JP2006253353A - Electric fuse module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、通電により電気ヒューズ素子を電気的に切断してプログラム(溶断やシリサイド化など)する電気ヒューズモジュールに関するものである。 The present invention relates to an electric fuse module that electrically cuts an electric fuse element by energization and performs programming (such as fusing and silicidation).
従来、電気ヒューズ装置(電気ヒューズモジュール)は、高周波のトリミング用プログラムデバイス等の半導体集積回路(LSI)に広く使用されている。電気ヒューズ装置において、ポリシリコン等で形成された電気ヒューズ素子は、バイポーラトランジスタに直列に接続され、1アンペア程度の大電流を流してプログラム(溶断やシリサイド化など)することによりプログラムされる。 Conventionally, electric fuse devices (electric fuse modules) are widely used in semiconductor integrated circuits (LSIs) such as high-frequency trimming program devices. In an electrical fuse device, an electrical fuse element formed of polysilicon or the like is connected in series to a bipolar transistor, and programmed by flowing a large current of about 1 ampere and performing programming (melting, silicidation, etc.).
近年、半導体集積回路の分野において、ゲート材料としてポリシリコン上に金属材料をシリサイド化して形成し、ゲート材料を低抵抗化するプロセスが開発された。そこで、ゲート材料に電流を流すことにより、上面のシリサイド層を切断し、高抵抗化するような仕組みを利用した電気ヒューズ素子の技術が現れている。130nmや90nmプロセス世代では、通電により電気ヒューズ素子をプログラムする際に必要な瞬時電流は、電気ヒューズ素子1個当たり10〜30ミリアンペアである。 In recent years, in the field of semiconductor integrated circuits, a process has been developed in which a metal material is silicided and formed on polysilicon as a gate material to reduce the resistance of the gate material. In view of this, an electric fuse element technology has appeared that utilizes a mechanism in which a current is passed through a gate material to cut the silicide layer on the upper surface to increase the resistance. In the 130 nm and 90 nm process generations, the instantaneous current required to program the electrical fuse element by energization is 10 to 30 milliamperes per electrical fuse element.
図6は従来から半導体集積回路に使用されている電気ヒューズ装置の構成例を示す回路図である。図6において、60は電気ヒューズ、61は電気ヒューズ60と直列に接続されたPMOSトランジスタ(スイッチング素子)、62は出力をPMOSトランジスタ61のゲートに接続されたNAND回路である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration example of an electric fuse device conventionally used in a semiconductor integrated circuit. In FIG. 6, 60 is an electric fuse, 61 is a PMOS transistor (switching element) connected in series with the
選択された電気ヒューズ60に対して、NAND回路62にプログラム信号が入力され、NAND回路62の導通によりPMOSトランジスタ61がオンして電流が流される。電気ヒューズ60は、シリサイドやポリシリコンもしくはメタルの微細パターンで形成され、所定の電流が流されると熱的にプログラムされ、断線や抵抗上昇が発生する。これにより、プログラムされない初期の電気ヒューズ素子抵抗と、プログラムされ高抵抗化された電気ヒューズの抵抗値を読み出すことで、信号状態の0/1を認識することができる。このようにして電気ヒューズ装置を実現することができる(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、従来の構成では、次のような問題がある。 However, the conventional configuration has the following problems.
電気ヒューズは、プログラム前とプログラム後の状態で「0」「1」のデータを出力するように構成されており、1ビットの情報が記憶される。しかし、近年では集積度向上の要求が増えてきており、その要望に応えるため、1メモリセルに1ビット以上の記憶を行う多値メモリ構成が求められている。 The electric fuse is configured to output data of “0” and “1” before and after programming, and stores 1-bit information. However, in recent years, the demand for improving the degree of integration has increased, and in order to meet the demand, there is a demand for a multi-value memory configuration that stores one bit or more in one memory cell.
本発明による電気ヒューズモジュールは、
一端が外部電源電圧端子に個別に接続され、他端が共通接続されたプログラム特性が異なる複数の電気ヒューズと、
前記複数の電気ヒューズの共通接続ノードと接地端子間に並列に接続されたプログラム制御用のスイッチング素子および読み出し用のスイッチング素子と、
前記共通接続ノードの電圧レベルを各リファレンス電圧によって検知する複数の差動増幅器とを備えている。
An electrical fuse module according to the present invention comprises:
A plurality of electrical fuses having different program characteristics, one end of which is individually connected to the external power supply voltage terminal and the other end is commonly connected;
A switching element for program control and a switching element for reading connected in parallel between a common connection node of the plurality of electrical fuses and a ground terminal;
And a plurality of differential amplifiers for detecting the voltage level of the common connection node by each reference voltage.
複数の電気ヒューズのうちの任意の単数または複数の電気ヒューズを選択してプログラム(溶断やシリサイド化など)するに際して、プログラム制御用のスイッチング素子を導通するが、各電気ヒューズは外部電源電圧端子に対して個別に接続されているから、プログラム対象の電気ヒューズに接続の外部電源電圧端子においてのみ電源電圧を印加する。非対象の電気ヒューズに接続の外部電源電圧端子には電源電圧の印加は行わず、オープンにしておく。このように電源電圧を印加した状態でプログラム制御用のスイッチング素子を導通させることにより、プログラム対象の電気ヒューズに限定して電流を流し、その電気ヒューズをプログラムする。この電気ヒューズのプログラムには、材料変質に伴う高抵抗化のほか溶断も含まれる。複数の電気ヒューズの並列接続体であるプログラム済みの抵抗体の抵抗値は、複数の電気ヒューズのいずれ(単数または複数)をプログラム対象としたかに応じて調整されることになる。半導体集積回路の実動作時には、読み出し用のスイッチング素子を導通し、プログラム済みの抵抗体と読み出し用のスイッチング素子の接続ノードに現れる電圧を複数の差動増幅器の各入力端子に接続する。この接続ノード電圧は、プログラム済み抵抗要素がもつプログラム後の抵抗値と読み出し用のスイッチング素子の抵抗値との抵抗比で電源電圧を抵抗分割したものに相当する。各差動増幅器からは、接続ノード電圧と各リファレンス電圧の差分に相当する電圧が出力され、多値化が行われる。これによれば、電気ヒューズモジュールを2つ並べて多値化を実現する場合に比べて、回路規模を削減することができる。 When selecting one or a plurality of electrical fuses from among a plurality of electrical fuses and programming (melting, silicidation, etc.), a switching element for program control is conducted, but each electrical fuse is connected to an external power supply voltage terminal. On the other hand, since they are individually connected, the power supply voltage is applied only at the external power supply voltage terminal connected to the electrical fuse to be programmed. The power supply voltage is not applied to the external power supply voltage terminal connected to the non-target electric fuse, and is left open. In this way, by turning on the switching element for program control in a state where the power supply voltage is applied, current is supplied only to the electric fuse to be programmed, and the electric fuse is programmed. This electric fuse program includes fusing as well as high resistance due to material alteration. The resistance value of the programmed resistor, which is a parallel connection body of a plurality of electric fuses, is adjusted according to which one (single or plural) of the plurality of electric fuses is to be programmed. In actual operation of the semiconductor integrated circuit, the read switching element is turned on, and the voltage appearing at the connection node between the programmed resistor and the read switching element is connected to each input terminal of the plurality of differential amplifiers. This connection node voltage corresponds to a power source voltage divided by a resistance ratio between the resistance value after programming of the programmed resistance element and the resistance value of the switching element for reading. Each differential amplifier outputs a voltage corresponding to the difference between the connection node voltage and each reference voltage, and multi-leveling is performed. According to this, the circuit scale can be reduced as compared with the case where two electrical fuse modules are arranged to realize multi-value.
また、本発明による電気ヒューズモジュールは、
一端が外部電源電圧端子に共通に接続され、他端も共通接続されたプログラム特性が異なる複数の電気ヒューズと、
前記複数の電気ヒューズの共通接続ノードと接地端子間に並列に接続されたプログラム制御用のスイッチング素子および読み出し用のスイッチング素子と、
前記共通接続ノードの電圧レベルを各リファレンス電圧によって検知する複数の差動増幅器とを備えている。
The electrical fuse module according to the present invention is
A plurality of electrical fuses having different program characteristics, one end connected in common to the external power supply voltage terminal and the other end connected in common;
A switching element for program control and a switching element for reading connected in parallel between a common connection node of the plurality of electrical fuses and a ground terminal;
And a plurality of differential amplifiers for detecting the voltage level of the common connection node by each reference voltage.
複数の電気ヒューズのうちの任意の単数または複数の電気ヒューズを選択してプログラム(溶断やシリサイド化など)するに際して、プログラム制御用のスイッチング素子を導通するが、各電気ヒューズは外部電源電圧端子に対して共通に接続されているから、外部電源電圧端子にプログラム対象の電気ヒューズの特性に見合った電源電圧を印加する。このように電源電圧を印加した状態でプログラム制御用のスイッチング素子を導通させることにより、すべての電気ヒューズに電流が流れるが、印加した電源電圧が調整され、プログラム対象の電気ヒューズに見合った電流が流れることになるので(プログラム完了までの時間が調整されるので)、プログラム対象の電気ヒューズのみがプログラムされる。この電気ヒューズのプログラムには、材料変質に伴う高抵抗化のほか溶断も含まれる。複数の電気ヒューズの並列接続体であるプログラム済みの抵抗体の抵抗値は、複数の電気ヒューズのいずれ(単数または複数)をプログラム対象としたかに応じて、すなわち、印加電源電圧に応じて調整されることになる。実動作時の動作は上記と同様であり、各差動増幅器からは、接続ノード電圧と各リファレンス電圧の差分に相当する電圧が出力され、多値化が行われる。これによれば、電気ヒューズモジュールを2つ並べて多値化を実現する場合に比べて、回路規模を削減することができる。 When selecting one or a plurality of electrical fuses from among a plurality of electrical fuses and programming (melting, silicidation, etc.), a switching element for program control is conducted, but each electrical fuse is connected to an external power supply voltage terminal. For this reason, the power supply voltage corresponding to the characteristics of the electric fuse to be programmed is applied to the external power supply voltage terminal. By making the switching element for program control conductive with the power supply voltage applied in this way, a current flows through all the electrical fuses, but the applied power supply voltage is adjusted so that a current suitable for the electrical fuse to be programmed is obtained. Since it will flow (because the time to program completion is adjusted), only the electrical fuse to be programmed is programmed. This electric fuse program includes fusing as well as high resistance due to material alteration. The resistance value of a programmed resistor, which is a parallel connection of multiple electrical fuses, is adjusted according to which (single or multiple) electrical fuses are targeted for programming, that is, according to the applied power supply voltage Will be. The operation in actual operation is the same as described above, and each differential amplifier outputs a voltage corresponding to the difference between the connection node voltage and each reference voltage, and multi-leveling is performed. According to this, the circuit scale can be reduced as compared with the case where two electrical fuse modules are arranged to realize multi-value.
上記の構成の複数の電気ヒューズにおいて互いにプログラム特性を異ならせるに、電気ヒューズ形状の細線部の長さの相違により異ならせてもよいし、あるいは、電気ヒューズ形状の細線部の太さの相違により異ならせてもよいし、あるいは、長さと太さの両方の相違により異ならせてもよい。 In order to make the program characteristics different from each other in the plurality of electric fuses having the above-described configuration, they may be made different depending on the length of the thin line portion of the electric fuse shape, or may be different depending on the thickness of the thin wire portion of the electric fuse shape. It may be different, or may be different depending on the difference in both length and thickness.
また、本発明による電気ヒューズモジュールは、
電気ヒューズと、電気ヒューズと抵抗素子を直列に接続してなる単数または複数の直列接続体とが、それぞれの一端が外部電源電圧端子に共通に接続され、他端は互いに共通接続され、
前記電気ヒューズおよび前記直列接続体の共通接続ノードと接地端子間に並列に接続されたプログラム制御用のスイッチング素子および読み出し用のスイッチング素子と、
前記共通接続ノードの電圧レベルを各リファレンス電圧によって検知する複数の差動増幅器とを備えている。
The electrical fuse module according to the present invention is
An electric fuse, and one or a plurality of series connection bodies formed by connecting an electric fuse and a resistance element in series, each one end is commonly connected to an external power supply voltage terminal, and the other ends are commonly connected to each other,
A switching element for program control and a switching element for reading connected in parallel between the common connection node and the ground terminal of the electric fuse and the serial connection body;
And a plurality of differential amplifiers for detecting the voltage level of the common connection node by each reference voltage.
ここで、前記直列接続体においては、抵抗素子が外部電源電圧端子側にあってもよいし、共通接続ノード側にあってもよい。また、前記抵抗素子としては、MOSトランジスタで構成することができる。 Here, in the series connection body, the resistance element may be on the external power supply voltage terminal side or on the common connection node side. The resistance element can be composed of a MOS transistor.
単独の電気ヒューズと直列接続体における電気ヒューズとは、そのプログラム特性が同じものを作用しても、抵抗素子の有無や抵抗素子の抵抗値の相違により、単独の電気ヒューズと直列接続体とでは互いに抵抗値が相違する。すなわち、同時に電流を流しても、流れる電流値が相違し、プログラムに要する時間に差が生じる。結果として、単独の電気ヒューズと直列接続体とでは互いにプログラム特性が相違することになる。外部電源電圧端子に印加する電源電圧を調整することにより、プログラム対象を単独の電気ヒューズにするかあるいは直列接続体にするか(直列接続体が複数あるときはいずれの直列接続体にするか)を選択することができる。この電気ヒューズのプログラムには、材料変質に伴う高抵抗化のほか溶断も含まれる。単独の電気ヒューズと直列接続体との並列接続体であるプログラム済みの抵抗体の抵抗値は、いずれをプログラム対象としたかに応じて、すなわち、印加電源電圧に応じて調整されることになる。実動作時の動作は上記と同様であり、各差動増幅器からは、接続ノード電圧と各リファレンス電圧の差分に相当する電圧が出力され、多値化が行われる。これによれば、電気ヒューズモジュールを2つ並べて多値化を実現する場合に比べて、回路規模を削減することができる。 A single electrical fuse and a series-connected body have the same program characteristics, but depending on the presence or absence of resistance elements and the resistance value of the resistive elements, The resistance values are different from each other. That is, even if currents are supplied simultaneously, the values of the currents flowing are different, resulting in differences in the time required for programming. As a result, the program characteristics of the single electric fuse and the serial connection body are different from each other. By adjusting the power supply voltage applied to the external power supply voltage terminal, whether the program object is a single electrical fuse or a series connection (if there are multiple series connections, which series connection is used) Can be selected. This electric fuse program includes fusing as well as high resistance due to material alteration. The resistance value of a programmed resistor, which is a parallel connection of a single electric fuse and a series connection, is adjusted according to which one is to be programmed, that is, according to the applied power supply voltage. . The operation in actual operation is the same as described above, and each differential amplifier outputs a voltage corresponding to the difference between the connection node voltage and each reference voltage, and multi-leveling is performed. According to this, the circuit scale can be reduced as compared with the case where two electrical fuse modules are arranged to realize multi-value.
また、本発明による電気ヒューズモジュールは、
一端が外部電源電圧端子に接続されたポリシリコンで形成された第1の電気ヒューズと、
一端が前記外部電源電圧端子に接続され、ポリシリコン上に金属材料をシリサイド化して形成された第2の電気ヒューズと、
前記2つの電気ヒューズの共通接続ノードと接地端子間に並列に接続されたプログラム制御用のスイッチング素子および読み出し用のスイッチング素子と、
前記共通接続ノードの電圧レベルを各リファレンス電圧によって検知する複数の差動増幅器とを備えている。
The electrical fuse module according to the present invention is
A first electrical fuse formed of polysilicon having one end connected to an external power supply voltage terminal;
A second electrical fuse having one end connected to the external power supply voltage terminal and formed by siliciding a metal material on polysilicon;
A switching element for program control and a switching element for reading connected in parallel between a common connection node of the two electric fuses and a ground terminal;
And a plurality of differential amplifiers for detecting the voltage level of the common connection node by each reference voltage.
ポリシリコンの電気ヒューズとポリシリコン・シリサイド化の電気ヒューズとは、そのプログラム特性が相違する。外部電源電圧端子に印加する電源電圧を調整することにより、プログラム対象をポリシリコンの電気ヒューズとするかポリシリコン・シリサイド化の電気ヒューズにするかを選択することができる。この電気ヒューズのプログラムには、材料変質に伴う高抵抗化のほか溶断も含まれる。ポリシリコンの電気ヒューズとポリシリコン・シリサイド化の電気ヒューズとの並列接続体であるプログラム済みの抵抗体の抵抗値は、いずれをプログラム対象としたかに応じて、すなわち、印加電源電圧に応じて調整されることになる。実動作時の動作は上記と同様であり、各差動増幅器からは、接続ノード電圧と各リファレンス電圧の差分に相当する電圧が出力され、多値化が行われる。これによれば、電気ヒューズモジュールを2つ並べて多値化を実現する場合に比べて、回路規模を削減することができる。 The polysilicon electrical fuse and the polysilicon silicided electrical fuse have different program characteristics. By adjusting the power supply voltage applied to the external power supply voltage terminal, it is possible to select whether the programming target is a polysilicon electrical fuse or a polysilicon silicided electrical fuse. This electric fuse program includes fusing as well as high resistance due to material alteration. The resistance value of a programmed resistor, which is a parallel connection body of a polysilicon electric fuse and a polysilicon silicided electric fuse, depends on which one is to be programmed, that is, depending on the applied power supply voltage. Will be adjusted. The operation in actual operation is the same as described above, and each differential amplifier outputs a voltage corresponding to the difference between the connection node voltage and each reference voltage, and multi-leveling is performed. According to this, the circuit scale can be reduced as compared with the case where two electrical fuse modules are arranged to realize multi-value.
また、本発明による電気ヒューズモジュールは、
一端が外部電源電圧端子に接続され、ポリシリコン上に金属材料をシリサイド化して形成され電気ヒューズと、
前記電気ヒューズの他端と接地端子間に並列に接続されたプログラム制御用のスイッチング素子および読み出し用のスイッチング素子と、
前記電気ヒューズと前記スイッチング素子の接続ノードの電圧レベルを各リファレンス電圧によって検知する複数の差動増幅器とを備えている。
The electrical fuse module according to the present invention is
One end is connected to an external power supply voltage terminal, an electric fuse formed by siliciding a metal material on polysilicon,
A switching element for program control and a switching element for reading connected in parallel between the other end of the electric fuse and a ground terminal;
A plurality of differential amplifiers for detecting a voltage level of a connection node of the electrical fuse and the switching element by each reference voltage;
外部電源電圧端子に印加する電源電圧を調整することにより、あるいは通電電流を調整することにより、ポリシリコン・シリサイド化の電気ヒューズに対するプログラムの度合いを調整する。電源電圧または通電電流を調整することにより、ポリシリコン・シリサイド化の電気ヒューズにおいて、シリサイドのみをプログラミングする状態としたり、シリサイドおよびポリシリコンをプログラミングする状態としたり調整することができる。この電気ヒューズのプログラムには、材料変質に伴う高抵抗化のほか溶断も含まれる。プログラム済みの抵抗体の抵抗値は、どのレベルまでプログラムしたかに応じて、すなわち、印加電源電圧に応じて調整されることになる。実動作時の動作は上記と同様であり、各差動増幅器からは、接続ノード電圧と各リファレンス電圧の差分に相当する電圧が出力され、多値化が行われる。これによれば、電気ヒューズモジュールを2つ並べて多値化を実現する場合に比べて、回路規模を削減することができる。 By adjusting the power supply voltage applied to the external power supply voltage terminal or by adjusting the energization current, the degree of programming for the polysilicon silicided electric fuse is adjusted. By adjusting the power supply voltage or the energization current, it is possible to adjust the polysilicon silicidation electric fuse to a state in which only silicide is programmed or in a state in which silicide and polysilicon are programmed. This electric fuse program includes fusing as well as high resistance due to material alteration. The resistance value of the programmed resistor is adjusted according to what level is programmed, that is, according to the applied power supply voltage. The operation in actual operation is the same as described above, and each differential amplifier outputs a voltage corresponding to the difference between the connection node voltage and each reference voltage, and multi-leveling is performed. According to this, the circuit scale can be reduced as compared with the case where two electrical fuse modules are arranged to realize multi-value.
本発明によれば、回路規模の削減を図りながら多値化を実現できる。 According to the present invention, multi-value can be realized while reducing the circuit scale.
以下、本発明にかかわる電気ヒューズモジュールの実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。 Embodiments of an electrical fuse module according to the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1の電気ヒューズモジュールを説明する。
(Embodiment 1)
An electric fuse module according to Embodiment 1 of the present invention will be described.
図1は本発明の実施の形態1における電気ヒューズモジュールの構成を示す回路図である。図1において、10,11は外部制御される電源端子、12は一端が外部制御電源端子10に接続された第1の電気ヒューズ、13は一端が外部制御電源端子11に接続され、第1の電気ヒューズ12とプログラム特性が異なる第2の電気ヒューズである。ここで、第1の電気ヒューズ12のプログラム前抵抗値R11 は、第2の電気ヒューズ13のプログラム前抵抗値R21 と比較して高抵抗である(R21 < R11 )。また、第1の電気ヒューズ12のプログラム後抵抗値R12は、第2の電気ヒューズ13のプログラム後抵抗値R22 と比較して高抵抗である。すなわち、次の関係が成り立っているものとする。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an electric fuse module according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1,
R21 < R11 << R22 < R12
また、電気ヒューズのプログラムに必要な電圧については、第1の電気ヒューズ12のプログラムに必要な電圧をVDD1とし、第2の電気ヒューズ13のプログラムに必要な電圧をVDD2としたときに、
VDD1<VDD2
の関係があるものとする。14は第1および第2の電気ヒューズ12,13と直列に接続され、ソースが接地端子に接続されたプログラム制御用としてのNMOSトランジスタで構成されたスイッチング素子、15はヒューズデータを読み出す際にオンするNMOSトランジスタで構成されたスイッチング素子、16,17,18は第1および第2の電気ヒューズ12,13の並列接続体とプログラム制御用のスイッチング素子14との接続ノードJの電圧をそれぞれ入力とする差動増幅器であり、19は差動増幅器16のリファレンス電圧、20は差動増幅器17のリファレンス電圧、21は差動増幅器18のリファレンス電圧である。なお、読み出し用のスイッチング素子15は、プログラムに使用するプログラム制御用のスイッチング素子14よりもサイズが小さくなっている。読み出し時にはプログラム時ほど大きな電流を必要としないからである。
R2 1 <R1 1 << R2 2 <R1 2
As for the voltage required for programming the electrical fuse, when the voltage necessary for programming the first
VDD1 <VDD2
It shall be related.
次に、上記構成の本実施の形態の電気ヒューズモジュールの動作について説明する。 Next, the operation of the electrical fuse module of the present embodiment having the above configuration will be described.
まず、第1の電気ヒューズ12をプログラムする動作について説明する。第1の電気ヒューズ12に接続された外部制御電源端子10に低い側の高電圧(VDD1)を印加し、第2の電気ヒューズ13に接続された外部制御電源端子11はプログラム実行時間だけオープンに制御しておく。その状態で、外部信号を受けてプログラム制御用のスイッチング素子14がオンする。スイッチング素子14がオンすることにより、外部制御電源端子10から接地端子へ第1の電気ヒューズ12の並列抵抗を介して電流が流れ、第1の電気ヒューズ12はプログラムされていく。このとき、第2の電気ヒューズ13は、外部制御電源端子11がオープンになっているため、プログラムがされることはない。
First, an operation for programming the first
プログラム制御用のスイッチング素子14がオンしてプログラムが実行される前は、第1の電気ヒューズ12と第2の電気ヒューズ13の抵抗値が低く、ノードJは高電位であるが(状態1)、第1の電気ヒューズ12がプログラムされた後は第1の電気ヒューズ12が高抵抗化(R11 << R12 )されることにより、ノードJの電位は下がることになる(状態2)。
Before the program
また、第2の電気ヒューズ13をプログラムするときには、外部制御電源端子10をプログラム制御時間だけオープンにして、外部制御電源端子11に高い側の高電圧(VDD2)を印加し、プログラム制御用のスイッチング素子14をオンすることにより実現し、ノードJの電位が同様に下がる(状態3)。
When the second
また、第1および第2の電気ヒューズ12,13を同時にプログラムするときは、外部制御電源端子10,11にそれぞれ高電圧(VDD1、VDD2)を印加し、プログラム制御用のスイッチング素子14をオンすることにより実現し、第1の電気ヒューズ12,13の両方が高抵抗化するため、ノードJの電位が最も低い状態になる(状態4)。
When the first and second electric fuses 12 and 13 are programmed at the same time, high voltages (VDD1 and VDD2) are applied to the external control
以上のようにプログラムされた電気ヒューズの状態を読み出す際には、読み出し用のスイッチング素子15をオンし、第1の電気ヒューズ12および第2の電気ヒューズ13の並列抵抗と読み出し用のスイッチング素子15の抵抗との抵抗比であるノードJの電圧レベルを、それぞれリファレンス電圧を持つ3つの差動増幅器16,17,18で判別し、出力を行う。よって、プログラムされた電気ヒューズの選択によって、ノードJに4つの電位レベルが発生し、出力を行う。以上により、電気ヒューズの多値化を実現することができる。
When the state of the electric fuse programmed as described above is read, the
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2の電気ヒューズモジュールを説明する。
(Embodiment 2)
An electric fuse module according to Embodiment 2 of the present invention will be described.
図2は本発明の実施の形態2における電気ヒューズモジュールの構成を示す回路図である。なお、図1と同一のものには同一の符号を付与している。図2において、20は外部制御電源端子、21は一端が外部制御電源端子20に接続された第1の電気ヒューズ、22は一端が外部制御電源端子20に接続され、第1の電気ヒューズ21とプログラム特性が異なる第2の電気ヒューズである。ここで、第1の電気ヒューズ21のプログラム前抵抗値R11 は、第2の電気ヒューズ22のプログラム前抵抗値R21 と比較して高抵抗である(R21 < R11 )。また、第1の電気ヒューズ21のプログラム後抵抗値R12は、第2の電気ヒューズ22のプログラム後抵抗値R22 と比較して高抵抗である(R21 < R11 << R22 < R12 )。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of the electrical fuse module according to Embodiment 2 of the present invention. In addition, the same code | symbol is provided to the same thing as FIG. In FIG. 2,
また、電気ヒューズのプログラムに必要な電圧については、第1の電気ヒューズ21に必要な電圧をVDD1、第2の電気ヒューズ22に必要な電圧をVDD2としたときに、VDD1<VDD2の関係があるものとする。23,24は第1および第2の電気ヒューズ21,22の並列接続体とプログラム制御用のスイッチング素子14との接続ノードJの電圧をそれぞれ入力とする差動増幅器であり、25は差動増幅器23のリファレンス電圧、26は差動増幅器24のリファレンス電圧である。
The voltage required for programming the electrical fuse has a relationship of VDD1 <VDD2 when the voltage required for the first
次に、上記構成の本実施の形態の電気ヒューズモジュールの動作について説明する。 Next, the operation of the electrical fuse module of the present embodiment having the above configuration will be described.
まず、第1の電気ヒューズ21をプログラムする動作について説明する。外部制御電源端子20に低い側の高電圧(VDD1)を印加する。次に、外部信号を受けてプログラム制御用のスイッチング素子14がオンする。スイッチング素子14がオンすることにより、外部制御電源端子20から接地端子へ第1の電気ヒューズ21と第2の電気ヒューズ22の並列抵抗を介して電流が流れる。このとき、第1の電気ヒューズ21は加熱によってプログラムされていくが、第2の電気ヒューズ22においてはプログラムに必要な電圧レベルに達していないため、プログラムに必要な電流が発生せず、プログラムされないままとなる。つまり、VDD1を印加した場合には、第1の電気ヒューズ21のみがプログラムされることとなる。第1の電気ヒューズ21のプログラム後は、第1の電気ヒューズ21が高抵抗化(R11 < R12 )されることにより、ノードJの電位は電気ヒューズがプログラムされていない初期状態の高電位(状態1)と比べて中電位程度まで下がる(状態2)。
First, an operation for programming the first
同様に、ノードJの電位を最も低い電位レベル(状態3)にするには、第1および第2の電気ヒューズ21,22の両方をプログラムすることによって実現される。それには、外部制御電源端子20に高い側の高電圧(VDD2)を印加する。VDD2はVDD1よりも高電圧である。外部信号を受けてプログラム制御用のスイッチング素子14がオンし、外部制御電源端子20から接地端子へ第1の電気ヒューズ21と第2の電気ヒューズ22の並列抵抗を介して電流が流れ、第1の電気ヒューズ21,22はともにプログラムされる。
Similarly, the potential of the node J can be set to the lowest potential level (state 3) by programming both the first and second
以上のように外部制御電源端子20から印加する電圧レベルを変えることにより、プログラムする電気ヒューズを選択し、ノードJの電位レベルを3つの状態に変えることが可能となる。また、その状態を読み出す際には、読み出し用のスイッチング素子15をオンし、第1の電気ヒューズ21と第2の電気ヒューズ22の並列抵抗と読み出し用のスイッチング素子15の抵抗との抵抗比であるノードJの電圧レベルを、それぞれリファレンス電圧を持つ2つの差動増幅器23,24で判別し、出力を行う。以上により、電気ヒューズの多値化を実現することができる。
As described above, by changing the voltage level applied from the external control
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3の電気ヒューズモジュールを説明する。
(Embodiment 3)
An electric fuse module according to Embodiment 3 of the present invention will be described.
図3は本発明の実施の形態3における電気ヒューズモジュールの構成を示す回路図である。なお、図1と同一のものには同一の符号を付与している。図3において、30は外部制御電源端子、31は一端が外部制御電源端子30に接続された抵抗素子、32は一端が外部制御電源端子30に接続された第1の電気ヒューズ、33は一端が抵抗素子31に接続され、第1の電気ヒューズ33と同じプログラム特性を持つ第2の電気ヒューズである。ここで、第1の電気ヒューズ32と第2の電気ヒューズ33のプログラム前抵抗値は同一であるが、抵抗素子31が第2の電気ヒューズ33と外部制御電源端子30との間に直列に配置されている。電気ヒューズのプログラムに必要な電圧については、第1の電気ヒューズ32に必要な電圧をVDD1、第2の電気ヒューズ33に必要な電圧をVDD2としたときに、VDD1<VDD2の関係があるものとする。34,35は第1および第2の電気ヒューズ32,33の並列接続体とプログラム制御用のスイッチング素子14との接続ノードJの電圧をそれぞれ入力とする差動増幅器であり、36は差動増幅器34のリファレンス電圧、37は差動増幅器35のリファレンス電圧である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the electrical fuse module according to Embodiment 3 of the present invention. In addition, the same code | symbol is provided to the same thing as FIG. In FIG. 3, 30 is an external control power supply terminal, 31 is a resistance element having one end connected to the external control
次に、上記構成の本実施の形態の電気ヒューズモジュールの動作について説明する。 Next, the operation of the electrical fuse module of the present embodiment having the above configuration will be described.
まず、第1の電気ヒューズ32をプログラムする動作について説明する。外部制御電源端子30に低い側の高電圧(VDD1)を印加する。次に、外部信号を受けてプログラム制御用のスイッチング素子14がオンする。スイッチング素子14がオンすることにより、外部制御電源端子30から接地端子へ第1の電気ヒューズ32、第2の電気ヒューズ33と抵抗素子31の並列抵抗を介して電流が流れ、第1の電気ヒューズ32は加熱によってプログラムされていくが、第2の電気ヒューズ33においては抵抗素子31の分だけ電圧がドロップし、プログラムに必要な電圧レベルに達せず、プログラムに必要な電流が発生せず、プログラムされないままとなる。つまり、VDD1を印加した場合には、第1の電気ヒューズ32のみがプログラムされることとなる。第1の電気ヒューズ32のプログラム後は、第1の電気ヒューズ32が高抵抗化(R11 < R12 )されることにより、ノードJの電位は電気ヒューズがプログラムされていない初期状態の高電位(状態1)と比べて中電位程度まで下がる(状態2)。
First, an operation for programming the first
同様に、ノードJの電位を最も低い電位レベル(状態3)にするには、第1および第2の電気ヒューズ32,33の両方をプログラムすることによって実現される。それには、外部制御電源端子30に高い側の高電圧(VDD2)を印加することで実現する。VDD2はVDD1よりも高電圧である。外部信号を受けてプログラム制御用のスイッチング素子14がオンし、外部制御電源端子30から接地端子へ第1の電気ヒューズ32、第2の電気ヒューズ33と抵抗素子31の並列抵抗を介して電流が流れ、第1の電気ヒューズ32,33はプログラムされていく。
Similarly, the potential of node J can be brought to the lowest potential level (state 3) by programming both first and second
以上のように外部制御電源端子30から印加する電圧レベルを変えることにより、プログラムする電気ヒューズを選択し、ノードJの電位レベルを3つの状態に変えることが可能となる。また、その状態を読み出す際には、読み出し用のスイッチング素子15をオンし、第1の電気ヒューズ32と第2の電気ヒューズ33の並列抵抗と読み出し用のスイッチング素子15の抵抗との抵抗比であるノードJの電圧レベルを、それぞれリファレンス電圧を持つ2つの差動増幅器34,35で判別し、出力を行う。以上により、電気ヒューズの多値化を実現することができる。
As described above, by changing the voltage level applied from the external control
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4の電気ヒューズモジュールを説明する。
(Embodiment 4)
An electric fuse module according to Embodiment 4 of the present invention will be described.
図4は本発明の実施の形態4における電気ヒューズモジュールの構成を示す回路図である。なお、図1と同一のものには同一の符号を付与している。図4において、40は外部制御電源端子、41は一端が外部制御電源端子40に接続されたポリシリコンのみで形成された第1の電気ヒューズ、42は一端が外部制御電源端子40に接続されたポリシリコン上に金属材料をシリサイド化して形成された第2の電気ヒューズであり、形状は同じであるが、形成している材料が異なっている。ここで、第1の電気ヒューズ41のプログラム前抵抗値R11 は第2の電気ヒューズ42のプログラム前抵抗値R21 と比較して高抵抗である(R21 < R11 )。また、第1の電気ヒューズ41のプログラム後抵抗値R12は、第2の電気ヒューズ42のプログラム後抵抗値R22 と比較して高抵抗となっている(R21 < R11 << R22 < R12 )。また、電気ヒューズのプログラムに必要な電圧については、第1の電気ヒューズ41に必要な電圧をVDD1、第2の電気ヒューズ42に必要な電圧をVDD2としたときに、VDD1<VDD2の関係があるものとする。43,44は第1および第2の電気ヒューズ41,42の並列接続体とプログラム制御用のスイッチング素子14との接続ノードJの電圧をそれぞれ入力とする差動増幅器であり、45は差動増幅器43のリファレンス電圧、46は差動増幅器44のリファレンス電圧である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of an electrical fuse module according to Embodiment 4 of the present invention. In addition, the same code | symbol is provided to the same thing as FIG. In FIG. 4, 40 is an external control power supply terminal, 41 is a first electric fuse formed only by polysilicon having one end connected to the external control
次に、上記構成の本実施の形態の電気ヒューズモジュールの動作について説明する。 Next, the operation of the electrical fuse module of the present embodiment having the above configuration will be described.
まず、第1の電気ヒューズ41をプログラムする動作について説明する。外部制御電源端子40に低い側の高電圧(VDD1)を印加する。次に、外部信号を受けてプログラム制御用のスイッチング素子14がオンする。スイッチング素子14がオンすることにより、外部制御電源端子40から接地端子へ第1の電気ヒューズ41と第2の電気ヒューズ42の並列抵抗を介して電流が流れ、第1の電気ヒューズ41は加熱によってプログラムされていくが、第2の電気ヒューズ42においてはプログラムに必要な電圧レベルに達していないため、プログラムに必要な電流が発生せず、プログラムされないままとなる。つまり、VDD1を印加した場合には、第1の電気ヒューズ41のみがプログラムされることとなる。第1の電気ヒューズ41のプログラム後は、第1の電気ヒューズ41が高抵抗化(R11 < R12 )されることにより、ノードJの電位は電気ヒューズがプログラムされていない初期状態の高電位(状態1)と比べて中電位程度まで下がる(状態2)。
First, an operation for programming the first
同様に、ノードJの電位を最も低い電位レベル(状態3)にするには、第1および第2の電気ヒューズ41,42の両方をプログラムすることによって実現される。それには、外部制御電源端子40に高い側の高電圧(VDD2)を印加する。VDD2はVDD1よりも高電圧である。第1の電気ヒューズ41,42の一端に電圧を印加したときにプログラムに必要な電流が発生し、外部信号を受けてプログラム制御用のスイッチング素子14がオンし、外部制御電源端子40から接地端子へ第1の電気ヒューズ41と第2の電気ヒューズ42の並列抵抗を介して電流が流れ、第1の電気ヒューズ41,42はともにプログラムされる。
Similarly, the potential of the node J is set to the lowest potential level (state 3) by programming both the first and second electric fuses 41 and 42. For this purpose, a high voltage (VDD2) on the higher side is applied to the external control
以上のように外部制御電源端子40から印加する電圧レベルを変えることにより、プログラムする電気ヒューズのタイミングを変更し、ノードJの電位レベルを3つの状態に変えることが可能となる。また、その状態を読み出す際には、読み出し用のスイッチング素子15をオンし、第1の電気ヒューズ41と第2の電気ヒューズ42の並列抵抗と読み出し用のスイッチング素子15の抵抗との抵抗比であるノードJの電圧レベルを、それぞれリファレンス電圧を持つ2つの差動増幅器で判別し、出力を行う。以上により、電気ヒューズの多値化を実現することができる。
As described above, by changing the voltage level applied from the external control
(実施の形態5)
本発明の実施の形態5の電気ヒューズモジュールを説明する。
(Embodiment 5)
An electric fuse module according to Embodiment 5 of the present invention will be described.
図5は本発明の実施の形態5における電気ヒューズモジュールの構成を示す回路図である。なお、図1と同一のものには同一の符号を付与している。図5において、50は外部制御電源端子、51は一端が外部制御電源端子50に接続されたポリシリコン上に金属材料をシリサイド化して形成された電気ヒューズである。ここで、電気ヒューズ51はシリサイドのみをプログラムされた場合と、シリサイドとポリシリコンの両方をプログラムされた場合とで異なる抵抗値を持つことを特徴とする。また、シリサイドのみをプログラムした後の抵抗値をRs、シリサイドとポリシリコンの両方をプログラムした後の抵抗値をRspとすると、一般に以下の関係が成り立つものである。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of an electrical fuse module according to Embodiment 5 of the present invention. In addition, the same code | symbol is provided to the same thing as FIG. In FIG. 5, 50 is an external control power supply terminal, and 51 is an electric fuse formed by siliciding a metal material on polysilicon having one end connected to the external control
R1 << Rs << Rsp
また、電気ヒューズ51のプログラムに必要な電圧についても、シリサイドのみのプログラムに必要な電圧をVDD1、シリサイドとポリシリコンの両方のプログラムに必要な電圧をVDD2としたときに、VDD1<VDD2の関係があるものとする。53,54は電気ヒューズ51の並列接続体とプログラム制御用のスイッチング素子14との接続ノードJの電圧をそれぞれ入力とする差動増幅器であり、55は差動増幅器53のリファレンス電圧、56は差動増幅器54のリファレンス電圧である。
R 1 << Rs << Rsp
The voltage required for programming the
次に、上記構成の本実施の形態の電気ヒューズモジュールの動作について説明する。 Next, the operation of the electrical fuse module of the present embodiment having the above configuration will be described.
まず、電気ヒューズ51のシリサイドのみをプログラムする動作について説明する。外部制御電源端子50に低い側の高電圧(VDD1)を印加する。次に、外部信号を受けてプログラム制御用のスイッチング素子14がオンする。スイッチング素子14がオンすることにより、外部制御電源端子50から接地端子へ電気ヒューズ51の並列抵抗を介して電流が流れ、電気ヒューズ51は加熱によってプログラムされていくが、VDD1を印加した場合には、シリサイドを完全にプログラムする。しかし、ポリシリコンをもプログラムするのに必要な電流が発生せず、シリサイドのプログラムのみで終わるので、プログラム後の抵抗値はRsとなって安定する。
First, an operation for programming only the silicide of the
次に、電気ヒューズ51のシリサイドとポリシリコンの両方をプログラムする場合には、同様に外部制御電源端子50に高い側の高電圧(VDD2)を印加し、プログラム制御用のスイッチング素子14をオンすることにより実現される。また、そのときのプログラム後の抵抗値はRspとなって安定する。
Next, when both the silicide and polysilicon of the
電気ヒューズ51がシリサイドのみプログラムされた後は、電気ヒューズ51が高抵抗化(R1 << Rs)されることにより、ノードJの電位は電気ヒューズがプログラムされていない初期状態の高電位(状態1)と比べて中電位程度まで下がる(状態2)。
After the
さらに、電気ヒューズ51のシリサイドとポリシリコンの両方をプログラムすることによって電気ヒューズ51はさらに高抵抗化され(R1 << Rs << Rsp)、ノードJの電位を最も低い電位レベルにすることになる(状態3)。
Furthermore, by programming both the silicide and polysilicon of the
以上のように外部制御電源端子50から印加する電圧レベルを変えることにより、プログラムする電気ヒューズにおいてシリサイドのみか、シリサイドとポリシリコンの両方かといった抵抗レベルを変更し、ノードJの電位レベルを3つの状態に変えることが可能となる。また、その状態を読み出す際には、読み出し用のスイッチング素子15をオンし、電気ヒューズ51の並列抵抗と読み出し用のスイッチング素子15の抵抗との抵抗比であるノードJの電圧レベルを、それぞれリファレンス電圧を持つ2つの差動増幅器で判別し、出力を行う。以上により、電気ヒューズの多値化を実現することができる。
As described above, by changing the voltage level applied from the external control
以上のように本発明によれば、いわゆる「0」「1」の1ビットのデータを出力する電気ヒューズを有する半導体記憶装置において、小面積で1ビット以上の情報が記憶可能な電気ヒューズを実現できる。 As described above, according to the present invention, an electrical fuse capable of storing information of 1 bit or more in a small area is realized in a semiconductor memory device having an electrical fuse that outputs 1-bit data of “0” and “1”. it can.
本発明の電気ヒューズモジュールは、例えばRAM冗長救済用などのように電気ヒューズ素子を多数必要とする場合でも、1モジュールに複数のデータを記憶できることから、搭載本数を減少させ、電気ヒューズの占める領域の省面積化ができるもので、DRAMやSRAM等のRAM冗長救済用等の電気ヒューズモジュールとして有用である。 The electrical fuse module of the present invention can store a plurality of data in one module even when a large number of electrical fuse elements are required, for example, for RAM redundancy relief, etc. It is useful as an electrical fuse module for redundancy repair of RAM such as DRAM and SRAM.
12,13,21,22,32,33 電気ヒューズ素子
14 プログラム制御用のスイッチング素子
15 読み出し用のスイッチング素子
10,20,30,40,50 外部制御電源端子
16,17,18,23,24,34,35,43,44,53,54 差動増幅器
31 抵抗素子
41 ポリシリコンのみで形成された電気ヒューズ
42 ポリシリコンとシリサイドとで形成された電気ヒューズ
51 ポリシリコンとシリサイドとで形成された電気ヒューズ
12, 13, 21, 22, 32, 33
Claims (9)
前記複数の電気ヒューズの共通接続ノードと接地端子間に並列に接続されたプログラム制御用のスイッチング素子および読み出し用のスイッチング素子と、
前記共通接続ノードの電圧レベルを各リファレンス電圧によって検知する複数の差動増幅器とを備えた電気ヒューズモジュール。 A plurality of electrical fuses having different program characteristics, one end of which is individually connected to the external power supply voltage terminal and the other end is commonly connected;
A switching element for program control and a switching element for reading connected in parallel between a common connection node of the plurality of electrical fuses and a ground terminal;
An electrical fuse module comprising a plurality of differential amplifiers that detect the voltage level of the common connection node by each reference voltage.
前記複数の電気ヒューズの共通接続ノードと接地端子間に並列に接続されたプログラム制御用のスイッチング素子および読み出し用のスイッチング素子と、
前記共通接続ノードの電圧レベルを各リファレンス電圧によって検知する複数の差動増幅器とを備えた電気ヒューズモジュール。 A plurality of electrical fuses having different program characteristics, one end connected in common to the external power supply voltage terminal and the other end connected in common;
A switching element for program control and a switching element for reading connected in parallel between a common connection node of the plurality of electrical fuses and a ground terminal;
An electrical fuse module comprising a plurality of differential amplifiers that detect the voltage level of the common connection node by each reference voltage.
前記電気ヒューズおよび前記直列接続体の共通接続ノードと接地端子間に並列に接続されたプログラム制御用のスイッチング素子および読み出し用のスイッチング素子と、
前記共通接続ノードの電圧レベルを各リファレンス電圧によって検知する複数の差動増幅器とを備えた電気ヒューズモジュール。 An electric fuse, and one or a plurality of series connection bodies formed by connecting an electric fuse and a resistance element in series, each one end is commonly connected to an external power supply voltage terminal, and the other ends are commonly connected to each other,
A switching element for program control and a switching element for reading connected in parallel between the common connection node and the ground terminal of the electric fuse and the serial connection body;
An electrical fuse module comprising a plurality of differential amplifiers that detect the voltage level of the common connection node by each reference voltage.
一端が前記外部電源電圧端子に接続され、ポリシリコン上に金属材料をシリサイド化して形成された第2の電気ヒューズと、
前記2つの電気ヒューズの共通接続ノードと接地端子間に並列に接続されたプログラム制御用のスイッチング素子および読み出し用のスイッチング素子と、
前記共通接続ノードの電圧レベルを各リファレンス電圧によって検知する複数の差動増幅器とを備えた電気ヒューズモジュール。 A first electrical fuse formed of polysilicon having one end connected to an external power supply voltage terminal;
A second electrical fuse having one end connected to the external power supply voltage terminal and formed by siliciding a metal material on polysilicon;
A switching element for program control and a switching element for reading connected in parallel between a common connection node of the two electric fuses and a ground terminal;
An electrical fuse module comprising a plurality of differential amplifiers that detect the voltage level of the common connection node by each reference voltage.
前記電気ヒューズの他端と接地端子間に並列に接続されたプログラム制御用のスイッチング素子および読み出し用のスイッチング素子と、
前記電気ヒューズと前記スイッチング素子の接続ノードの電圧レベルを各リファレンス電圧によって検知する複数の差動増幅器とを備えた電気ヒューズモジュール。
One end is connected to an external power supply voltage terminal, an electric fuse formed by siliciding a metal material on polysilicon,
A switching element for program control and a switching element for reading connected in parallel between the other end of the electric fuse and a ground terminal;
An electrical fuse module comprising a plurality of differential amplifiers for detecting a voltage level of a connection node of the electrical fuse and the switching element by each reference voltage.
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