存储单元电路原理图

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1、采用EEPROM工艺设计通用阵列逻辑器件——遇到的问题与解决方案深圳市国微电子股份有限公司裴国旭电可擦除只读存储器（EEPROM）工艺可广泛运用于各种消费产品中，像微控制器、无线电话、数字信号处理器、无线通讯设备以及诸如专用芯片设计等诸多应用设备中。0.18μmEEPROM智能模块平台可广泛应用于快速增长的IC卡市场，如手机SIM卡、借记卡、信用卡、身份证、智能卡、USB钥匙以及其他需要安全认证或需时常更新和编写资料的应用设备中。利用EEPROM工艺的可擦除，可重新编程的特点，用EEPROM单元组成阵列，通过对阵列

2、单元的编程可实现芯片的不同逻辑功能。EEPROM工艺的存储单元由两个NMOS晶体管组成，如图2,N1为耐高压增强型NMOS晶体管作为存储单元的控制晶体管，.N2为耗尽型NMOS晶体管,有两层硅栅，一层为浮栅用来存放电子．N2就是存储单元的存储晶体管．图1存储单元物理结构图图2存储单元电路原理图．存储单元的擦写原理（图1，图2）：存储单元控制栅(CG)为16V,存储单元选择栅(SG)为15V,存储单元的位线端口(VB)为“0”，存储单元的源端(VS)悬空，电子由隧道窗口进入到浮栅(FLOAT_GATE)上，并保持住。

3、当进行读操作时，CG接“0”，由于浮栅上存有电子，N2的浮栅为负5V左右，因此关闭了耗尽型N2晶体管，达到了擦除的目的。当CG=“0”，SG=15V，VB=16V，VS悬空时，浮栅上的电子会从隧道窗口放掉，当进行读操作时，CG接“0”，由于浮栅上没有电子，N2的浮栅为0V左右，由于N2是耗尽型NMOS晶体管，在栅极电压为0V时也导通，达到写入目的。在测试芯片的过程中发现可以写数据，无法擦除数据。芯片的工作电压为5V，擦写时高压引脚(VH)输入15V电压，VH=15V信号是通过控制逻辑提供给EEPROM单元，芯片的擦

4、除过程是把所有的EEPROM单元一次性擦除，而写入可以只写一个EEPROM单元，经过实验，只给一个EEPROM单元写“1”可以成功，将所有的EEPROM单元写“1”也可以成功。当实行对EEPROM单元全部擦除时却不成功。在设计时将提供给EEPROM阵列单元的高压信号(VPP)引出作为一个测试引脚。在写入操作时，监测VPP引脚，电压可以达到15V并保持4毫秒，证明写操作时VPP信号正常。在全芯片擦除操作时VPP引脚电压不但未升高，反而为地电平。此时测量15V输入引脚VH的电压为15V。通过对测试结果进行分析：芯片存在

5、漏电的可能，但无法确定具体位置。为了找到漏电的位置，采用微光拍照（上海宜硕）的方法。微光拍照捕捉的是PN结及MOS晶体管沟道有电流通过时发出的光。在对芯片反复擦除时进行微光拍照，在给EEPROM阵列SG端提供电压的开关模块（SＧ_V）处亮度最高。SG作为阵列的字线共有128条，对应128个开关模块（SＧ_V）。每个开关模块（SＧ_V）都提供一个１５Ｖ的高压信号，该信号线跨越了电压为１５Ｖ的N型阱(ＮＷＥＬＬ)和接地的Ｎ型注入区(N+)。该工艺中第一层金属引线跨过两个Ｎ型区，当金属线线宽为50U,电压超过１４Ｖ时将使

6、Ｎ型场管导通，导通电流为１μＡ。检查芯片版图没有第一层金属线跨越该区域的Ｎ阱和Ｎ＋。另外用测试机对芯片进行测试，在芯片的高压输入引脚ＶＨ处分别加１０Ｖ，１１Ｖ，１２Ｖ，１３Ｖ的电压，让芯片执行擦除的动作，监测VPP的电压仍然为地电平。由此判断执行擦除操作时的漏电不是因为寄生的NMOS管造成的，因为电压在１３Ｖ以下时第一层金属引线的寄生NMOS管不导通，那么第二层金属引线的寄生NMOS管就更不能导通。是什么导致芯片漏电，使VPP的电压上不去呢？只有重新从芯片的设计开始着手，检查VPP电压的仿真波形。由于EEPROM单

7、元必须要有高压１５Ｖ的信号才能实现擦写的操作，为了保护EEPROM单元免受高压冲击，影响使用寿命，对外部输入的高压信号进行了处理，让加到EEPROM单元的信号在几毫秒内缓升到１５Ｖ。以达到保护EEPROM单元的目的。电路仿真擦写操作VPP都能升到１５Ｖ，仔细观察擦除时VPP的电压波形，VPP先由５ｖ掉到３.６Ｖ再缓升到１５Ｖ。如图三：ＶＨ为输入，VPP输出端口，通过依次关闭Ｎ３到Ｎ１０几个NMOS晶体管来达到让VPP缓升。图3VPP缓升电路原理图。开关模块(ＳＧ_V)的控制原理（如图四）：开关模块(ＳＧ_V)包括Ｒ

8、_ＨＬ输入端口,GND_REF输入端口,VPP输入端口（端口信号由VPP缓升电路输出VPP提供）,SG_V双向端口．信号Ｒ_ＨＬ为“０”，ＧＮＤ_ＲＥＦ为“０”,当ＳＧ_V为“０”时Ｐ２导通，使Ｐ１关闭，ＳＧ_V输出信号为“０”。当ＳＧ_V开关模块Ｐ２关闭，Ｎ１打开，则Ｐ１打开，VPP信号经过Ｐ１，Ｐ３输出到ＳＧ_V端口。ＳＧ_V随VPP的缓升到１５Ｖ达到擦