Abstract
In this paper is designed a 256-bit synchronous OTP(one-time programmable) memory required in application fields such as automobile appliance power ICs, display ICs, and CMOS image sensors. A 256-bit synchronous memory cell consists of NMOS capacitor as antifuse and access transistor without a high-voltage blocking transistor. A gate bias voltage circuit for the additional blocking transistor is removed since logic supply voltage VDD(=1.5V) and external program voltage VPPE(=5.5V) are used instead of conventional three supply voltages. And loading current of cell to be programmed increases according to RON(on resistance) of the antifuse and process variation in case of the voltage driving without current constraint in programming. Therefore, there is a problem that program voltage can be increased relatively due to resistive voltage drop on supply voltage VPP. And so loading current can be made to flow constantly by using the current driving method instead of the voltage driving counterpart in programming. Therefore, program voltage VPP can be lowered from 5.9V to 5.5V when measurement is done on the manufactured wafer. And the sens amplifier circuit is simplified by using the sens amplifier of clocked inverter type instead of the conventional current sent amplifier. The synchronous OTP of 256 bits is designed with Magnachip $0.13{\mu}m$ CMOS process. The layout area if $298.4{\times}314{\mu}m2$.
본 논문에서는 자동차 전장용 Power IC, 디스플레이 구동 칩, CMOS 이미지 센서 등의 응용분야에서 필요로 하는 동기식 256-bit OTP(one-time programmable) 메모리를 설계하였다. 동기식 256-bit OTP 메모리의 셀은 고전압 차단 트랜지스터 없이 안티퓨즈인 NMOS 커패시터와 액세스 트랜지스터로 구성되어 있다. 기존의 3종류의 전원 전압을 사용하는 대신 로직 전원 전압인 VDD(=1.5V)와 외부 프로그램 전압인 VPPE(=5.5V)를 사용하므로 부가적인 차단 트랜지스터의 게이트 바이어스 전압 회로를 제거하였다. 그리고 프로그램시 전류 제한 없이 전압 구동을 하는 경우 안티퓨즈의 ON 저항 값과 공정 변동에 따라 프로그램 할 셀의 부하 전류가 증가한다. 그러므로 프로그램 전압은 VPP 전원 선에서의 저항성 전압 감소로 인해 상대적으로 증가하는 문제가 있다. 그래서 본 논문에서는 전압 구동 대신 전류 구동방식을 사용하여 OTP 셀을 프로그램 할 때 일정한 부하전류가 흐르게 한다. 그래서 웨이퍼 측정 결과 VPPE 전압은 5.9V에서 5.5V로 0.4V 정도 낮출 수 있도록 하였다. 또한 기존의 전류 감지 증폭기 대신 Clocked 인버터를 사용한 감지 증폭기를 사용하여 회로를 단순화시켰다. 동기식 256-bit OTP IP는 매그나칩 반도체 $0.13{\mu}m$ 공정을 이용하여 설계하였으며, 레이아웃 면적은 $298.4{\times}3.14{\mu}m2$이다.
