Design of Low-Area 1-kb PMOS Antifuse-Type OTP IP

In this paper, we design a non-volatile memory IP, 1-kb one-time programmable (OTP) memory, used for power management ICs. Since a conventional OTP cell uses an isolated NMOS transistor as an antifuse, there is an advantage of it big cell size with the BCD process. We use, therefore, a PMOS transistor as an antifuse in lieu of the isolated NMOS transistor and minimize the cell size by optimizing the size of a OTP cell transistor. And we add an ESD protection circuit to the OTP core circuit to prevent an arbitrary cell from being programmed by a high voltage between the terminals of the PMOS antifuse when the ESD test is done. Furthermore, we propose a method of turning on a PMOS pull-up transistor of high impedance to eliminate a gate coupling noise in reading a non-programmed cell. The layout size of the designed 1-kb PMOS-type antifuse OTP IP with Dongbu's $0.18{\mu}m$ BCD is $129.93{\times}452.26{\mu}m^2$.

저면적 1-kb PMOS Antifuse-Type OTP IP 설계

본 논문에서는 power management IC에 사용되는 비휘발성 메모리 IP인 1-kd OTP IP를 설계하였다. 기존의 OTP 셀 (cell)은 isolated NMOS 트랜지스터를 안티퓨즈 (antifuse)로 사용하였으나 BCD 공정에서는 셀 크기가 큰 단점이 있다. 그래서 본 논문에서는 isolated NMOS 트랜지스터 대신 PMOS 트랜지스터를 안티퓨즈로 사용하였으며, OTP 셀 트랜지스터의 크기를 최적화시켜 셀의 크기를 최소화시켰다. 그리고 ESD 테스터 시 PMOS 안티퓨즈 양단에 고전압 (high voltage)가 걸려 임의의 셀이 프로그램 되는 것을 방지하기 위하여 OTP 코어 회로에 ESD 보호 회로 (protection circuit)를 추가하였다. 또한 프로그램 되지 않은 셀을 읽을 때 게이트 커플링 노이즈를 제거하기 위해 high-impedance의 PMOS pull-up 트랜지스터를 ON 시키는 방식을 제안하였다. 동부하이텍 $0.18{\mu}m$ BCD 공정을 이용하여 설계된 1-kb PMOS-type 안티퓨즈 OTP IP의 레이아웃 크기는 $129.93{\times}452.26{\mu}m^2$이다.