JP2000340664A - 電気的ヒューズをリペアするための高電圧発生機を備えた半導体装置 - Google Patents

電気的ヒューズをリペアするための高電圧発生機を備えた半導体装置

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JP2000340664A
JP2000340664A JP2000119386A JP2000119386A JP2000340664A JP 2000340664 A JP2000340664 A JP 2000340664A JP 2000119386 A JP2000119386 A JP 2000119386A JP 2000119386 A JP2000119386 A JP 2000119386A JP 2000340664 A JP2000340664 A JP 2000340664A
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capacitor
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transistor
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Kenryu Cho
憲龍 張
Eitaku U
永倬 禹
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    • G11C29/78Masking faults in memories by using spares or by reconfiguring using programmable devices
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  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • For Increasing The Reliability Of Semiconductor Memories (AREA)
  • Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気的ヒューズをリペアするための高電圧発
生機(high voltage generator)を備えた半導体装置に
関する。 【解決手段】 パッケージ工程後素子にフェイル(fai
l)が発生する場合、チップ内部で電荷ポンピング(cha
rge pumping)を利用した高電圧発生機により発生した
高い電圧でリペア工程を行うことにより、外部で印加さ
れる高い電圧により素子が損傷されることを防止し、そ
れに伴う半導体素子の工程収率及び信頼性を向上させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気的ヒューズを
リペアするための高電圧発生機を備えた半導体装置に関
し、特に、電気的ヒューズをリペアするための高電圧を
チップの内部で電荷ポンピングにより発生させるように
した技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】もし、多数の微細セル(cell)中一つで
も欠陥があれば、DRAM及びSRAMの半導体メモリ
素子は自らの役割を果たせなくなり不良品として処理さ
れる。
【0003】しかし、半導体メモリ素子の集積度が増加
するに伴い、確率的に少量のセルにのみ発生する確率が
高いにも拘らず、これを不良品として廃棄するというこ
とは収率を低下させる非効率的な処理方式である。
【0004】したがって、DRAM及びSRAM等の半
導体メモリ素子内に予め予備メモリセルを設けておき、
その予備メモリセルを利用して不良セルを取り替えるこ
とにより収率を高めるリダンダンシー方式を採用するこ
とになった。
【0005】このように、リダンダンシー方式が採用さ
れた従来の半導体メモリ素子は製造工程を経てパッケー
ジ(package)化されるが、モルディング(molding)さ
れたパッケージに不良が発生すれば、正確な原因を調査
するための分析のため、これが剰余のセルに取り替えら
れたチップであるか否かを知らなければならない。
【0006】さらに、チップの信頼性が漸次重要になる
に従い、如何なるチップが剰余のセルに取り替えられた
チップであるかを知る必要がある。
【0007】これを光学的な方法で知ろうとする場合は
モルディングされたパッケージを切断しなければならな
いが、この場合はチップの特性が変化する可能性があ
り、パッケージの切断過程で過激な切断によりチップが
分析できなくなる場合が発生する。
【0008】それに従い、モルディングされたパッケー
ジの外部で剰余のセルに取り替えたか否かを調べるテス
ト方式が採用されるが、そのテスト方式は通常特定のピ
ンとパワーピンの間にヒューズラインとダイオードを直
列に連結し、その間に流れる電流が相違することによ
り、これを利用して剰余のセルに取り替えたのか否かを
外部からも知ることができるようにする方式である。
【0009】メモリ素子の不良セルを行(row)と列(c
olumn)に取り替えるとき、半導体集積回路のオプショ
ン(option)処理を行うとき、又は集積回路内の単位素
子を微細調整するときにヒューズラインを利用すること
ができる。
【0010】一般に用いられるヒューズの方式には大き
い電流を流してヒューズラインを切断する方法と、金属
又は多結晶シリコンヒューズラインを造りレーザを利用
してヒューズラインを切断する方式、そして絶縁膜を介
したトンネルリング電子(tunneling electron)でフロ
ーティングゲートをチャージ(charge)させるフローテ
ィングゲート方式がある。
【0011】特に、前記大きい電流を流してヒューズラ
インを切断する方法は二つの電極の間に絶縁膜が介在し
ている状態から、内部バイアス(internal bias)又は
外部バイアス(external bias)を介してプログラミン
グ化され絶縁膜の破壊(rupture)が発生するととも
に、二つの電極の間に電導性のチャンネル(conductive
channel)を形成するのである。
【0012】このとき、前記絶縁膜の破壊特性を向上さ
せるため、電極の間に印加する電圧がゲート絶縁膜の降
伏電圧より小さくなければならず、オフ状態(off-stat
e)で漏洩電流は可能な限り小さくなければならない。
【0013】そして、前記絶縁膜は抵抗成分が大きく誘
電率が小さい物質を用いてキャパシタンス及びRCディ
レーを減少させる。
【0014】従来技術に係るヒューズの方式中でレーザ
を利用してヒューズラインを切断する方式は、レーザビ
ームとヒューズラインの間のアラインマージンを確保し
なければならない。
【0015】さらに、ヒューズライン上の絶縁膜の厚さ
を一定に調節するのが難しく工程が複雑であり、パッケ
ージ後のリペアが不可能であり、電流を流してヒューズ
ラインを切断する方式は高い電圧を有する外部バイアス
を印加する場合、素子に多くの悪影響を及ぼす問題点が
ある。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記従来技術
の問題点を解決するため考案されたものであり、半導体
素子が動作した場合、フェイルが発生すればダイオード
を利用して内部電圧を上昇させ電気的ヒューズをリペア
するが、前記ダイオードを利用した高電圧発生機にて内
部で電荷(charge)をポンピング(pumping)して高電
圧を発生させることにより、リペア工程を容易にするこ
とができる電気的ヒューズをリペアするための高電圧発
生機を備えた半導体装置を提供することにその目的があ
る。
【0017】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明に係る電気的ヒューズをリペアするための高
電圧発生機を備えた半導体装置は、ソースとゲートにV
ccが印加され、ドレインが第1ノード‘NO1’に連
結されたNMOSトランジスタと、ソースとゲートが前
記第1ノード‘NO1’に連結され、ドレインが第2ノ
ード‘NO2’に連結された第1PMOSトランジスタ
と、前記第1ノード‘NO1’とVccを印加するクロ
ック1に連結され、前記第1ノード‘NO1’にVcc
をポンピングする第1キャパシタC1と、ソースとゲー
トが前記第2ノード‘NO2’に連結され、ドレインが
第3ノード‘NO3’に連結された第2PMOSトラン
ジスタと、前記第2ノード‘NO2’とVccを印加す
るクロック2に連結され、前記第2ノード‘NO2’に
Vccをポンピングする第2キャパシタC2と、ソース
とゲートが前記第3ノード‘NO3’に連結され、ドレ
インが高電圧出力端である第4ノード‘NO4’に連結
された第3PMOSトランジスタと、前記第3ノード
‘NO3’と前記クロック1に連結され、前記第3ノー
ド‘NO3’にVccをポンピングする第3キャパシタ
C3と、前記第3PMOSトランジスタのドレインとV
ssの間の第4キャパシタC4を含んでなることを第1
特徴とする。
【0018】さらに、本発明の実施例に係る電気的ヒュ
ーズをリペアするための高電圧発生機を備えた半導体装
置は、ソースとゲートに電源電圧が印加され、ドレイン
が第1ノード‘NO1’に連結された第1NMOSトラ
ンジスタと、ソースとゲートが前記第1ノード‘NO
1’に連結され、ドレインが第2ノード‘NO2’に連
結された第1PMOSトランジスタと、前記第1ノード
‘NO1’とVccを印加するクロック1に連結され、
前記第1ノード‘NO1’にVccをポンピングする第
1キャパシタC1と、ソースとゲートが前記第2ノード
‘NO2’に連結され、ドレインが第3ノード‘NO
3’に連結された第2PMOSトランジスタと、前記第
2ノード‘NO2’とVccを印加するクロック2に連
結され、前記第2ノード‘NO2’にVccを印加する
第2キャパシタC2と、前記第3ノード‘NO3’と前
記クロック1に連結され、前記第3ノード‘NO3’に
Vccをポンピングする第3キャパシタC3と、ソース
が前記第3ノード‘NO3’に連結され、ドレインが高
電圧出力端に連結される第2NMOSトランジスタを備
えることを第2特徴とする。
【0019】本発明に係る高電圧発生機を備えた半導体
装置においての技術的原理は、電気的ヒューズをリペア
しようとすればダイオードをターンオンさせ、ゲート絶
縁膜が破壊されない程度の電圧である6〜8Vの高電圧
を印加するため、キャパシタ及びダイオードを利用した
電荷ポンピングで高電圧を発生させる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電気的ヒュー
ズをリペアするための高電圧発生機を備えた半導体装置
の添付の図面を参考にしながら本発明を詳しく説明する
ことにする。
【0021】図1は、本発明の第1実施例に係る電気的
ヒューズをリペアするための高電圧発生機の断面図であ
る。
【0022】図2は、本発明の第1実施例に係る高電圧
発生機の動作タイミング図である。
【0023】本発明に係る高電圧発生機を備えた半導体
装置はNMOSトランジスタのソースとゲートに電源電
圧(Vcc)が印加され、ドレインがノード(NO1)
に連結されたNMOSトランジスタでなるダイオード
(D1)と、ソースとゲートが前記ノード(NO1)に
連結され、ドレインがノード(NO2)に連結された第
1PMOSトランジスタでなるダイオード(D2)と、
前記ノード(NO1)とVccを印加するクロック1に
連結されているキャパシタC1と、ソースとゲートが前
記ノード(NO2)に連結され、ドレインがノード(N
O3)に連結された第2PMOSトランジスタでなるダ
イオード(D3)と、前記ノード(NO2)とVccを
印加するクロック2に連結されているキャパシタC2
と、ソースとゲートが前記ノード(NO3)に連結さ
れ、ドレインが高電圧出力端のノード(NO4)に連結
される第3PMOSトランジスタでなるダイオード(D
4)と、前記ノード(NO3)と前記クロック1に連結
されているキャパシタC3と、前記第3PMOSトラン
ジスタのドレインとVssの間にキャパシタC4が備え
られている。
【0024】このとき、前記電源電圧端に連結されるN
MOSトランジスタのソース及びゲートは同じノードに
連結して電源電圧を印加することができ、互いに異なる
ノードに連結することもできる。
【0025】ここで、前記ダイオード(D1)、ダイオ
ード(D2)、ダイオード(D3)及びダイオード(D
4)は、P型半導体基板又はツインウェル(twin wel
l)又はトリプルウェル(triple well)を利用して形成
することができ、NMOS又はCMOSトランジスタに
形成することもできる。
【0026】前記ダイオードで電圧を印加した後、接合
領域間に電流パスが形成されウェルに漏洩電流が発生し
ない程度の空間を確保し、高電圧が印加された場合接合
ブレーキダウンが発生しない程度の接合深みを確保す
る。
【0027】前記構成による動作を検討してみれば、ダ
イオード(D1)のソースとゲートにVccが印加され
ると、NMOSトランジスタの閾電圧(Vtn)ほどの
電圧が降下し、図2でのように、t2後クロック1によ
りキャパシタC1にVccほどの電荷が印加され、前記
キャパシタC1によりVccほどの電荷がポンピングさ
れてノード(NO1)に‘2Vcc−Vtn’の電圧が
印加される。
【0028】次に、t3後にダイオード(D2)がター
ンオンされてノード(NO2)に‘2Vcc−Vtn’
が印加され、クロック2によりキャパシタC2にVcc
ほど電荷が印加され、前記キャパシタC2によりVcc
ほどの電荷がノード‘NO2’にポンピングされると、
6t後ノード‘NO2’に‘3Vcc−Vtn−Vtp
n’が印加される。このとき、前記Vtpnは前記PM
OSトランジスタの閾電圧である。
【0029】その次に、t7後にノード‘NO3’に
‘3Vcc−Vtn−Vtpn’が印加され、クロック
1によりキャパシタC3にVccほどの電荷が印加さ
れ、前記キャパシタC3によりノード‘NO3’にVc
cほどの電荷がポンピングされると、t9後ダイオード
‘D3’がターンオンされてノード‘NO3’に‘4V
cc−Vtn−2Vtpn’が印加される。
【0030】さらに、11t後ダイオード‘D4’がタ
ーンオンされると、ノード‘NO4’に‘4Vcc−V
tn−3Vtpn’の高電圧が印加される。
【0031】図3は、本発明の第2実施例に係る電気的
ヒューズをリペアするための高電圧発生機の断面図であ
り、NMOSトランジスタを連結したものを示す。
【0032】このとき、前記NMOSトランジスタはP
MOSトランジスタ又はCMOSトランジスタに利用す
ることができ、前記トランジスタのゲート絶縁膜は高電
圧に耐えられるよう50〜200Åの厚さに形成する。
【0033】図4は、本発明の第1実施例及び第2実施
例に係る高電圧発生機で用いられるキャパシタの斜視図
であり、一般にシリンダー型キャパシタに形成すること
もできるが、電荷ポンピング機能を増大させるためキャ
パシタを指型に形成したものを示す。
【0034】前記キャパシタで上部電極と下部電極は同
じ物質又は互いに異なる物質を用いて形成することがで
き、キャパシタンスを最大限確保するため上部電極と下
部電極を100〜500Åほど隔離させて形成する。
【0035】さらに、誘電体膜はONO、NO、PZ
T、Ta又はBST等に形成する。
【0036】
【発明の効果】以上で説明したように、本発明に係る電
気的ヒューズをリペアするための高電圧発生機を備えた
半導体装置においては、次のような効果がある。
【0037】本発明においては、パッケージ工程後素子
にフェイルが発生する場合、チップ内部で電荷ポンピン
グを利用した高電圧発生機により発生した高電圧でリペ
ア工程を行うことにより、外部で印加される高電圧によ
り素子が損傷されることを防止し、それに伴う半導体素
子の工程収率及び信頼性を向上させる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る電気的ヒューズをリ
ペアするための高電圧発生機の断面図である。
【図2】本発明の第1実施例に係るPNダイオードの動
作タイミング図である。
【図3】本発明の第2実施例に係る電気的ヒューズをリ
ペアするための高電圧発生機の断面図である。
【図4】本発明の第1実施例及び第2実施例の高電圧発
生機に用いられる指型(fingertype)キャパシタの斜視
図である。
【符号の説明】
D1、D2、D3、D4 ダイオード NO1、NO2、NO3、NO4 ノード

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ソースとゲートでVccが印加され、ド
    レインが第1ノードに連結されたNMOSトランジスタ
    と、 ソースとゲートが前記第1ノードに連結され、ドレイン
    が第2ノードに連結された第1PMOSトランジスタ
    と、 前記第1ノードとVccを印加するクロック1に連結さ
    れ、前記第1ノードにVccをポンピングする第1キャ
    パシタC1と、 ソースとゲートが前記第2ノードに連結され、ドレイン
    が第3ノードに連結された第2PMOSトランジスタ
    と、 前記第2ノードとVccを印加するクロック2に連結さ
    れ、前記第2ノードにVccをポンピングする第2キャ
    パシタC2と、 ソースとゲートが前記第3ノードに連結され、ドレイン
    が高電圧出力端の第4ノードに連結された第3PMOS
    トランジスタと、 前記第3ノードと前記クロック1に連結され、前記第3
    ノードにVccをポンピングする第3キャパシタC3
    と、 前記第3PMOSトランジスタのドレインと、Vssの
    間の第4キャパシタC4を含んでなることを特徴とする
    電気的ヒューズをリペアするための高電圧発生機を備え
    た半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記NMOSトランジスタは、PMOS
    又はCMOSトランジスタであることを特徴とする請求
    項1記載の電気的ヒューズをリペアするための高電圧発
    生機を備えた半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記NMOSトランジスタのゲートとソ
    ースは、互いに異なるノードに連結されることを特徴と
    する請求項1記載の電気的ヒューズをリペアするための
    高電圧発生機を備えた半導体装置。
  4. 【請求項4】 ソースとゲートに電源電圧が印加され、
    ドレインが第1ノードに連結された第1NMOSトラン
    ジスタと、 ソースとゲートが前記第1ノードに連結され、ドレイン
    が第2ノードに連結された第1PMOSトランジスタ
    と、 前記第1ノードとVccを印加するクロック1に連結さ
    れ、前記第1ノードにVccをポンピングする第1キャ
    パシタC1と、 ソースとゲートが前記第2ノードに連結され、ドレイン
    が第3ノードに連結された第2PMOSトランジスタ
    と、 前記第2ノードとVccを印加するクロック2に連結さ
    れ、前記第2ノードにVccを印加する第2キャパシタ
    C2と、 前記第3ノードと前記クロック1に連結され、前記第3
    ノードにVccをポンピングする第3キャパシタC3
    と、 ソースが前記第3ノードに連結され、ドレインが高電圧
    出力端に連結される第2NMOSトランジスタを含んで
    なることを特徴とする電気的ヒューズをリペアするため
    の高電圧発生機を備えた半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記第1NMOSトランジスタと第2N
    MOSトランジスタは、PMOS又はCMOSトランジ
    スタに形成されることを特徴とする請求項4記載の電気
    的ヒューズをリペアするための高電圧発生機を備えた半
    導体装置。
  6. 【請求項6】 前記第1NMOSトランジスタと第2N
    MOSトランジスタのゲート絶縁膜は、50〜200Å
    の厚さで形成されることを特徴とする請求項1記載の電
    気的ヒューズをリペアするための高電圧発生機を備えた
    半導体装置。
JP2000119386A 1999-04-21 2000-04-20 電気的ヒューズをリペアするための高電圧発生機を備えた半導体装置 Withdrawn JP2000340664A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160017892A (ko) * 2014-08-07 2016-02-17 엘지디스플레이 주식회사 박막 트랜지스터의 리페어 방법
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