(fā)生裝置相連。所述電位發(fā)生裝置產(chǎn)生的電位為固定的接地電位。電容一端與字線相連，另一端分別與MOS開關(guān)管漏極、磁性隧道結(jié)的自由層相連。

磁性隧道結(jié)的兩頭還包括有頂層金屬層與底層金屬層，自由層連接到頂層金屬層后與MOS開關(guān)管漏極連接；參考層連接到底層金屬層后與位線相連。另外，連接關(guān)系也可以是自由層連接到底層金屬層后與MOS開關(guān)管漏極連接；參考層連接到頂層金屬層后與位線相連。

如圖3所示，一種基于電容機構(gòu)的一次性可編程器件的編程實現(xiàn)方法，對MOS開關(guān)管源極施加接地電位，在字線上施加普通編程電壓，在位線上施加電壓，一段時間以后，保持位線電壓不變，將字線電壓降為零，電容與MOS管漏極相連的電壓將產(chǎn)生一個瞬態(tài)的負電壓，這個負電壓與位線之間構(gòu)成了MTJ之間的電壓，這個電壓將超過普通的編程電壓，并將磁性隧道結(jié)的勢壘層擊穿。本發(fā)明方法的編程時序圖如圖4所示。

本發(fā)明的一次性編程器件可集成到手機、電腦、嵌入式芯片、汽車電子芯片，獨立式存儲器、手持設(shè)備、射頻標簽中。

以上的所述乃是本發(fā)明的具體實施例及所運用的技術(shù)原理，若依本發(fā)明的構(gòu)想所作的改變，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，仍應(yīng)屬本發(fā)明的保護范圍。