JP2008277809A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a capacitor type antifuse which can be set to a blow state efficiently and securely, and has desired breakdown voltage characteristics for holding program information securely at a normal operating mode. <P>SOLUTION: Impurity regions 71a and 71b are formed on the surface of a semiconductor substrate region 70. A gate electrode layer 73 is formed on a channel region between these impurity regions 71a and 71b through a gate insulating film 72. The gate electrode layer 73 is electrically connected with a conductive layer 74 of its upper layer on the channel region. A field insulating film 75 for isolation is formed so that the field insulating film may surround the impurity regions 71a and 71b. A contact hole 76 is formed on the channel region to the gate electrode layer 73 of a MOS capacitor which constitutes a fuse. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、半導体装置、特にキャパシタをプログラム素子として利用する半導体装置に関する。より特定的には、この発明は、メモリセルがキャパシタを有するダイナミック型半導体記憶装置におけるプログラム回路の構成に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device using a capacitor as a program element. More specifically, the present invention relates to a configuration of a program circuit in a dynamic semiconductor memory device in which a memory cell has a capacitor.

半導体装置においては、さまざまな用途にプログラム回路が用いられる。このプログラム回路は、たとえば、半導体記憶装置の場合、動作モードの設定(たとえばDRAM(ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ)におけるファーストページモード、およびEDO(エクステンディッド・データ・アウトプット)モード)、語構成の設定(×8、×16の設定)などに用いられている。また、基準電圧を発生するための抵抗値の微調整を行なうために、溶断可能なリンク素子がプログラム素子として用いられる。   In a semiconductor device, a program circuit is used for various purposes. For example, in the case of a semiconductor memory device, this program circuit has an operation mode setting (for example, first page mode in DRAM (Dynamic Random Access Memory) and EDO (Extended Data Output) mode), word configuration It is used for setting (setting of x8 and x16). Further, in order to finely adjust the resistance value for generating the reference voltage, a fusible link element is used as a program element.

また、半導体記憶装置においては、不良メモリセルを救済するために、不良アドレスを記憶するための不良アドレスプログラム回路が用いられる。不良アドレスが指定された場合、この不良アドレスに対応する通常メモリセルを、冗長メモリセルで置換する。   In a semiconductor memory device, a defective address program circuit for storing a defective address is used to relieve a defective memory cell. When a defective address is designated, a normal memory cell corresponding to the defective address is replaced with a redundant memory cell.

このようなプログラム回路においては、従来、溶断可能なリンク素子(ヒューズ素子)が用いられる。ヒューズ素子のプログラム(溶断/非溶断)のために、レーザビームなどのエネルギー線が用いられる。このようなヒューズ素子を用いる場合、溶断後(レーザブロー後)に、照射領域近傍における溶断片の飛散による短絡を防止するために、洗浄などの後工程が必要とされ、比較的、プログラムに長時間を要する。   In such a program circuit, a fusing link element (fuse element) is conventionally used. An energy beam such as a laser beam is used for programming the fuse element (melting / non-melting). When such a fuse element is used, a post-process such as cleaning is required after fusing (after laser blow) to prevent a short circuit due to scattering of molten fragments in the vicinity of the irradiated region, which is relatively long for programs. It takes time.

また、高密度/高集積化半導体装置において、ヒューズ素子が高密度に配置される場合、レーザビームの位置ずれにより、隣接ヒューズ素子が部分的に破損され、正確なプログラムを行なうことが困難になる。   Further, in a high density / highly integrated semiconductor device, when fuse elements are arranged at high density, the adjacent fuse elements are partially damaged due to misalignment of the laser beam, making it difficult to perform accurate programming. .

また、レーザビームと溶断すべきヒューズ素子との間の位置ずれにより、溶断すべきヒューズ素子が不完全に溶断され、正確にプログラムすることができなくなる。   Further, due to the positional deviation between the laser beam and the fuse element to be blown, the fuse element to be blown is blown incompletely and cannot be accurately programmed.

このようなヒューズ素子が、不良メモリセルを救済するための不良アドレスプログラム素子の場合、溶断すべきヒューズ素子の数が増大し、誤ったプログラムが生じる可能性が高くなる。このような誤ったプログラムにより、製品の歩留まりが低下する。   When such a fuse element is a defective address program element for relieving a defective memory cell, the number of fuse elements to be blown increases and the possibility of erroneous programming is increased. Such an incorrect program reduces the product yield.

上述のような溶断可能なリンク素子の他に、「アンチヒューズ」と呼ばれるプログラム素子がある。このアンチヒューズでは、キャパシタ絶縁膜を、記憶すべき情報に応じて絶縁破壊(ブレークダウン)させ、このキャパシタの導通/非導通により、プログラムが行なわれる。   In addition to the fusible link element as described above, there is a program element called an “antifuse”. In this antifuse, the capacitor insulating film is subjected to dielectric breakdown (breakdown) according to information to be stored, and programming is performed by conduction / non-conduction of the capacitor.

図35は、従来のアンチヒューズ回路の構成を概略的に示す図である。図35において、アンチヒューズ回路は、ノード902に一方電極ノードが結合されるプログラム可能キャパシタ(アンチヒューズ)900と、プログラム可能キャパシタ900の他方電極ノードをノード904に結合するデカップリングトランジスタ903と、ノード904上の信号電位に従ってプログラム可能キャパシタ(以下、単にアンチヒューズと称す)900のプログラム状態を判定し、該判定結果を示す信号FRを出力するインバータ906と、トリガ信号ZTに応答してノード904を電源電圧Vccレベルに充電するpチャネルMOSトランジスタ908と、ノード904と接地ノードの間に直列に接続されるnチャネルMOSトランジスタ910および912を含む。MOSトランジスタ910はゲートに、プログラム信号ADを受け、MOSトランジスタ912は、ゲートにインバータ906の出力信号FRを受ける。   FIG. 35 schematically shows a structure of a conventional antifuse circuit. 35, the antifuse circuit includes a programmable capacitor (antifuse) 900 having one electrode node coupled to node 902, a decoupling transistor 903 that couples the other electrode node of programmable capacitor 900 to node 904, In accordance with the signal potential on 904, the programmable state of programmable capacitor (hereinafter simply referred to as antifuse) 900 is determined, inverter 906 that outputs signal FR indicating the determination result, and node 904 in response to trigger signal ZT. P channel MOS transistor 908 charging to power supply voltage Vcc level, and n channel MOS transistors 910 and 912 connected in series between node 904 and the ground node are included. MOS transistor 910 receives program signal AD at its gate, and MOS transistor 912 receives output signal FR of inverter 906 at its gate.

このアンチヒューズ回路は、さらに、インバータ906の出力信号FRに従ってノード904を電源電圧Vccレベルに充電するpチャネルMOSトランジスタ914と、リセット信号RSTに従ってノード904を接地電圧レベルに放電するnチャネルMOSトランジスタ916を含む。   This antifuse circuit further includes a p-channel MOS transistor 914 for charging node 904 to the power supply voltage Vcc level according to output signal FR of inverter 906, and an n-channel MOS transistor 916 for discharging node 904 to the ground voltage level according to reset signal RST. including.

ノード902は、プログラムモード時には高電圧(たとえば12V)が印加され、通常動作モード時(判定動作を行なうモードおよびスタンバイ状態)においては、接地電圧が印加される。MOSトランジスタ903は、そのゲートに電源電圧Vccを受け、アンチヒューズ900のプログラム時、ノード902に印加される高電圧が、他の回路要素に印加されるのを防止する。次に、この図35に示すアンチヒューズ回路の動作について簡単に説明する。   Node 902 is applied with a high voltage (for example, 12 V) in the program mode, and is applied with the ground voltage in the normal operation mode (the mode for performing the determination operation and the standby state). MOS transistor 903 receives power supply voltage Vcc at its gate, and prevents high voltage applied to node 902 from being applied to other circuit elements when antifuse 900 is programmed. Next, the operation of the antifuse circuit shown in FIG. 35 will be briefly described.

まず、図36(A)を参照して、アンチヒューズ900のプログラム動作について説明する。このプログラム動作モード時においては、トリガ信号ZTは、Hレベルに設定され、MOSトランジスタ908は非導通状態に保持される。プログラムすべき情報に従って、信号ADが所定の電圧レベルに設定される。図36(A)においては、アンチヒューズ900を導通状態に設定する(溶断する)ため、信号ADは、Hレベルに設定される。初期状態においては、トリガ信号ZTの初期設定により、ノード904は、Hレベルにプリチャージされ、インバータ906からの信号FRは、Lレベルに設定される。このLレベルの信号FRに応答して、MOSトランジスタ914が導通し、ノード904は、Hレベルに保持される。   First, the program operation of the antifuse 900 will be described with reference to FIG. In this program operation mode, trigger signal ZT is set to H level, and MOS transistor 908 is held in a non-conductive state. According to the information to be programmed, the signal AD is set to a predetermined voltage level. In FIG. 36A, signal AD is set to H level in order to set antifuse 900 to a conductive state (blow). In the initial state, node 904 is precharged to H level by the initial setting of trigger signal ZT, and signal FR from inverter 906 is set to L level. In response to L level signal FR, MOS transistor 914 is rendered conductive, and node 904 is held at H level.

プログラム動作モード時、まずリセット信号RSTがHレベルに設定され、MOSトランジスタ916が導通状態とされる。ノード904が、接地電圧レベルに放電され、信号FRがHレベルに立下がる。この信号FRの立下がりに応答して、MOSトランジスタ914が非導通状態となり、一方、MOSトランジスタ912が導通状態となり、ノード904は、MOSトランジスタ910および912を介して接地ノードに結合される。このリセット信号RSTがHレベルの間に、ノード902に与えられる電圧レベルを上昇させる。リセット信号RSTがHレベルであるため、ノード902に対する電圧の上昇時、アンチヒューズ900の容量結合によりノード904の電圧レベルが上昇するのが防止され、信号FRは、Hレベルを維持する。   In the program operation mode, the reset signal RST is first set to H level, and the MOS transistor 916 is turned on. Node 904 is discharged to the ground voltage level, and signal FR falls to the H level. In response to the fall of signal FR, MOS transistor 914 is rendered non-conductive, while MOS transistor 912 is rendered conductive, and node 904 is coupled to the ground node via MOS transistors 910 and 912. While the reset signal RST is at the H level, the voltage level applied to the node 902 is raised. Since the reset signal RST is at the H level, when the voltage to the node 902 rises, the voltage level of the node 904 is prevented from rising due to capacitive coupling of the antifuse 900, and the signal FR maintains the H level.

リセット信号RSTが、Lレベルに設定されると、次いで、ノード902に、プログラムのための高電圧に印加される。このノード902の電圧により、アンチヒューズ900には高電圧が印加され、キャパシタ絶縁膜の絶縁破壊が生じる(信号ADはHレベルである)。このアンチヒューズ900における絶縁破壊により、ノード902に印加される電圧が、ノード904に伝達され、ノード904上の電圧レベルが上昇する。ノード904の電圧は、アンチヒューズ900の抵抗とトランジスタ910,912の合成チャネル抵抗の比により決定される。このノード904の電圧が、インバータ906の入力論理しきい値を超えると、信号FRが、HレベルからLレベルに低下し、MOSトランジスタ912が非導通状態、MOSトランジスタ914が導通状態となる。ノード904は、MOSトランジスタ914を介して電源電圧Vccレベルに充電される。デカップリングトランジスタ903は、電圧Vcc−Vthを伝達する。ここで、Vthは、このデカップリングトランジスタ903のしきい値電圧を示す。したがって、ノード902からノード904へのアンチヒューズ900を介した電流の流れが遮断され、アンチヒューズ900のプログラムが完了する。   When reset signal RST is set to L level, it is then applied to node 902 with a high voltage for programming. Due to the voltage of the node 902, a high voltage is applied to the antifuse 900, causing dielectric breakdown of the capacitor insulating film (the signal AD is at H level). Due to the dielectric breakdown in antifuse 900, the voltage applied to node 902 is transmitted to node 904, and the voltage level on node 904 rises. The voltage at node 904 is determined by the ratio of the resistance of antifuse 900 to the combined channel resistance of transistors 910 and 912. When the voltage at node 904 exceeds the input logic threshold value of inverter 906, signal FR falls from H level to L level, MOS transistor 912 is turned off, and MOS transistor 914 is turned on. Node 904 is charged to power supply voltage Vcc level through MOS transistor 914. Decoupling transistor 903 transmits voltage Vcc-Vth. Here, Vth indicates the threshold voltage of the decoupling transistor 903. Therefore, the flow of current through the antifuse 900 from the node 902 to the node 904 is interrupted, and the program of the antifuse 900 is completed.

このプログラム動作モード時において、信号ADをLレベルに設定した場合、MOSトランジスタ910は非導通状態に保持される。リセット信号RSTにより、ノード904がMOSトランジスタ916を介して接地電圧レベルに放電されると、信号FRがHレベルに立上がり、MOSトランジスタ914が非導通状態に駆動される。したがって、リセット信号RSTがLレベルに低下すると、MOSトランジスタ908、910、914および916がすべて非導通状態となるため、ノード904は、フローティング状態となる。この状態で、ノード902にプログラム用の高電圧が印加されると、このノード902のプログラムの高電圧は、アンチヒューズ900を介して容量結合によりMOSトランジスタ903を介してノード904に伝達される。したがって、アンチヒューズ900の電極間には高電圧は印加されないため、このアンチヒューズ900には絶縁破壊は生じない。このアンチヒューズ900の非溶断時において、ノード904の電圧レベルは、このアンチヒューズ900の容量結合により上昇し、破線波形に示すように、インバータ906からの信号FRがLレベルに低下し、MOSトランジスタ914が導通し、ノード904は電源電圧Vccレベルに充電される。   In this program operation mode, when signal AD is set to L level, MOS transistor 910 is held in a non-conductive state. When node 904 is discharged to ground voltage level via MOS transistor 916 by reset signal RST, signal FR rises to H level and MOS transistor 914 is driven to a non-conductive state. Therefore, when reset signal RST falls to the L level, MOS transistors 908, 910, 914, and 916 are all turned off, so that node 904 is in a floating state. In this state, when a high voltage for programming is applied to the node 902, the high voltage for programming at this node 902 is transmitted to the node 904 via the anti-fuse 900 and capacitively coupled to the node 904 via the MOS transistor 903. Therefore, since a high voltage is not applied between the electrodes of the antifuse 900, the dielectric breakdown does not occur in the antifuse 900. When the antifuse 900 is not blown, the voltage level of the node 904 rises due to capacitive coupling of the antifuse 900, and as shown by the broken line waveform, the signal FR from the inverter 906 falls to the L level, and the MOS transistor Node 904 is charged to the level of power supply voltage Vcc.

次に、図36(B)を参照して、記憶情報読出動作について説明する。
トリガ信号ZTの非活性化時、リセット信号RSTがHレベルに駆動され、ノード904は接地電圧レベルに放電される。応じて、インバータ906からの信号FRは、Hレベルに駆動される。
Next, the stored information reading operation will be described with reference to FIG.
When trigger signal ZT is inactivated, reset signal RST is driven to the H level, and node 904 is discharged to the ground voltage level. In response, signal FR from inverter 906 is driven to the H level.

この記憶情報読出モード時においては、ノード902へは接地電圧が印加され、また信号ADも、Lレベルに設定される。   In this stored information read mode, ground voltage is applied to node 902 and signal AD is also set to L level.

この状態において、トリガ信号ZTがLレベルに低下すると、MOSトランジスタ908が導通する。アンチヒューズ900が導通状態に設定されているとき、このMOSトランジスタ908からの電流は、アンチヒューズ900を介してノード902に放電され、ノード904はLレベルを維持し、信号FRは、Hレベルを維持する。   In this state, when the trigger signal ZT falls to the L level, the MOS transistor 908 becomes conductive. When the antifuse 900 is set to the conductive state, the current from the MOS transistor 908 is discharged to the node 902 through the antifuse 900, the node 904 maintains the L level, and the signal FR is at the H level. maintain.

一方、アンチヒューズ900が、非溶断状態にプログラムされている場合には、MOSトランジスタ908が導通すると、ノード904が、電源電圧Vccレベルに充電され、応じて信号FRがLレベルに低下する。この信号FRのHレベル/Lレベルにより、このアンチヒューズ回路の記憶情報が読出される。   On the other hand, when antifuse 900 is programmed to a non-blown state, when MOS transistor 908 is turned on, node 904 is charged to power supply voltage Vcc level, and signal FR is lowered to L level accordingly. The information stored in the anti-fuse circuit is read according to the H level / L level of the signal FR.

アンチヒューズ回路が、動作モード特定のために用いられる場合には、この信号FRが、動作モード指定信号として利用される。   When the antifuse circuit is used for specifying an operation mode, this signal FR is used as an operation mode designation signal.

メモリセルにおける不良セル救済のための不良アドレスプログラム回路としてこのアンチヒューズ回路が用いられる場合、信号FRが、それぞれ不良アドレスビットに対応し、与えられたアドレス信号と信号FRはそれぞれビット単位で比較が行なわれ、その比較結果に従って、不良アドレスが指定されたか否かの判定が行なわれる。この判定結果に基づいて、冗長セルの置換または通常セルへのアクセスが行なわれる。   When this antifuse circuit is used as a defective address program circuit for repairing a defective cell in a memory cell, the signal FR corresponds to each defective address bit, and the applied address signal and the signal FR are compared bit by bit. Whether or not a defective address has been designated is determined according to the comparison result. Based on the determination result, replacement of a redundant cell or access to a normal cell is performed.

上述のようなアンチヒューズは、レーザビームなどを用いる必要がなく、電気的にプログラムすることができるため、高密度/高集積化された半導体装置に対するプログラム回路として広く用いられるようになってきている。   Antifuses as described above do not require the use of a laser beam or the like and can be electrically programmed, so that they are widely used as programming circuits for high-density / highly integrated semiconductor devices. .

上述のようなアンチヒューズ回路においては、キャパシタが用いられる。このキャパシタのプログラム時においては、比較的高い電圧(たとえば12V)を印加して、絶縁破壊を生じさせる必要がある。このような高電圧を印加するためには、高電圧を印加するプログラム制御回路の構成要素であるMOSトランジスタ(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)は、耐圧を十分高くする必要がある。しかしながら、近年の高密度高集積化された半導体記憶装置においては、MOSトランジスタのサイズは小さくされ、その耐圧は低くなってきている。したがって、このようなプログラム用高電圧を印加するためには、他の周辺回路よりも、十分耐圧の高いMOSトランジスタを構成要素として用いる必要があり、そのサイズが大きくなる(通常、スケーリング則に沿ってMOSトランジスタが形成され、ゲート絶縁膜を厚くする場合、応じて、サイズも大きくなる)。したがって、プログラム制御回路の占有面積が増加するという問題が生じる。   In the antifuse circuit as described above, a capacitor is used. At the time of programming the capacitor, it is necessary to apply a relatively high voltage (for example, 12 V) to cause dielectric breakdown. In order to apply such a high voltage, a MOS transistor (insulated gate field effect transistor) that is a component of a program control circuit that applies the high voltage needs to have a sufficiently high breakdown voltage. However, in recent high-density and highly-integrated semiconductor memory devices, the size of MOS transistors has been reduced, and the breakdown voltage has been reduced. Therefore, in order to apply such a high voltage for programming, it is necessary to use a MOS transistor having a sufficiently high breakdown voltage as a constituent element compared to other peripheral circuits, and its size increases (usually in accordance with the scaling law). When the MOS transistor is formed and the gate insulating film is thickened, the size increases accordingly). Therefore, there arises a problem that the area occupied by the program control circuit increases.

上述のように、プログラム高電圧を用いずに、キャパシタアンチヒューズをプログラムするために、DRAMセルの3次元キャパシタと同一構造を有するキャパシタをアンチヒューズとして用いる構成が、米国特許5110754に示されている。この先行技術においては、単体のキャパシタがアンチヒューズとして用いられている。周辺回路領域において、メモリセルキャパシタと同一特性を有するキャパシタを単体で形成する場合、メモリセルアレイ領域における繰返しパターンが形成されないため、この周辺領域におけるキャパシタパターン/形状がメモリセルキャパシタのそれと異なり、メモリセルキャパシタと同一特性を有するアンチヒューズ用キャパシタを形成するのは困難であるという問題が生じる。   As described above, US Pat. No. 5,110,754 shows a configuration in which a capacitor having the same structure as a three-dimensional capacitor of a DRAM cell is used as an antifuse in order to program a capacitor antifuse without using a program high voltage. . In this prior art, a single capacitor is used as an antifuse. When a single capacitor having the same characteristics as the memory cell capacitor is formed in the peripheral circuit region, a repetitive pattern in the memory cell array region is not formed. Therefore, the capacitor pattern / shape in the peripheral region is different from that of the memory cell capacitor. There arises a problem that it is difficult to form an antifuse capacitor having the same characteristics as the capacitor.

また、プログラム情報を読出すためには、比較的大きな電流をアンチヒューズ(キャパシタ)に流す必要があり、その電極面積は十分大きくする必要がある(高速で記憶データを読出すため)。このため、アンチヒューズ回路の占有面積も大きくなり、高集積化することができなくなるという問題が生じる。   In order to read the program information, it is necessary to pass a relatively large current through the antifuse (capacitor), and the electrode area needs to be sufficiently large (to read the stored data at high speed). For this reason, the area occupied by the antifuse circuit is increased, and there is a problem that high integration cannot be achieved.

それゆえ、この発明の目的は、小占有面積で信頼性の高いアンチヒューズ回路を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide a highly reliable antifuse circuit with a small occupation area.

この発明の他の目的は、正確にメモリセルキャパシタと同じ特性を有するキャパシタをアンチヒューズ素子として利用することのできる半導体装置を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a semiconductor device in which a capacitor having exactly the same characteristics as a memory cell capacitor can be used as an antifuse element.

この発明の第1の観点に係る半導体装置は、ゲートと、半導体基板領域表面に間をおいて形成される第1および第2の不純物領域を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成されるMOSキャパシタを含む。このMOSキャパシタのゲートは、第1および第2の不純物領域の間のチャネル領域上に形成されるコンタクト孔を介して導電性配線に電気的に接続され、第1および第2の不純物領域が共通に結合されてキャパシタの一方電極となり、かつ導電性配線がこのキャパシタの他方電極となる。 A semiconductor device according to a first aspect of the present invention is a MOS capacitor including an insulated gate field effect transistor having a gate and first and second impurity regions formed on the surface of the semiconductor substrate region. including. The gate of the MOS capacitor is electrically connected to the conductive wiring through a contact hole formed on the channel region between the first and second impurity regions, and the first and second impurity regions are shared. And the conductive wiring becomes the other electrode of the capacitor.

この第1の観点に係る半導体装置は、さらに、プログラム動作モード時、この一方および他方電極にプログラム電圧を印加するためのプログラム制御回路を備える。 The semiconductor device according to the first aspect, further comprising programming operation mode, a program control circuit for applying a program voltage to the one and the other electrodes.

請求項に係る半導体装置は、第1の観点に係る半導体装置のMOSキャパシタは、第1および第2の不純物領域が半導体基板領域と同一導電型を有する。 According to a second aspect of the present invention , in the MOS capacitor of the semiconductor device according to the first aspect, the first and second impurity regions have the same conductivity type as the semiconductor substrate region.

請求項に係る半導体装置は、第1および第2の電極ノードを有し、これら第1および第2の電極ノードの間の印加電圧極性により高い耐圧と低い耐圧とを有するプログラム容量素子と、プログラム動作モード時、この高い耐圧を与える電圧極性でプログラム容量素子にプログラム電圧を印加してこのプログラム容量素子をプログラムし、かつ通常動作モード時、低い耐圧を与える電圧極性で電圧をこのプログラム容量素子へ印加するプログラム制御回路を備える。 The semiconductor device according to claim 3, having a first and second electrode nodes, the program capacitor element having a high breakdown voltage and low-voltage by applying voltage polarity between the first and second electrode nodes, In the program operation mode, a program voltage is applied to the program capacitor element with a voltage polarity that gives this high withstand voltage, and the program capacitor element is programmed. In the normal operation mode, the voltage is given with a voltage polarity that gives a low withstand voltage. A program control circuit for applying to

請求項に係る半導体装置は、第1および第2の電極ノードを有し、これら第1および第2の電極ノード間の印加電圧極性に従って高い耐圧と低い耐圧とを有するプログラム容量素子と、プログラム動作モード時、耐圧の低い電圧極性で第1および第2の電極間にプログラム電圧を印加し、かつ通常動作モード時には、耐圧の低い電圧極性で第1および第2の電極間に電圧を印加するプログラム制御回路を備える。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having first and second electrode nodes, a program capacitance element having a high withstand voltage and a low withstand voltage according to an applied voltage polarity between the first and second electrode nodes, and a program In the operation mode, a program voltage is applied between the first and second electrodes with a voltage with low withstand voltage, and in the normal operation mode, a voltage is applied between the first and second electrodes with a voltage with low withstand voltage. A program control circuit is provided.

請求項に係る半導体装置は、第1および第2の電極ノードを有し、これら第1および第2の電極ノード間の印加電圧極性により高い耐圧と低い耐圧とを有するプログラム容量素子と、プログラム動作モード時および通常動作モード時に、同一電圧極性で第1および第2の電極間に電圧を印加するプログラム制御回路を備える。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having first and second electrode nodes, a program capacitance element having a high withstand voltage and a low withstand voltage according to a voltage polarity applied between the first and second electrode nodes, and a program A program control circuit is provided for applying a voltage between the first and second electrodes with the same voltage polarity in the operation mode and the normal operation mode.

請求項に係る半導体装置は、請求項からのいずれかの半導体装置が、さらに、各々が情報を記憶するキャパシタを有する複数のメモリセルを含み、プログラム容量素子は、このキャパシタと同一構造の容量素子を含む。 According to a sixth aspect of the present invention, the semiconductor device according to any of the third to fifth aspects further includes a plurality of memory cells each having a capacitor for storing information, and the program capacitor element has the same structure as the capacitor. Including the capacitive element.

請求項に係る半導体装置は、キャパシタと、プログラム動作モード時このキャパシタにプログラム電圧を印加して、記憶情報に応じて選択的にこのキャパシタに絶縁破壊を生じさせかつ判定動作モード時において、このキャパシタの記憶情報判定のために状態判定指示信号に応答してワンショットのパルス信号をキャパシタ電極間に印加する制御回路を備える。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a capacitor; and a program voltage applied to the capacitor in a program operation mode to selectively cause a dielectric breakdown in the capacitor according to stored information. A control circuit is provided for applying a one-shot pulse signal between the capacitor electrodes in response to the state determination instruction signal for determining the storage information of the capacitor.

請求項に係る半導体装置は、請求項のプログラム制御回路、判定動作モード時、このキャパシタの第1電極を第1の電圧レベルに設定し、状態判定指示信号の活性化に応答してこのキャパシタの第2電極を第2の電圧レベルにワンショットパルスの形で駆動し、かつ状態判定指示信号の非活性化に応答してこのキャパシタの第2電極ノードを第1の電圧レベルにプリチャージする手段を含む。 In the semiconductor device according to claim 8 , the program control circuit according to claim 7 sets the first electrode of the capacitor to the first voltage level in the determination operation mode, and responds to the activation of the state determination instruction signal. The second electrode of the capacitor is driven to the second voltage level in the form of a one-shot pulse, and the second electrode node of the capacitor is pre-set to the first voltage level in response to the deactivation of the state determination instruction signal. Including means for charging.

請求項に係る半導体装置は、複数の通常エレメントと、各々が、キャパシタの絶縁破壊により不良通常エレメントを特定する情報がプログラムされる複数のプログラム回路と、複数のプログラム各々に対応して配置されかつ複数の通常エレメントの不良通常エレメントを置換、救済するための複数の冗長エレメントとを備える。複数のプログラム回路および複数の冗長エレメントは、不良プログラム回路および/または不良冗長エレメントを救済することができる。 The semiconductor device according to claim 9 is arranged corresponding to each of a plurality of normal elements, a plurality of program circuits each programmed with information specifying a defective normal element by dielectric breakdown of a capacitor, and a plurality of programs. And a plurality of redundant elements for replacing and repairing defective normal elements of the plurality of normal elements. The plurality of program circuits and the plurality of redundant elements can relieve the defective program circuit and / or the defective redundant element.

キャパシタの耐圧特性の方向性に応じてプログラム高電圧および通常動作モード時の印加電圧極性を設定することにより、プログラム動作モード時に確実に絶縁破壊を生じさせかつ通常動作モード時において、確実に、導通/非導通(溶断/非溶断)状態に設定することができ、信頼性の高いアンチヒューズ回路を実現することができる。   By setting the program high voltage and the polarity of the applied voltage in the normal operation mode according to the direction of the withstand voltage characteristics of the capacitor, dielectric breakdown is surely generated in the program operation mode and conduction is ensured in the normal operation mode. / A non-conduction (melting / non-melting) state can be set, and a highly reliable antifuse circuit can be realized.

すなわち、請求項1に係る発明に従えば、MOSキャパシタのチャネル領域上のゲートに、電気的にコンタクトをとるためのコンタクト孔を形成して上層導電層とそのゲート電極層を電気的に接続しているため、MOSキャパシタの絶縁耐圧を低くすることができ、容易にこのMOSキャパシタからなるキャパシタ型アンチヒューズのプログラムを行なうことができる。In other words, according to the first aspect of the present invention, a contact hole for making an electrical contact is formed in the gate on the channel region of the MOS capacitor to electrically connect the upper conductive layer and its gate electrode layer. Therefore, the withstand voltage of the MOS capacitor can be lowered, and the capacitor type antifuse including the MOS capacitor can be easily programmed.

請求項2に係る発明に従えば、このMOSキャパシタは、不純物領域と基板領域とを同一導電型としているため、複数のMOSキャパシタを確実に電気的に並列に接続することができるとともに、基板領域の寄生容量により、このMOSキャパシタの容量値を大きくすることができる。According to the invention of claim 2, the MOS capacitor has the impurity region and the substrate region of the same conductivity type, so that a plurality of MOS capacitors can be reliably electrically connected in parallel, and the substrate region Due to the parasitic capacitance, the capacitance value of the MOS capacitor can be increased.

請求項3に係る発明に従えば、耐圧の低い電圧極性および耐圧の高い電圧極性を有するキャパシタにおいて、プログラム動作モード時においては、高い耐圧極性でプログラム高電圧を印加し、通常動作モード時において、低い耐圧特性の電圧極性で電圧を印加しているため、確実に、絶縁破壊を生じさせることができるとともに、確実に通常動作モード時において、プログラム後のキャパシタ型アンチヒューズを溶断/非溶断状態に保持することができる。According to the invention of claim 3, in a capacitor having a low withstand voltage polarity and a high withstand voltage polarity, a program high voltage is applied with a high withstand voltage polarity in the program operation mode, and in a normal operation mode, Since the voltage is applied with the voltage polarity of low withstand voltage characteristics, it is possible to surely cause dielectric breakdown and to ensure that the programmed capacitor type antifuse is blown / unblown in normal operation mode. Can be held.

請求項4に係る発明に従えば、高い耐圧特性および低い耐圧特性の電圧極性を有するキャパシタにおいて、プログラム動作モード時耐圧の低い電圧極性でプログラム高電圧を印加しかつ通常動作モード時においても、この耐圧の低い電圧極性方向に電圧をキャパシタに印加しているため、低いプログラム高電圧で絶縁破壊を生じさせて、かつ同一電圧極性の電圧印加により、確実に非溶断状態のキャパシタ型アンチヒューズを非溶断状態に保持することができる。According to the invention of claim 4, in a capacitor having a voltage polarity with a high withstand voltage characteristic and a low withstand voltage characteristic, the program high voltage is applied with a voltage polarity with a low withstand voltage in the program operation mode, and the normal operation mode Since the voltage is applied to the capacitor in the voltage polarity direction with a low withstand voltage, dielectric breakdown occurs at a low program high voltage, and the non-blown capacitor type antifuse is reliably prevented by applying the voltage of the same voltage polarity. It can be kept in a blown state.

請求項5に係る発明に従えば、高い耐圧および低い耐圧をその電圧極性に応じて有するキャパシタに対して、プログラム動作モード時および通常動作モード時同一極性で電圧を印加するように構成しているため、これらの制御回路の構成が簡略化される(電圧極性を反転させる必要はないため)。また、キャパシタの非溶断状態/溶断状態を、通常動作モード時においても確実に保持することができる。According to the fifth aspect of the present invention, a capacitor having a high breakdown voltage and a low breakdown voltage according to the voltage polarity is configured to apply a voltage with the same polarity in the program operation mode and in the normal operation mode. Therefore, the configuration of these control circuits is simplified (since it is not necessary to reverse the voltage polarity). Further, the non-blown / blown state of the capacitor can be reliably maintained even in the normal operation mode.

請求項6に係る発明に従えば、これらの耐圧特性が非対称的なキャパシタとしてはメモリセルキャパシタと同一構造を有する容量素子を用いてるため、容易に、完全な構造を有するキャパシタを小占有面積で実現することができる。According to the invention of claim 6, since the capacitor having the same structure as the memory cell capacitor is used as the capacitor having asymmetric withstand voltage characteristics, the capacitor having the complete structure can be easily formed with a small occupied area. Can be realized.

請求項7に係る発明に従えば、キャパシタの記憶情報判定時、ワンショットパルスの形で、このキャパシタに電圧を印加しているため、キャパシタに印加される電圧ストレス印加時間を低減することができ、キャパシタの耐圧特性劣化を防止することができ、信頼性の高いプログラム回路を実現することができる。According to the invention of claim 7, since the voltage is applied to the capacitor in the form of a one-shot pulse when determining the stored information of the capacitor, it is possible to reduce the voltage stress application time applied to the capacitor. Thus, it is possible to prevent the breakdown voltage characteristics of the capacitor from being deteriorated and to realize a highly reliable program circuit.

請求項8に係る発明に従えば、スタンバイサイクル時、キャパシタの判定ノード(第1の電極ノード)を第1のレベルに設定し、判定動作モード時において、この判定モードに、ワンショットパルスの形態で第2のレベルの電圧を印加しているため、キャパシタに電圧ストレスが印加される時間を低減することができる。According to the invention of claim 8, in the standby cycle, the determination node (first electrode node) of the capacitor is set to the first level, and in the determination operation mode, the determination mode is in the form of a one-shot pulse. Since the second level voltage is applied, the time during which voltage stress is applied to the capacitor can be reduced.

請求項9に係る発明に従えば、スペアエレメントそれぞれにプログラム回路を設け、プログラム回路およびスペアエレメントの組において不良が存在する場合には、そのプログラム回路およびスペアエレメントの組を用いず別の組のプログラム回路に不良救済のプログラムを行なうように構成しているため、不良救済のためのプログラム回路およびスペアエレメントに不良が存在している場合においても、それを、別のプログラム回路およびスペアエレメントで救済することができ、チップ歩留りを改善することができる。According to the ninth aspect of the present invention, a program circuit is provided for each spare element, and when a defect exists in the combination of the program circuit and the spare element, another set is used without using the combination of the program circuit and the spare element. Since the program circuit is configured to perform a defect relief program, even when a defect exists in the program circuit and the spare element for defect relief, it is relieved by another program circuit and a spare element. Chip yield can be improved.

[全体の構成]
図1は、この発明に従う半導体装置の全体の構成を概略的に示す図である。図1においては、この発明が適用される半導体装置として、ダイナミック型半導体記憶装置が示される。
[Overall configuration]
FIG. 1 schematically shows a whole structure of a semiconductor device according to the present invention. In FIG. 1, a dynamic semiconductor memory device is shown as a semiconductor device to which the present invention is applied.

図1において、半導体記憶装置1は、行列状に配列される複数の通常セルを有するノーマルアレイ2と、ノーマルアレイ2の不良通常セルを救済するための冗長セルが行列状に配列されるスペアアレイ3と、外部からのアドレス信号ADDを受けて内部アドレス信号を生成するアドレス入力回路4と、活性化時、アドレス入力回路4からの内部アドレス信号に従ってノーマルアレイ2のアドレス指定された通常セルを選択する通常セル選択回路5と、アドレス入力回路4からの内部アドレス信号が、ノーマルアレイ2の不良通常セルを指定しているか否かを判定する冗長置換制御回路6と、冗長置換制御回路6からの不良通常セル指定指示信号に従って、スペアアレイ3のスペアセルを選択する冗長セル選択回路7と、外部からの制御信号φexに従って内部制御信号φinを生成する周辺制御回路8を含む。   In FIG. 1, a semiconductor memory device 1 includes a normal array 2 having a plurality of normal cells arranged in a matrix, and a spare array in which redundant cells for relieving defective normal cells in the normal array 2 are arranged in a matrix. 3, an address input circuit 4 that generates an internal address signal in response to an external address signal ADD, and, when activated, selects an addressed normal cell in the normal array 2 according to the internal address signal from the address input circuit 4 A normal cell selection circuit 5 to perform, an internal address signal from the address input circuit 4 to determine whether or not a defective normal cell in the normal array 2 is designated, and a redundant replacement control circuit 6 A redundant cell selection circuit 7 for selecting a spare cell of the spare array 3 in accordance with a defective normal cell designation instruction signal, and an external control signal φ A peripheral control circuit 8 for generating an internal control signal φin according x.

ノーマルアレイ2およびスペアアレイ3においては、1トランジスタ/1キャパシタ型のメモリセルが行列状に配列される。スペアアレイ3は、ノーマルアレイ2の不良通常セルを救済する構成であればよい。このスペアアレイ3は、ノーマルアレイ2の不良通常セル行を救済するためのスペア行と、ノーマルアレイ2の不良メモリセル列を救済するためのスペア列を含む。通常セル選択回路5は、ノーマルアレイ2の通常セル行を選択するための行選択回路およびノーマルアレイ2の通常セル列を選択するための列選択回路を含む。冗長セル選択回路7も、スペアアレイ3の冗長セル行を選択するための行選択回路、スペアアレイ3の冗長セル列を選択するための列選択回路を含む。しかしながら、この冗長セル選択回路7は、冗長セル行を選択するための行選択回路および冗長セル列を選択するための列選択回路の一方のみを含む構成であってもよい。   In normal array 2 and spare array 3, 1-transistor / 1-capacitor type memory cells are arranged in a matrix. The spare array 3 may be configured to relieve defective normal cells of the normal array 2. Spare array 3 includes a spare row for relieving a defective normal cell row of normal array 2 and a spare column for relieving a defective memory cell column of normal array 2. Normal cell selection circuit 5 includes a row selection circuit for selecting a normal cell row of normal array 2 and a column selection circuit for selecting a normal cell column of normal array 2. Redundant cell selection circuit 7 also includes a row selection circuit for selecting redundant cell rows of spare array 3 and a column selection circuit for selecting redundant cell columns of spare array 3. However, redundant cell selection circuit 7 may be configured to include only one of a row selection circuit for selecting a redundant cell row and a column selection circuit for selecting a redundant cell column.

冗長置換制御回路6は、アドレス入力回路4からの内部アドレス信号が、不良通常セルを指定しているときには、通常セル選択回路5を非活性化し、かつ冗長セル選択回路7を活性化する。この冗長置換制御回路6は、不良通常セル行/列をプログラムするためのプログラム回路を含み、プログラム回路それぞれに対応して、行/列選択回路が冗長セル選択回路7において設けられる構成であってもよい。また、この冗長セル選択回路7は、冗長置換制御回路6からの、不良通常セル指定指示信号に従って活性化されてアドレス入力回路4からのアドレス信号をデコードする構成であってもよい。   The redundant replacement control circuit 6 deactivates the normal cell selection circuit 5 and activates the redundant cell selection circuit 7 when the internal address signal from the address input circuit 4 designates a defective normal cell. Redundant replacement control circuit 6 includes a program circuit for programming a defective normal cell row / column, and has a configuration in which a row / column selection circuit is provided in redundant cell selection circuit 7 corresponding to each program circuit. Also good. Redundant cell selection circuit 7 may be activated in accordance with a defective normal cell designation instruction signal from redundant replacement control circuit 6 to decode an address signal from address input circuit 4.

図2は、図1に示す冗長置換制御回路6の構成を概略的に示す図である。図2において、冗長置換制御回路6は、通常動作モードおよびプログラム動作モードを指定する制御信号を生成するプログラム制御回路6aと、プログラム制御回路6aからの制御信号に従って不良通常セルアドレスのプログラムおよびプログラムデータの読出を行なうプログラム回路6bと、プログラム制御回路6aの制御の下に動作し、プログラム回路6bからのプログラムされた不良通常セルアドレス信号とアドレス入力回路4からの内部アドレス信号ADDとを比較し、その比較結果に従って冗長置換(不良通常セルを冗長セルで遅延する動作)を行なうか否かを示す信号Mを生成する比較/判定回路6cを含む。   FIG. 2 schematically shows a configuration of redundant replacement control circuit 6 shown in FIG. In FIG. 2, a redundant replacement control circuit 6 includes a program control circuit 6a for generating a control signal designating a normal operation mode and a program operation mode, and a program and program data for a defective normal cell address according to the control signal from the program control circuit 6a. The program circuit 6b for reading data is operated under the control of the program control circuit 6a, and the programmed defective normal cell address signal from the program circuit 6b is compared with the internal address signal ADD from the address input circuit 4, Comparing / determining circuit 6c for generating signal M indicating whether or not to perform redundant replacement (operation of delaying a defective normal cell with a redundant cell) according to the comparison result is included.

プログラム回路6bは、好ましくは、ノーマルアレイ2およびスペアアレイ3におけるメモリセル配列パターンと同一パターンに従って配置されるメモリセルキャパシタと同一構造の複数の容量素子で構成されるキャパシタ型アンチヒューズを、不良通常セルアドレスをプログラムするためのプログラム素子として含む。   Program circuit 6b preferably includes a capacitor-type anti-fuse composed of a plurality of capacitive elements having the same structure as the memory cell capacitors arranged in accordance with the same pattern as the memory cell array pattern in normal array 2 and spare array 3, as a defective normal It is included as a program element for programming a cell address.

[実施の形態1]
図3は、この発明の実施の形態1に従う半導体記憶装置の要部の構成を示す図である。図3においては、メモリアレイMAおよび1ビットのアドレス信号に対応するプログラム回路6bの構成を示す。メモリアレイMAは、図1に示すノーマルアレイ2およびスペアアレイ3のいずれであってもよい。ノーマルアレイ2およびスペアアレイ3においては、同一のパターンのメモリが繰返し配置される。
[Embodiment 1]
FIG. 3 shows a structure of a main portion of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 shows a configuration of program circuit 6b corresponding to memory array MA and 1-bit address signal. Memory array MA may be either normal array 2 or spare array 3 shown in FIG. In the normal array 2 and the spare array 3, memories having the same pattern are repeatedly arranged.

メモリアレイMAは、行列状に配列される複数のメモリセルMCと、メモリセル行に対応して配置されるワード線WL0、WL1、…と、メモリセル列それぞれに対応して配置されるビット線対BL0,/BL0、BL1,/BL1、…を含む。メモリセルMCは、情報を記憶するためのキャパシタMSと、対応のワード線上の信号電位に従ってこのメモリセルキャパシタMSを対応のビット線に接続するnチャネルMOSトランジスタで構成されるアクセストランジスタMTを含む。   The memory array MA includes a plurality of memory cells MC arranged in a matrix, word lines WL0, WL1,... Arranged corresponding to the memory cell rows, and bit lines arranged corresponding to the memory cell columns. The pairs BL0, / BL0, BL1, / BL1,. Memory cell MC includes a capacitor MS for storing information and an access transistor MT formed of an n-channel MOS transistor for connecting memory cell capacitor MS to a corresponding bit line according to a signal potential on the corresponding word line.

プログラム回路6bは、行方向に沿って整列して配置される複数のプログラム単位素子PRa−PRnを含む。これらのプログラム単位素子PRa〜PRnの各々は、メモリセルMCと同一の構造を有し、容量素子SおよびMOSトランジスタTを含む。容量素子Sは、メモリセルキャパシタMSと同一構造を有し、MOSトランジスタTは、アクセストランジスタMTと同一構造を有する。ここで、「同一構造」は、サイズおよび形状が同じである状態を示す。したがって、容量素子Sは、メモリセルキャパシタMSと同じ電気的特性を有する。   Program circuit 6b includes a plurality of program unit elements PRa-PRn arranged in alignment along the row direction. Each of program unit elements PRa to PRn has the same structure as memory cell MC, and includes a capacitive element S and a MOS transistor T. Capacitance element S has the same structure as memory cell capacitor MS, and MOS transistor T has the same structure as access transistor MT. Here, “same structure” indicates a state in which the size and shape are the same. Therefore, the capacitive element S has the same electrical characteristics as the memory cell capacitor MS.

プログラム回路6bは、さらに、行方向に沿って延在して配置され、MOSトランジスタTのゲートに共通に接続される導電配線10と、容量素子Sの一方電極ノードに共通に接続される導電配線13と、MOSトランジスタTの第1の電極ノードにそれぞれ接続される導電配線11a〜11nと、導電配線11a〜11nに共通に接続される導電配線12を含む。導電配線10は、メモリアレイMAにおけるワード線WL(WL0、WL1、…)と同一工程で形成され、ワード線WLと同一の材料で形成され、電源電圧Vccを伝達する。導電配線13は、メモリアレイMAにおけるメモリセルキャパシタMSのセルプレート電極層に相当し、このセルプレート電極層と、同一製造工程で形成される。導電配線11a〜11nは、メモリアレイMAにおけるビット線BL(または/BL)に相当する。導電配線12は、プログラム素子(キャパシタ型アンチヒューズ)の第1電極C1となり、導電配線13は、このプログラム素子の他方電極C2となる。   Program circuit 6b further extends in the row direction, and is connected to conductive wire 10 commonly connected to the gate of MOS transistor T, and conductive wire commonly connected to one electrode node of capacitive element S. 13, conductive lines 11a to 11n connected to the first electrode nodes of the MOS transistor T, and a conductive line 12 connected in common to the conductive lines 11a to 11n, respectively. Conductive wiring 10 is formed in the same process as word lines WL (WL0, WL1,...) In memory array MA, is formed of the same material as word lines WL, and transmits power supply voltage Vcc. The conductive wiring 13 corresponds to the cell plate electrode layer of the memory cell capacitor MS in the memory array MA, and is formed in the same manufacturing process as this cell plate electrode layer. Conductive wirings 11a to 11n correspond to bit line BL (or / BL) in memory array MA. The conductive wiring 12 becomes the first electrode C1 of the program element (capacitor type antifuse), and the conductive wiring 13 becomes the other electrode C2 of the program element.

導電配線10は、電源電圧Vccを伝達し、MOSトランジスタTは導通状態となり、容量素子Sが導電配線11a〜11nそれぞれを介して導電配線12に結合される。したがって、プログラム素子の電極ノードC1およびC2の間に、複数の容量素子Sが並列に接続され、小占有面積で比較的大きな容量値を有するプログラム素子を実現することができる。特に、メモリセルキャパシタは、情報の記憶のために面積が低減されても、必要最小限の容量値を有することが要求される。したがって、メモリセルキャパシタは、最も面積利用効率の優れたキャパシタである。このメモリセルキャパシタと同一構造の容量素子を複数個並列に接続することにより、面積利用効率の優れたキャパシタで構成されるプログラム素子を実現することができる。   Conductive line 10 transmits power supply voltage Vcc, MOS transistor T becomes conductive, and capacitive element S is coupled to conductive line 12 through conductive lines 11a to 11n. Therefore, a plurality of capacitive elements S are connected in parallel between the electrode nodes C1 and C2 of the program element, and a program element having a relatively large capacitance value with a small occupation area can be realized. In particular, the memory cell capacitor is required to have a necessary minimum capacitance value even if the area is reduced for storing information. Therefore, the memory cell capacitor is the capacitor with the most excellent area utilization efficiency. By connecting a plurality of capacitive elements having the same structure as this memory cell capacitor in parallel, a program element composed of a capacitor with excellent area utilization efficiency can be realized.

図4は、メモリセルMCおよびプログラム単位素子PR(PRa〜PRn)の断面構造を概略的に示す図である。図4においては、これらのメモリセルMCおよびプログラム単位素子PR(PRa〜PRn)は同一構造を有するため、プログラム単位素子PRの断面構造を示す。図4において、プログラム単位素子PRは、半導体基板領域15表面に間をおいて形成されるn型不純物領域16a、16bおよび16cと、不純物領域16aおよび16bの間のチャネル領域上に図示しないゲート絶縁膜を介して形成される導電層17と、不純物領域16bに電気的に接続されかつ導電層17上に延在して形成される導電層18と、導電層18と、図示しない薄いキャパシタ絶縁膜を介して配置される導電層19と、不純物領域16aと電気的に接続されかつ導電層18下層に形成されかつ導電層17と交差する方向に延在して配置される導電層20を含む。   FIG. 4 schematically shows a cross-sectional structure of memory cell MC and program unit element PR (PRa to PRn). In FIG. 4, since these memory cells MC and program unit elements PR (PRa to PRn) have the same structure, the sectional structure of the program unit element PR is shown. In FIG. 4, the program unit element PR has n-type impurity regions 16a, 16b and 16c formed on the surface of the semiconductor substrate region 15 and a gate insulation (not shown) on the channel region between the impurity regions 16a and 16b. A conductive layer 17 formed through the film, a conductive layer 18 electrically connected to the impurity region 16b and extending on the conductive layer 17, a conductive layer 18, and a thin capacitor insulating film (not shown) And a conductive layer 20 electrically connected to the impurity region 16a and formed under the conductive layer 18 and extending in a direction intersecting the conductive layer 17.

導電層17は、図3に示す導電配線10に対応し、導電層19は、導電配線13に対応し、導電層20は、導電配線11(11a〜11n)に対応する。不純物領域16bと不純物領域16cの間には、素子分離のための厚い絶縁膜21が形成される。   The conductive layer 17 corresponds to the conductive wiring 10 shown in FIG. 3, the conductive layer 19 corresponds to the conductive wiring 13, and the conductive layer 20 corresponds to the conductive wiring 11 (11a to 11n). A thick insulating film 21 for element isolation is formed between the impurity region 16b and the impurity region 16c.

このプログラム単位素子は、3次元構造を有しており、容量素子Sは、いわゆるスタックトキャパシタ構造を有する。このような3次元構造のキャパシタを、周辺回路領域内において単独に形成した場合、周辺回路においてはこのような3次元構造は設けられていないため、周辺回路領域とこの容量素子のパターン/段差が異なる。したがって、周辺回路領域内において、このようなメモリセルキャパシタと同じ3次元構造を有するキャパシタを単独で配置した場合、露光時における周辺回路の段差によるハレーションなどによるパターニングのずれおよび、製造時における周辺回路領域の構成要素の段差によるストレスなどに起因する形状の変形などが生じ、所望の特性を有するキャパシタを実現することができない。しかしながら、本実施の形態1におけるように、行方向に沿ってプログラム単位素子を繰返し配置することにより、パターンの繰返しが得られ、周辺回路の構成要素の影響を受けることなく、プログラム単位素子を、メモリセルMCと同じ形状で形成することができ、これにより、所望の特性を有するキャパシタ型アンチヒューズを実現することができる。   This program unit element has a three-dimensional structure, and the capacitive element S has a so-called stacked capacitor structure. When such a three-dimensional capacitor is formed independently in the peripheral circuit region, since such a three-dimensional structure is not provided in the peripheral circuit, there is no pattern / step difference between the peripheral circuit region and this capacitive element. Different. Therefore, when a capacitor having the same three-dimensional structure as the memory cell capacitor is arranged alone in the peripheral circuit region, patterning shift due to halation due to a step of the peripheral circuit at the time of exposure, and peripheral circuit at the time of manufacture Deformation of the shape due to stress or the like due to the level difference of the constituent elements of the region occurs, and a capacitor having desired characteristics cannot be realized. However, as in the first embodiment, by repeatedly arranging the program unit elements along the row direction, the repetition of the pattern can be obtained, and the program unit elements can be obtained without being affected by the components of the peripheral circuit. It can be formed in the same shape as the memory cell MC, whereby a capacitor type antifuse having desired characteristics can be realized.

なお、アンチヒューズとしてプログラム単位素子PRを用いる場合、この単位素子PRの数は、数十個程度であればよい。   When the program unit element PR is used as an antifuse, the number of unit elements PR may be about several tens.

また、この場合、プログラム単位素子PRa〜PRnを並列に接続して1つのプログラム素子として利用する場合、少なくとも1つの容量素子Sの絶縁破壊が生じれば、アンチヒューズとしてこのプログラム素子を用いることができる。したがって、仮に、この容量素子Sにおける絶縁耐圧にばらつきが生じても、その影響を受けることなく、確実に、プログラムを行なうことができ、歩留まりの良いプログラム回路を実現することができる。   In this case, when the program unit elements PRa to PRn are connected in parallel and used as one program element, if the dielectric breakdown of at least one capacitive element S occurs, the program element may be used as an antifuse. it can. Therefore, even if the dielectric breakdown voltage in the capacitive element S varies, programming can be performed reliably without being affected by the variation, and a program circuit with a high yield can be realized.

[変更例1]
図5は、この発明の実施の形態1の変更例1の構成を概略的に示す図である。図5において、プログラム単位素子PRp〜PRuが、メモリアレイ列方向の配列パターンと同じ繰返しパターンにより配置される。プログラム単位素子PRp〜PRuは、メモリセルMCと同じ構造を有し、MOSトランジスタTおよび容量素子Sを含む。
[Modification 1]
FIG. 5 schematically shows a configuration of a first modification of the first embodiment of the present invention. In FIG. 5, program unit elements PRp to PRu are arranged in the same repeating pattern as the array pattern in the memory array column direction. Program unit elements PRp to PRu have the same structure as memory cell MC, and include MOS transistor T and capacitive element S.

MOSトランジスタTの第1の電極ノードは、導電配線26に共通に結合され、容量素子Sの第1の電極ノード(メモリセルキャパシタのセルプレート電極ノードに相当)は導電配線25に共通に接続される。MOSトランジスタTのゲートは、それぞれ導電配線27p〜27uを介して電源電圧Vccを受けるように結合される。これらの導電配線27p〜27uは、図5において破線で示すように共通に1つの配線に結合されて電源電圧Vccを受けるように形成されてもよく、また近傍に電源配線が存在する場合、この電源配線に個々に接続される構成であってもよい。   The first electrode node of MOS transistor T is coupled in common to conductive line 26, and the first electrode node of capacitive element S (corresponding to the cell plate electrode node of the memory cell capacitor) is commonly connected to conductive line 25. The MOS transistor T has its gate coupled to receive power supply voltage Vcc through conductive lines 27p-27u, respectively. These conductive wirings 27p to 27u may be formed so as to be coupled to one wiring in common and receive power supply voltage Vcc as shown by a broken line in FIG. 5, and when there is a power supply wiring in the vicinity, The power supply wiring may be individually connected.

この図5に示すプログラム素子においても、列方向に同じパターンが繰返されており、周辺回路の構成要素のパターンの影響を受けることなく正確に、メモリセルキャパシタと同一構造の容量素子Sを周辺回路領域に形成することができる。この図5に示す配置においても、導電配線26が、プログラム素子の一方電極ノードC1となり、導電配線25が、プログラム素子の他方電極ノードC2となる。したがって、電極ノードC1およびC2の間に、容量素子Sが互いに並列に結合される。このように、面積利用効率の優れたキャパシタ型アンチヒューズを形成することができる。また、図3に示すキャパシタ型アンチヒューズと同様の効果を奏することができる。   In the program element shown in FIG. 5 as well, the same pattern is repeated in the column direction, and the capacitive element S having the same structure as the memory cell capacitor is accurately connected to the peripheral circuit without being affected by the pattern of the constituent elements of the peripheral circuit. Can be formed in the region. Also in the arrangement shown in FIG. 5, the conductive wiring 26 becomes one electrode node C1 of the program element, and the conductive wiring 25 becomes the other electrode node C2 of the program element. Therefore, capacitive element S is coupled in parallel between electrode nodes C1 and C2. In this way, a capacitor type antifuse with excellent area utilization efficiency can be formed. Further, the same effect as the capacitor type antifuse shown in FIG. 3 can be obtained.

[変更例2]
図6(A)は、この発明の実施の形態1の変更例2の構成を概略的に示す図である。図6(A)において、このキャパシタ型アンチヒューズは、半導体基板領域30表面に形成されるNウェル31内に形成される。Nウェル31表面に間をおいてN型不純物領域32a、32b、32c、および32dが形成される。不純物領域32aおよび32bの間のチャネル領域上に図示しないゲート絶縁膜を介して導電層33aが形成され、不純物領域32bおよび32cの間のチャネル領域上に導電層33bが形成される。不純物領域32aおよび32cは、それぞれ、互いに分離される導電層34aおよび34bに電気的に接続される。これらのメモリセルストレージノードに対応する導電層34aおよび34b上に図示しないキャパシタ絶縁膜を介して共通に導電層35が形成される。
[Modification 2]
FIG. 6 (A) schematically shows a configuration of a second modification of the first embodiment of the present invention. In FIG. 6A, this capacitor type antifuse is formed in an N well 31 formed on the surface of the semiconductor substrate region 30. N-type impurity regions 32a, 32b, 32c, and 32d are formed on the surface of N well 31 with a gap. Conductive layer 33a is formed on the channel region between impurity regions 32a and 32b via a gate insulating film (not shown), and conductive layer 33b is formed on the channel region between impurity regions 32b and 32c. Impurity regions 32a and 32c are electrically connected to conductive layers 34a and 34b that are separated from each other, respectively. Conductive layer 35 is commonly formed on conductive layers 34a and 34b corresponding to these memory cell storage nodes via a capacitor insulating film (not shown).

図6(B)は、図6(A)に示すプログラム素子の電気的等価回路を示す図である。図6(B)において、単位素子のストレージノードSN(不純物領域32a,32cに相当)が共通に配線38を介して結合され、キャパシタSの他方電極ノードが配線37を介して電極ノードC1に結合される。この配線38は、図6(A)におけるNウェル31に相当する。ストレージノードSNは、MOSトランジスタTと容量素子Sの間の接続ノードである。この図6(B)に示すように、Nウェル31が、配線38およびプログラム素子の電極ノードC2として作用するため、電極ノードC1およびC2の間に、容量素子Sが互いに並列に接続される。MOSトランジスタTのゲートとなる導電層33aおよび33bは、メモリセルアレイのパターンと同じパターンを形成するためのダミーとして設けられる。したがって、この導電層33aおよび33bの電圧レベルは任意であり、電気的にフローティング状態とされてもよい。この導電層33aおよび33bを、電源電圧Vccに接続した場合、不純物領域32aおよび32bの間の領域および不純物領域32bおよび32cの間の領域にN型不純物が引き寄せられるため、このNウェル31の表面抵抗を低減することができ、キャパシタ電極の抵抗を低減することができる。   FIG. 6B is a diagram showing an electrical equivalent circuit of the program element shown in FIG. In FIG. 6B, the storage node SN (corresponding to the impurity regions 32a and 32c) of the unit element is coupled through the wiring 38 in common, and the other electrode node of the capacitor S is coupled to the electrode node C1 through the wiring 37. Is done. This wiring 38 corresponds to the N well 31 in FIG. The storage node SN is a connection node between the MOS transistor T and the capacitive element S. As shown in FIG. 6B, since N well 31 functions as wiring 38 and electrode node C2 of the program element, capacitive element S is connected in parallel between electrode nodes C1 and C2. Conductive layers 33a and 33b serving as gates of MOS transistor T are provided as a dummy for forming the same pattern as that of the memory cell array. Therefore, the voltage levels of conductive layers 33a and 33b are arbitrary and may be in an electrically floating state. When conductive layers 33a and 33b are connected to power supply voltage Vcc, N-type impurities are attracted to the region between impurity regions 32a and 32b and the region between impurity regions 32b and 32c. The resistance can be reduced, and the resistance of the capacitor electrode can be reduced.

図6(A)においては、ビット線に相当する導電層は示していない。しかしながら、このメモリアレイのパターンと同一性を維持するため、このビット線に相当する導電層が不純物領域32bに電気的に接続されるように形成されてもよい。この場合においても、ビット線に相当する導電層は、単にダミーとして設けられるだけである(パターン同一性を維持するため)。   In FIG. 6A, a conductive layer corresponding to a bit line is not shown. However, a conductive layer corresponding to the bit line may be formed so as to be electrically connected to the impurity region 32b in order to maintain the sameness as the pattern of the memory array. Also in this case, the conductive layer corresponding to the bit line is simply provided as a dummy (in order to maintain pattern identity).

この図6(A)に示す単位素子は、メモリアレイの行方向および列方向のいずれの方向に沿って整列して配置されてもよい。   The unit elements shown in FIG. 6A may be arranged in alignment along either the row direction or the column direction of the memory array.

[変更例3]
図7は、この発明の実施の形態1の変更例3の構成を概略的に示す図である。図7においては、プログラム単位素子PR0〜PRnが、メモリアレイの行方向または列方向の配列パターンと同一配列パターンを有するように整列して配置される。これらの単位素子PR0〜PRnの両側に整列して、ダミーエレメントDPRaおよびDPRbが配置される。これらのダミーエレメントDPRaおよびDPRbは、単位素子PR0〜PRnと同じレイアウトパターンを有する。単位素子PR0〜PRnが、電極ノードC1およびC2の間に互いに並列に接続される。ダミーエレメントDPRaおよびDPRbは、フローティング状態に保持される。したがって、キャパシタ型アンチヒューズとしては、単位素子PR0〜PRnが用いられ、ダミーエレメントDPRaおよびDPRbは用いられない。これらのダミーエレメントDPRaおよびDPRbは、単位素子PR0〜PRnの整列方向における繰返しパターンの連続性を維持するために設けられる。端部の単位素子PR0およびPRnも、その両側に、同じ繰返しパターンが配置されており、他の単位素子PR1、…と同じ条件で形成することができ、これらの単位素子PR0およびPRnに含まれる容量素子も、他の単位素子と同じ条件で形成され、メモリセルキャパシタと同一構造および特性を有する容量素子を確実に形成することができる。
[Modification 3]
FIG. 7 schematically shows a configuration of a third modification of the first embodiment of the present invention. In FIG. 7, program unit elements PR0 to PRn are arranged so as to have the same arrangement pattern as the arrangement pattern in the row direction or the column direction of the memory array. Dummy elements DPRa and DPRb are arranged in alignment on both sides of these unit elements PR0 to PRn. These dummy elements DPRa and DPRb have the same layout pattern as unit elements PR0 to PRn. Unit elements PR0 to PRn are connected in parallel between electrode nodes C1 and C2. Dummy elements DPRa and DPRb are held in a floating state. Therefore, unit elements PR0 to PRn are used as capacitor type antifuses, and dummy elements DPRa and DPRb are not used. These dummy elements DPRa and DPRb are provided in order to maintain the continuity of the repeated pattern in the alignment direction of the unit elements PR0 to PRn. The end unit elements PR0 and PRn also have the same repeating pattern on both sides thereof, and can be formed under the same conditions as the other unit elements PR1,..., And are included in these unit elements PR0 and PRn. The capacitor element is also formed under the same conditions as the other unit elements, and a capacitor element having the same structure and characteristics as the memory cell capacitor can be reliably formed.

なお、上述の説明においては、単位素子が行または列方向に整列して配置されている。しかしながら、この単位素子PRが、行および列方向に2次元状に整列して配置されてもよい。この場合、メモリセルキャパシタのセルプレート電極ノードに相当するノードが、共通に接続されてプログラム素子の一方電極となる。基板領域が、プログラム素子の電極として用いられる場合には、ビット線に相当する導電層はフローティング状態、ワード線に相当する導電層は、その接続状態は任意である。容量素子をMOSトランジスタ(アクセストランジスタに相当するトランジスタ)を介して互いに相互接続する場合には、ワード線に相当する導電層に電源電圧Vccが印加される。このような、2次元状に単位素子を配置しても、面積利用効率の優れたキャパシタ型アンチヒューズを実現することができる。   In the above description, the unit elements are arranged in the row or column direction. However, the unit elements PR may be arranged in two-dimensional alignment in the row and column directions. In this case, a node corresponding to the cell plate electrode node of the memory cell capacitor is connected in common to serve as one electrode of the program element. When the substrate region is used as an electrode of the program element, the conductive layer corresponding to the bit line is in a floating state, and the conductive layer corresponding to the word line is arbitrarily connected. When the capacitive elements are connected to each other via a MOS transistor (a transistor corresponding to an access transistor), power supply voltage Vcc is applied to a conductive layer corresponding to a word line. Even if such unit elements are arranged in a two-dimensional manner, a capacitor type antifuse with excellent area utilization efficiency can be realized.

[変更例4]
図8は、この発明の実施の形態1の変更例4の構成を概略的に示す図である。図8においては、メモリアレイMAに隣接してアンチヒューズ配置領域6baが設けられ、このアンチヒューズ配置領域6baに近接してまたは隣接してプログラム周辺回路6bbが配置される。これらのアンチヒューズ配置領域6baおよびプログラム周辺回路6bbが、図2に示すプログラム回路6bに相当する。メモリアレイMAにおいては、行列状にメモリセルMCが配置される。このメモリアレイMAのメモリセル配置パターンを繰返して、アンチヒューズ配置領域6baにまで延在させる。これにより、メモリアレイMAの繰返しパターンと同じパターンをもってアンチヒューズ配置領域6ba内に容量素子を形成することができる。メモリアレイMAにおける繰返しパターンを連続的に繰返すことにより、アンチヒューズ配置領域6ba内において容易に容量素子およびMOSトランジスタからなる単位素子を形成することができる。これにより、メモリアレイMAにおける端部領域におけるパターンの不連続性を防止する構成をこのアンチヒューズ配置領域6baにおいてもそのまま利用することができ、正確に、メモリアレイMAにおけるメモリセルMCと同一構造(同一パターン)を有する単位素子を形成することができる。
[Modification 4]
FIG. 8 schematically shows a configuration of a fourth modification of the first embodiment of the present invention. In FIG. 8, an antifuse arrangement region 6ba is provided adjacent to memory array MA, and program peripheral circuit 6bb is arranged adjacent to or adjacent to antifuse arrangement region 6ba. The antifuse arrangement region 6ba and the program peripheral circuit 6bb correspond to the program circuit 6b shown in FIG. In memory array MA, memory cells MC are arranged in a matrix. The memory cell arrangement pattern of the memory array MA is repeated to extend to the antifuse arrangement region 6ba. As a result, the capacitive element can be formed in the antifuse arrangement region 6ba with the same pattern as the repeated pattern of the memory array MA. By repeating the repeating pattern in the memory array MA continuously, a unit element composed of a capacitive element and a MOS transistor can be easily formed in the antifuse arrangement region 6ba. As a result, the structure for preventing the discontinuity of the pattern in the end region in the memory array MA can be used as it is in the antifuse arrangement region 6ba, and exactly the same structure as the memory cell MC in the memory array MA ( Unit elements having the same pattern) can be formed.

プログラム周辺回路6bbは、このアンチヒューズ配置領域6baに含まれるキャパシタ型アンチヒューズをプログラムし、かつその記憶データを読出すための回路部分を含む。   Program peripheral circuit 6bb includes a circuit portion for programming a capacitor type antifuse included in antifuse arrangement region 6ba and reading the stored data.

また、図7において単位素子PR0〜PRnの両側に、ダミーエレメントDPRaおよびDPRbが配置されているが、これらのダミーエレメントの数は任意であり、同一パターンの繰返しが、これらの単位素子PR0〜PRnに対し同じ影響を及ぼすようにされていればよい。   Further, in FIG. 7, dummy elements DPRa and DPRb are arranged on both sides of the unit elements PR0 to PRn. However, the number of these dummy elements is arbitrary, and repetition of the same pattern results in these unit elements PR0 to PRn. As long as they have the same effect.

以上のように、この発明の実施の形態1に従えば、メモリセルキャパシタ構造を、キャパシタ型アンチヒューズとして利用する場合、メモリセル構造を繰返し整列して配置することにより容易にアンチヒューズを実現することができる。周辺回路領域においてキャパシタ型アンチヒューズを配置しても、所望の特性を有するキャパシタ型アンチヒューズを形成することができる。また、不完全な構造を有するキャパシタ型アンチヒューズが形成されるのを防止することができ、信頼性の高いキャパシタ型アンチヒューズを実現することができる。   As described above, according to the first embodiment of the present invention, when a memory cell capacitor structure is used as a capacitor type antifuse, an antifuse can be easily realized by repeatedly arranging and arranging the memory cell structures. be able to. Even if a capacitor-type antifuse is disposed in the peripheral circuit region, a capacitor-type antifuse having desired characteristics can be formed. Further, it is possible to prevent formation of a capacitor type antifuse having an incomplete structure, and it is possible to realize a highly reliable capacitor type antifuse.

[実施の形態2]
図9(A)は、この発明の実施の形態2に従うアンチヒューズ回路の構成を概略的に示す図である。図9(A)においては、1つのキャパシタ型アンチヒューズの構成を示す。図9(A)において、ノードC3およびC4の間に、MOSトランジスタTおよび容量素子Sの直列体からなる単位エレメントが互いに並列に接続される。MOSトランジスタTのゲートは、共通にノードNGに接続される。MOSトランジスタTと、先の図36に示すデカップリングトランジスタ903として利用し、容量素子Sを、キャパシタ型アンチヒューズ40として利用する。これらの容量素子Sは、行および列のいずれの方向に整列してもよく、実施の形態1に従って、整列配置されればよい。
[Embodiment 2]
FIG. 9A schematically shows a structure of an antifuse circuit according to the second embodiment of the present invention. FIG. 9A shows the structure of one capacitor type antifuse. In FIG. 9A, unit elements composed of a serial body of a MOS transistor T and a capacitive element S are connected in parallel between nodes C3 and C4. The gates of the MOS transistors T are commonly connected to the node NG. The MOS transistor T is used as the decoupling transistor 903 shown in FIG. 36, and the capacitive element S is used as the capacitor type antifuse 40. These capacitive elements S may be aligned in either row or column direction, and may be aligned according to the first embodiment.

図9(B)は、図9(A)に示す単位エレメントの配置の電気等価回路を示す図である。図9(B)において、ノードC3およびC4の間に、MOSトランジスタ41およびキャパシタ型アンチヒューズ40が直列に接続される。MOSトランジスタ41は、複数のMOSトランジスタTの並列体で形成される。したがって、そのチャネル幅が広くなり、十分大きな電流を供給することができ、このキャパシタ型アンチヒューズ40の溶断/非溶断時における電流を十分に駆動することができる。また、アンチヒューズ40の溶断/非溶断判定時においても十分大きな電流をこのMOSトランジスタ41が駆動することができ、高速で、キャパシタ型アンチヒューズ40の溶断/非溶断を判定することができる。   FIG. 9B is a diagram showing an electrical equivalent circuit of the arrangement of unit elements shown in FIG. In FIG. 9B, a MOS transistor 41 and a capacitor type antifuse 40 are connected in series between nodes C3 and C4. The MOS transistor 41 is formed of a parallel body of a plurality of MOS transistors T. Therefore, the channel width is widened and a sufficiently large current can be supplied, and the current when the capacitor type antifuse 40 is blown / not blown can be sufficiently driven. In addition, the MOS transistor 41 can drive a sufficiently large current even when the antifuse 40 is blown / not blown, so that the capacitor antifuse 40 can be blown / not blown at high speed.

図10(A)は、この発明の実施の形態2におけるキャパシタ型アンチヒューズを用いる回路の構成を概略的に示す図である。図10において、プログラム回路内のアンチヒューズ回路の1ビットの構成を示す。   FIG. 10A schematically shows a structure of a circuit using the capacitor type antifuse according to the second embodiment of the present invention. FIG. 10 shows a 1-bit configuration of the antifuse circuit in the program circuit.

図10(A)において、アンチヒューズ回路は、メモリサイクル開始指示信号RASの非活性化(Lレベル)に応答して導通し、ノードC3を電源電圧Vccレベルに充電するpチャネルMOSトランジスタ50と、プログラム動作モード(ヒューズブローサイクル)時において、信号Adに従って選択的に導通状態に設定されるnチャネルMOSトランジスタ51と、通常動作モード時、ノードC3の電圧レベルを判定し、アンチヒューズ40の溶断/非溶断を示す信号BLOWを生成するインバータ回路52を含む。アンチヒューズ40は、図9(A)に示す構成を有し、ノードC3に、ヒューズブローサイクル時高電圧が印加されるのを防止するために、デカップリングトランジスタとして、図9(A)に示すMOSトランジスタ41が用いられる。このMOSトランジスタ41のゲートノードNGは、電源電圧Vccを受けるように結合される。次に、この図10(A)に示すアンチヒューズ回路の動作を、図10(B)に示す動作波形図を参照して説明する。   10A, the antifuse circuit is turned on in response to deactivation (L level) of memory cycle start instruction signal RAS, and p channel MOS transistor 50 charges node C3 to power supply voltage Vcc level. In the program operation mode (fuse blow cycle), the n-channel MOS transistor 51 that is selectively set in a conducting state according to the signal Ad and the voltage level of the node C3 in the normal operation mode are determined, and the antifuse 40 is blown / An inverter circuit 52 that generates a signal BLOW indicating non-blown is included. The antifuse 40 has the configuration shown in FIG. 9A, and is shown in FIG. 9A as a decoupling transistor in order to prevent a high voltage from being applied to the node C3 during the fuse blow cycle. A MOS transistor 41 is used. MOS transistor 41 has a gate node NG coupled to receive power supply voltage Vcc. Next, the operation of the antifuse circuit shown in FIG. 10A will be described with reference to the operation waveform diagram shown in FIG.

ヒューズブロー(プログラム)サイクル時において、まず信号RASが、LレベルからHレベルに設定される。メモリサイクル開始指示信号RASの非活性化時、MOSトランジスタ50は導通状態にあり、ノードC3は、Hレベルに保持される。アンチヒューズ40は、導通時(溶断時)においても、比較的大きな抵抗を有している(たとえば5KΩ以上)。したがって、指示信号BLOWは、Hレベルである。   In the fuse blow (program) cycle, the signal RAS is first set from L level to H level. When memory cycle start instruction signal RAS is inactivated, MOS transistor 50 is in a conductive state, and node C3 is held at the H level. The antifuse 40 has a relatively large resistance (for example, 5 KΩ or more) even during conduction (when blown). Therefore, instruction signal BLOW is at the H level.

ヒューズブローサイクル時において、まずメモリサイクル開始指示信号RASをHレベルに立上げ、MOSトランジスタ50を非導通状態に設定する。これにより、ノードC3へのHレベルのプリチャージ動作が終了する。次いで、プログラムデータに従って信号AdをHレベルまたはLレベルに設定し、かつノードC4へプログラム用の高電圧を印加する。MOSトランジスタ51が導通状態となると、ノードC3は接地電圧レベルへ低下し、アンチヒューズ40に高電圧が印加される。このキャパシタ型アンチヒューズ40に印加される電圧がそのアンチヒューズ40の耐圧を超えると、アンチヒューズ40が絶縁破壊を生じ、ノードC4からノードC3を介して接地ノードへ電流が流れる。MOSトランジスタ51は、比較的大きなチャネル抵抗を有しており、ノードC3の電圧レベルは、このアンチヒューズ40の有する抵抗値とMOSトランジスタ51の有する抵抗値とに従って上昇する。ノードC3の電圧レベルがインバータ回路52の入力論理しきい値を超えると、溶断指示信号BLOWがHレベルへ立上がる。このノードC4に印加される高電圧は、デカップリングトランジスタ41が、Vcc−Vthの電圧を伝達することができるだけであり、ノードC3への伝達が防止される。   In the fuse blow cycle, first, memory cycle start instruction signal RAS is raised to H level, and MOS transistor 50 is set in a non-conductive state. Thereby, the H level precharge operation to the node C3 is completed. Next, the signal Ad is set to the H level or the L level according to the program data, and a high voltage for programming is applied to the node C4. When MOS transistor 51 becomes conductive, node C3 falls to the ground voltage level, and a high voltage is applied to antifuse 40. When the voltage applied to the capacitor type antifuse 40 exceeds the withstand voltage of the antifuse 40, the antifuse 40 undergoes dielectric breakdown, and a current flows from the node C4 to the ground node via the node C3. MOS transistor 51 has a relatively large channel resistance, and the voltage level of node C3 increases according to the resistance value of antifuse 40 and the resistance value of MOS transistor 51. When voltage level of node C3 exceeds the input logic threshold value of inverter circuit 52, fusing instruction signal BLOW rises to H level. The decoupling transistor 41 can only transmit the voltage Vcc-Vth to the high voltage applied to the node C4, and transmission to the node C3 is prevented.

一方、信号AdがLレベルのときには、MOSトランジスタ51は非導通状態になる。ノードC3は、MOSトランジスタ50により電源電圧Vccレベルにプリチャージされた状態である。したがって、ノードC4に高電圧が印加されても、アンチヒューズ40電極間に印加される電圧は、アンチヒューズ40の絶縁耐圧を超えないため、アンチヒューズ40は非溶断状態に保持される。したがって、信号BLOWは、図10(B)において破線で示すようにLレベルを維持する。   On the other hand, when signal Ad is at L level, MOS transistor 51 is turned off. Node C3 is in a state precharged to the level of power supply voltage Vcc by MOS transistor 50. Therefore, even if a high voltage is applied to the node C4, the voltage applied between the electrodes of the antifuse 40 does not exceed the withstand voltage of the antifuse 40, so that the antifuse 40 is held in an unblown state. Therefore, the signal BLOW maintains the L level as shown by the broken line in FIG.

所定の時間が経過すると、ヒューズブローサイクルが完了し、メモリサイクル開始指示信号RASがLレベルに駆動され、またノードC4への高電圧印加が停止される。   When a predetermined time elapses, the fuse blow cycle is completed, the memory cycle start instruction signal RAS is driven to the L level, and the high voltage application to the node C4 is stopped.

通常動作モード時においては、信号Adは、Lレベルに設定される。メモリサイクル開始指示信号RASがHレベルに立上がると、MOSトランジスタ50が非導通状態となる。通常動作モード時においては、MOSトランジスタ51は常時非導通状態にある。したがって、ノードC3の電圧レベルは、アンチヒューズの溶断/非溶断の状態に応じて決定される。アンチヒューズ40が溶断されている(ヒューズブローされている)場合には、ノードC3は、MOSトランジスタ41およびアンチヒューズ40を介して放電される。ここで、ノードC4は、通常動作モード時においては接地電圧レベルに保持される。したがって信号BLOWが、Hレベルに立上がり、このアンチヒューズ回路に記憶されたデータが読出される。一方、アンチヒューズ40が非溶断状態のときには、ノードC3に対し、電流が放電する経路は存在しないため、ノードC3はHレベルを維持し、インバータ回路52からの信号BLOWはLレベルを保持する。   In the normal operation mode, the signal Ad is set to L level. When memory cycle start instruction signal RAS rises to the H level, MOS transistor 50 is turned off. In the normal operation mode, MOS transistor 51 is always in a non-conductive state. Therefore, the voltage level of node C3 is determined according to the blown / non-blown state of the antifuse. When the antifuse 40 is blown (fuse blown), the node C3 is discharged through the MOS transistor 41 and the antifuse 40. Here, node C4 is held at the ground voltage level in the normal operation mode. Therefore, signal BLOW rises to the H level, and data stored in the antifuse circuit is read out. On the other hand, when antifuse 40 is not blown, there is no path for discharging current to node C3. Therefore, node C3 maintains H level and signal BLOW from inverter circuit 52 maintains L level.

上述の動作により、アンチヒューズ40の溶断を行なうことができる。
なお、この図10(A)に示すプログラム回路(アンチヒューズ回路)の構成は一例であり、他の構成が用いられてもよい。
The antifuse 40 can be blown by the above-described operation.
Note that the configuration of the program circuit (anti-fuse circuit) shown in FIG. 10A is an example, and other configurations may be used.

上述のように、このプログラム動作時(ヒューズブローサイクル時)における高電圧の伝達を防止するためのデカップリングトランジスタとして、単位エレメントのMOSトランジスタTを利用することにより、プログラム回路の構成要素数を低減することができ、回路占有面積を低減することができる。   As described above, the number of components of the program circuit is reduced by using the MOS transistor T of the unit element as a decoupling transistor for preventing the transmission of a high voltage during the program operation (during the fuse blow cycle). And the area occupied by the circuit can be reduced.

以上のように、この発明の実施の形態2に従えば、単位エレメントのMOSトランジスタを、アンチヒューズとしてではなく、プログラム回路(アンチヒューズ回路)の構成要素として利用しているため、プログラム回路の占有面積を低減することができる。   As described above, according to the second embodiment of the present invention, the MOS transistor of the unit element is used not as an antifuse but as a constituent element of a program circuit (antifuse circuit). The area can be reduced.

[実施の形態3]
図11(A)は、この発明の実施の形態3に従うプログラム素子の断面構造を概略的に示す図である。図11(A)においては、1つの単位エレメントにおける容量素子の断面構造を示す。図11(A)において、容量素子は、半導体基板領域55表面に形成される不純物領域56に電気的に接続される導電層57と、この導電層57上にキャパシタ絶縁膜58を介して形成される導電層59と、導電層59上に形成されかつ電気的に接続される低抵抗導電層60を含む。導電層57は、メモリセルキャパシタのストレージノードに相当し、導電層59は、メモリセルキャパシタのセルプレート電極に相当する。セルプレート電極に相当する導電層59は、複数の容量素子に共通に設けられる。容量素子それぞれに対して、この導電層57と対向する位置においてコンタクト孔を介して低抵抗導電層60が形成される。
[Embodiment 3]
FIG. 11A schematically shows a cross-sectional structure of the program element according to the third embodiment of the present invention. FIG. 11A shows a cross-sectional structure of a capacitor in one unit element. In FIG. 11A, the capacitor is formed with a conductive layer 57 electrically connected to an impurity region 56 formed on the surface of the semiconductor substrate region 55 and a capacitor insulating film 58 on the conductive layer 57. And a low resistance conductive layer 60 formed on and electrically connected to the conductive layer 59. Conductive layer 57 corresponds to a storage node of the memory cell capacitor, and conductive layer 59 corresponds to a cell plate electrode of the memory cell capacitor. The conductive layer 59 corresponding to the cell plate electrode is provided in common for the plurality of capacitor elements. A low resistance conductive layer 60 is formed through a contact hole at a position facing the conductive layer 57 for each of the capacitive elements.

図11(B)は、図11(A)に示す断面構造を有する容量素子の平面レイアウトを概略的に示す図である。この図11(B)に示すように、導電層57と平面図的に見て重なり合うようにコンタクト孔61が形成され、このコンタクト孔61を介して低抵抗導電層60と導電層59とが電気的に接続される。   FIG. 11B is a diagram schematically showing a planar layout of the capacitor having the cross-sectional structure shown in FIG. As shown in FIG. 11B, a contact hole 61 is formed so as to overlap with the conductive layer 57 in plan view, and the low resistance conductive layer 60 and the conductive layer 59 are electrically connected through the contact hole 61. Connected.

メモリセルキャパシタにおいては、セルプレート電極層およびストレージノードとなる電極層は、ポリシリコンで形成される。このポリシリコン層は、抵抗を低くするために、高濃度に不純物がドープされる。キャパシタ型アンチヒューズの容量素子は、メモリセルキャパシタと同一構造を有しているため、これらの導電層57および59も、高濃度に不純物がドープされたポリシリコン層で形成される。低抵抗導電層60は、たとえばアルミニウムで形成される。この低抵抗導電層60を導電層59に電気的に接続する場合、ある温度条件下で、低抵抗導電層60を形成してパターニングが行なわれる。導電層59は、コンタクト形成時において、そのドープされた不純物がキャパシタ絶縁膜58へ移動し、キャパシタ絶縁膜58の特性が変化する。通常、キャパシタ絶縁膜58に不純物が移動した場合、キャパシタ絶縁膜58において電子/正孔トラップが形成され、キャパシタ絶縁膜58の絶縁特性が劣化する。したがって、このストレージノードに相当する導電層57と対向してコンタクト孔61を形成して、上層の低抵抗導電層60と電気的に接続することにより、この容量素子の耐圧特性を低くすることができ、プログラム時に印加される電圧レベルを低くすることができる。これにより、低電圧駆動される半導体装置においても、比較的低い電圧で、プログラム素子のプログラムを行なうことが可能となる。   In the memory cell capacitor, the cell plate electrode layer and the electrode layer serving as a storage node are formed of polysilicon. This polysilicon layer is doped with impurities at a high concentration in order to reduce the resistance. Since the capacitor element of the capacitor type antifuse has the same structure as the memory cell capacitor, these conductive layers 57 and 59 are also formed of a polysilicon layer doped with impurities at a high concentration. The low resistance conductive layer 60 is made of aluminum, for example. When the low resistance conductive layer 60 is electrically connected to the conductive layer 59, the low resistance conductive layer 60 is formed and patterned under a certain temperature condition. In the conductive layer 59, when the contact is formed, the doped impurities move to the capacitor insulating film 58, and the characteristics of the capacitor insulating film 58 change. Normally, when impurities move to the capacitor insulating film 58, electron / hole traps are formed in the capacitor insulating film 58, and the insulating characteristics of the capacitor insulating film 58 deteriorate. Therefore, the contact hole 61 is formed opposite to the conductive layer 57 corresponding to the storage node and electrically connected to the upper low-resistance conductive layer 60, so that the withstand voltage characteristic of the capacitive element can be lowered. The voltage level applied during programming can be lowered. As a result, even in a semiconductor device driven at a low voltage, it is possible to program the program element with a relatively low voltage.

なお、この図11(A)に示す構成において、プログラム素子の一方電極ノードとして、低抵抗導電層60が用いられてもよく、またセルプレート電極層に相当する導電層59がプログラム素子の電極ノードとして用いられてもよい。ただし、低抵抗導電層60は、単に容量素子の耐圧を低くするために各容量素子に対応して設けられているだけであってもよい。   In the structure shown in FIG. 11A, low resistance conductive layer 60 may be used as one electrode node of the program element, and conductive layer 59 corresponding to the cell plate electrode layer is an electrode node of the program element. May be used as However, the low-resistance conductive layer 60 may simply be provided corresponding to each capacitive element in order to reduce the breakdown voltage of the capacitive element.

[変更例1]
図12(A)は、この発明の実施の形態3の変更例1の構成を概略的に示す図である。図12(A)においては、1つのMOSキャパシタの断面構造が概略的に示される。図12(A)において、半導体基板領域70表面に、不純物領域71aおよび71bが形成される。これらの不純物領域71aおよび71bの間のチャネル領域上にゲート絶縁膜72を介してゲート電極層73が形成される。このゲート電極層73は、チャネル領域上においてその上層の導電層74と電気的に接続される。不純物領域71aおよび71bを取囲むように、素子分離用のフィールド絶縁膜75が形成される。
[Modification 1]
FIG. 12A schematically shows a configuration of the first modification of the third embodiment of the present invention. In FIG. 12A, the cross-sectional structure of one MOS capacitor is schematically shown. 12A, impurity regions 71a and 71b are formed on the surface of semiconductor substrate region 70. In FIG. A gate electrode layer 73 is formed on the channel region between impurity regions 71a and 71b with gate insulating film 72 interposed. The gate electrode layer 73 is electrically connected to the upper conductive layer 74 on the channel region. A field insulating film 75 for element isolation is formed so as to surround impurity regions 71a and 71b.

図12(B)は、図12(A)に示すMOSキャパシタの平面レイアウトを概略的に示す図である。図12(B)において、ゲート電極層73を取囲むように、不純物領域71(71a,71b)が形成される。このゲート電極層73は、平面図的に見てチャネル領域と重なり合うように形成されるコンタクト孔76を介して上層の導電層74と電気的に接続される。図12(B)においては、この上層の導電層74は図面を簡略化するために示していない。   FIG. 12B schematically shows a planar layout of the MOS capacitor shown in FIG. In FIG. 12B, impurity regions 71 (71a, 71b) are formed so as to surround the gate electrode layer 73. The gate electrode layer 73 is electrically connected to the upper conductive layer 74 through a contact hole 76 formed so as to overlap with the channel region in plan view. In FIG. 12B, the upper conductive layer 74 is not shown in order to simplify the drawing.

この図12(A)および(B)に示すように、MOSキャパシタ構造において、チャネル領域上にコンタクト孔76を形成する。したがってこのコンタクト孔の形成および上層導電層74とゲート電極層73との電気的コンタクト形成時において、ゲート電極層73にドープされた不純物が、ゲート絶縁膜72へ拡散し、ゲート絶縁膜72の耐圧が低下する。したがって、このMOSキャパシタの絶縁耐圧を低くすることができ、このMOSキャパシタをアンチヒューズとして利用することができる。   As shown in FIGS. 12A and 12B, a contact hole 76 is formed on the channel region in the MOS capacitor structure. Therefore, when forming the contact hole and forming the electrical contact between the upper conductive layer 74 and the gate electrode layer 73, the impurity doped in the gate electrode layer 73 diffuses into the gate insulating film 72, and the breakdown voltage of the gate insulating film 72 is increased. Decreases. Therefore, the withstand voltage of the MOS capacitor can be lowered, and the MOS capacitor can be used as an antifuse.

通常のMOSトランジスタ構造においては、その信頼性の確保のために、ゲート絶縁膜の耐圧は高く設定されており、PN接合破壊耐圧(不純物領域71と基板領域70との間の接合の破壊耐圧)およびソース−ドレイン間耐圧よりも高く設定される。これは、通常、MOSトランジスタ動作時においては、ドレイン近傍などにおいて高電界が発生しやすく、このような高電界に対しても、安定に動作させるためである。したがって、このような通常のMOSトランジスタ構造をキャパシタ型アンチヒューズとして利用する場合、プログラムのために高電圧を印加した場合、接合破壊またはソース−ドレイン間短絡などが生じ、プログラム素子として利用することができなくなる。しかしながら、この図12(A)および(B)に示すように、チャネル領域上にコンタクト孔を形成してゲート電極層をその上層の導電層と電気的に接続することにより、この絶縁耐圧を低くすることができる。これにより、周辺回路領域において、通常の周辺回路用MOSトランジスタと同一構造のMOSトランジスタをキャパシタ型アンチヒューズとして利用することができ、アンチヒューズを形成するための余分の製造工程は不要となる。   In a normal MOS transistor structure, the breakdown voltage of the gate insulating film is set high in order to ensure the reliability, and the PN junction breakdown voltage (the breakdown breakdown voltage of the junction between the impurity region 71 and the substrate region 70) is set. And higher than the source-drain breakdown voltage. This is because a high electric field tends to be generated in the vicinity of the drain or the like when the MOS transistor is normally operated, and the high electric field is stably operated. Therefore, when such a normal MOS transistor structure is used as a capacitor-type antifuse, when a high voltage is applied for programming, junction breakdown or a source-drain short-circuit occurs, which can be used as a programming element. become unable. However, as shown in FIGS. 12A and 12B, a contact hole is formed in the channel region, and the gate electrode layer is electrically connected to the conductive layer thereabove, thereby reducing this withstand voltage. can do. As a result, in the peripheral circuit region, a MOS transistor having the same structure as a normal peripheral circuit MOS transistor can be used as a capacitor-type antifuse, and an extra manufacturing process for forming the antifuse is not required.

なお、この図12(A)および(B)に示すMOSキャパシタ構造においては、導電層74がプログラム素子の一方電極ノードC1となり、不純物領域71(71a,71b)がプログラム素子の他方電極ノードC2となる。   In the MOS capacitor structure shown in FIGS. 12A and 12B, conductive layer 74 serves as one electrode node C1 of the program element, and impurity region 71 (71a, 71b) serves as the other electrode node C2 of the program element. Become.

[変更例2]
図13は、この発明の実施の形態3の変更例2の構成を概略的に示す図である。図13においては、プログラム素子は、半導体基板76表面に形成されるNウェル77内に形成される。このNウェル77を基板領域として、不純物領域71aおよび71bが形成される。他の構成は、図12(A)および(B)に示す構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付す。この図13に示す構成においては、不純物領域71aおよび71bと同一導電型のNウェル77が基板領域として用いられる。したがって、通常の並行電極型キャパシタと同一構造のキャパシタ型アンチヒューズが実現される。この場合においても、不純物領域71aおよび71bの間の領域上にコンタクト孔が形成され、このコンタクト孔を介してゲート電極層73と導電層74とが電気的に接続される。したがってゲート絶縁膜72の耐圧を低くすることができる。
[Modification 2]
FIG. 13 schematically shows a configuration of a second modification of the third embodiment of the present invention. In FIG. 13, the program element is formed in an N well 77 formed on the surface of the semiconductor substrate 76. Impurity regions 71a and 71b are formed using N well 77 as a substrate region. Other configurations are the same as those shown in FIGS. 12A and 12B, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals. In the configuration shown in FIG. 13, N well 77 having the same conductivity type as impurity regions 71a and 71b is used as a substrate region. Therefore, a capacitor type antifuse having the same structure as a normal parallel electrode type capacitor is realized. Also in this case, a contact hole is formed on the region between impurity regions 71a and 71b, and gate electrode layer 73 and conductive layer 74 are electrically connected through this contact hole. Therefore, the breakdown voltage of the gate insulating film 72 can be lowered.

このNウェル77内においては、1つのMOSトランジスタが形成されてもよく、また複数のMOSトランジスタが形成されてもよい。この場合、DRAMセルにおいて、アクセストランジスタと同一のサイズを有するMOSトランジスタを、アクセストランジスタ製造工程と同一工程で所望の数だけ形成することができる。また、SRAM(スタティック・ランダム・アクセス・メモリ)およびフラッシュメモリ(一括消去型EEPROM)などのように、キャパシタが情報記憶のために用いられないセル構造においても、メモリセル製造工程または周辺MOSトランジスタ製造工程と同一工程で、このキャパシタ型アンチヒューズのためのMOSトランジスタを形成することができる。これにより、製造工程を何ら増加させることなく、低い耐圧を有するキャパシタ型アンチヒューズを実現することができる。アンチヒューズとしてMOSキャパシタが複数個並列に接続されてもよい。   In this N well 77, one MOS transistor may be formed or a plurality of MOS transistors may be formed. In this case, in the DRAM cell, a desired number of MOS transistors having the same size as the access transistor can be formed in the same process as the access transistor manufacturing process. Even in cell structures where capacitors are not used for information storage, such as SRAM (Static Random Access Memory) and Flash Memory (Batch Erase EEPROM), memory cell manufacturing process or peripheral MOS transistor manufacturing The MOS transistor for this capacitor type antifuse can be formed in the same process as the process. As a result, a capacitor type antifuse having a low breakdown voltage can be realized without increasing the number of manufacturing steps. A plurality of MOS capacitors may be connected in parallel as antifuses.

以上のように、この発明の実施の形態3に従えば、プログラム素子として用いられる容量素子の一方電極に対向する領域において他方電極ノードをコンタクト孔を介して別の導電層に電気的に接続するように構成しているため、この容量素子の耐圧を低下させることができ、低いプログラム電圧を用いて正確にプログラムすることができる。また、この容量素子は、メモリセルまたは周辺回路製造工程と同一工程で形成することができ、何ら製造プロセスの工程数を増加させることなく容易にプログラム素子を製造することができる。   As described above, according to the third embodiment of the present invention, the other electrode node is electrically connected to another conductive layer through the contact hole in the region facing one electrode of the capacitive element used as the program element. With this configuration, the withstand voltage of the capacitive element can be reduced, and accurate programming can be performed using a low program voltage. Further, the capacitor element can be formed in the same process as the memory cell or peripheral circuit manufacturing process, and the program element can be easily manufactured without increasing the number of manufacturing process steps.

[実施の形態4]
図14は、この発明の実施の形態4に従うプログラム回路の構成を説明する図である。図14においては、1ビットのアドレス信号に関連するアンチヒューズ回路の部分の構成を示す。図14において、このアンチヒューズ回路は、第1および第2のキャパシタ型アンチヒューズ80aおよび80bを含む。これらのキャパシタ型アンチヒューズ80aおよび80bの各々は、先の実施の形態1または2における構造と同様、メモリセルキャパシタと同一構造の容量素子を含む。第1のキャパシタ型アンチヒューズ80aは、一方電極ノードがノードND1に結合され、他方電極ノードが、MOSトランジスタ81aを介してノードND3に接続される。第2のキャパシタ型アンチヒューズ81bは、一方電極ノードがノードND3に接続され、他方電極ノードが、MOSトランジスタ80bを介してノードND1に接続される。MOSトランジスタ81aは、ゲートに制御信号φ1を受け、MOSトランジスタ80bは、ゲートに制御信号φ3を受ける。これらのMOSトランジスタ81aおよび81bは、メモリセルのアクセストランジスタと同一の構造のMOSトランジスタ素子を含む(実施の形態1参照)。
[Embodiment 4]
FIG. 14 is a diagram illustrating the configuration of the program circuit according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 14 shows a configuration of a portion of the antifuse circuit related to a 1-bit address signal. In FIG. 14, the antifuse circuit includes first and second capacitor type antifuses 80a and 80b. Each of these capacitor type antifuses 80a and 80b includes a capacitive element having the same structure as the memory cell capacitor, similarly to the structure in the first or second embodiment. In the first capacitor type antifuse 80a, one electrode node is coupled to the node ND1, and the other electrode node is connected to the node ND3 through the MOS transistor 81a. In the second capacitor type antifuse 81b, one electrode node is connected to the node ND3, and the other electrode node is connected to the node ND1 through the MOS transistor 80b. MOS transistor 81a receives control signal φ1 at its gate, and MOS transistor 80b receives control signal φ3 at its gate. These MOS transistors 81a and 81b include MOS transistor elements having the same structure as that of the access transistor of the memory cell (see the first embodiment).

アンチヒューズ回路は、さらに、ノードND2とノードND4の間に接続され、かつそのゲートに制御信号φ2を受けるMOSトランジスタ82と、ノードND2の信号電位に従って、キャパシタ型アンチヒューズの溶断/非溶断を判定する信号を出力する判定部85を含む。この判定部85は、ノードND2を所定電位にプリチャージするプリチャージ素子および、このノードND2の電圧レベルを判定するインバータ回路を含む。   The antifuse circuit further determines whether the capacitor type antifuse is blown or not blown according to the MOS transistor 82 connected between the nodes ND2 and ND4 and receiving the control signal φ2 at its gate, and the signal potential of the node ND2. The determination part 85 which outputs the signal to perform is included. Determination unit 85 includes a precharge element that precharges node ND2 to a predetermined potential, and an inverter circuit that determines the voltage level of node ND2.

集積化されたDRAMにおいては、メモリセルサイズが微細化される。この微細化に応じて、メモリセルキャパシタのキャパシタ絶縁膜も薄くし、小占有面積で十分な容量値を確保する。この薄いキャパシタ絶縁膜においても、絶縁耐圧特性を保証するために、通常、メモリセルキャパシタにおいては、セルプレート電極ノードに中間電圧Vcc/2が印加される。メモリセルキャパシタのストレージノードへは、電源電圧Vccまたは接地電圧レベルの電圧が伝達される。これにより、メモリセルキャパシタにおいては、通常動作モード時最大Vcc/2の電圧が印加されるだけであり、薄いキャパシタ絶縁膜に対し過大電圧が印加されてその絶縁破壊が生じるのが防止される。   In an integrated DRAM, the memory cell size is reduced. In accordance with this miniaturization, the capacitor insulating film of the memory cell capacitor is also thinned to ensure a sufficient capacitance value with a small occupation area. Even in this thin capacitor insulating film, in order to guarantee the withstand voltage characteristics, an intermediate voltage Vcc / 2 is normally applied to the cell plate electrode node in the memory cell capacitor. A power supply voltage Vcc or a ground voltage level voltage is transmitted to the storage node of the memory cell capacitor. As a result, in the memory cell capacitor, only the maximum voltage Vcc / 2 is applied in the normal operation mode, and an excessive voltage is applied to the thin capacitor insulating film to prevent the dielectric breakdown.

このメモリセルキャパシタと同一特性の容量素子をアンチヒューズとして利用する場合、通常動作モード時においては、従来の構成では、キャパシタ間に電源電圧Vccの電圧が印加される。そのため、非溶断状態のキャパシタ型アンチヒューズに過大電圧が印加され、信頼性を保証することができず、また正確に、プログラムデータを記憶することができない(絶縁破壊が生じたとき)。   When a capacitive element having the same characteristics as this memory cell capacitor is used as an antifuse, in the normal operation mode, the power supply voltage Vcc is applied between the capacitors in the conventional configuration. For this reason, an excessive voltage is applied to the capacitor-type antifuse in a non-blown state, reliability cannot be guaranteed, and program data cannot be stored accurately (when dielectric breakdown occurs).

そこで、図14に示すアンチヒューズ回路においては、ヒューズブローサイクル(プログラム動作モード時)においては、第1および第2のアンチヒューズを並列に接続し、低いプログラム電圧で記憶情報のプログラムを行なう。通常動作モード時においては、これらのアンチヒューズ80aおよび80bを直列に接続し、アンチヒューズ80aおよび80bそれぞれに対しては、最大Vcc/2の電圧が印加されるようにする。次に、この図14に示すアンチヒューズ回路の動作について説明する。   Therefore, in the antifuse circuit shown in FIG. 14, in the fuse blow cycle (in the program operation mode), the first and second antifuses are connected in parallel and the stored information is programmed with a low program voltage. In the normal operation mode, these antifuses 80a and 80b are connected in series, and a maximum voltage of Vcc / 2 is applied to each of antifuses 80a and 80b. Next, the operation of the antifuse circuit shown in FIG. 14 will be described.

(i) ヒューズブロープログラム:
まず、図15(A)を参照して、このアンチヒューズ回路のヒューズブロープログラム時の印加電圧について説明する。図15(A)に示すように、このヒューズブロープログラム時においては、制御信号φ1およびφ3がHレベルに設定され、制御信号φ2がLレベルに設定される。ノードND1が接地電圧GNDを受けるように結合され、ノードND3へは、プログラム用の高電圧HVが伝達される。MOSトランジスタ82が、制御信号φ2がLレベルであるため、非導通状態となり、ノードND2の電圧レベルは、任意である(ドントケア状態)。
(I) Fuse blow program:
First, with reference to FIG. 15A, the applied voltage during the fuse blow program of the antifuse circuit will be described. As shown in FIG. 15A, in the fuse blow program, control signals φ1 and φ3 are set at the H level, and control signal φ2 is set at the L level. Node ND1 is coupled to receive ground voltage GND, and high voltage HV for programming is transmitted to node ND3. Since the control signal φ2 is at the L level, the MOS transistor 82 becomes non-conductive, and the voltage level of the node ND2 is arbitrary (don't care state).

この図15(A)に示す電圧印加においては、図15(B)に示すように、ノードND1およびND3の間に、キャパシタ型アンチヒューズ80aおよび80bが並列に接続される。ノードND3へは、プログラム用高電圧HVが印加され、ノードND1は接地電圧レベルのGNDレベルである。したがって、これらのキャパシタ型アンチヒューズ80aおよび80bに絶縁破壊が生じ、導通状態となる。   In the voltage application shown in FIG. 15A, capacitor type antifuses 80a and 80b are connected in parallel between nodes ND1 and ND3, as shown in FIG. 15B. High voltage HV for programming is applied to node ND3, and node ND1 is at the GND level of the ground voltage level. Therefore, dielectric breakdown occurs in these capacitor type antifuses 80a and 80b, and the capacitor type antifuses 80a and 80b become conductive.

(ii) ヒューズノンブロープログラム:
ヒューズノンブロープログラム時においては、図16(A)に示すように、制御信号φ1〜φ3はすべてLレベルに設定する。ノードND3へはプログラム用の高電圧HVが伝達され、ノードND1へは、接地電圧GNDが伝達される。この状態においては、MOSトランジスタ81a、81bおよび82はすべて非導通状態にある。したがって、図16(B)に示すように、キャパシタ型アンチヒューズ80aは、一方電極ノードがノードND1に結合され、他方電極ノードはフローティング状態にある。また、キャパシタ型アンチヒューズ80bは、その一方電極ノードがノードND3に結合され、他方電極ノードはフローティング状態にある。したがってノードND3にプログラム用高電圧HVが印加されても、これらのアンチヒューズ80aおよび80bの電極間には高電圧は印加されず、絶縁破壊は生じない。これにより、キャパシタ型アンチヒューズ80aおよび80bは非導通状態にプログラムされる。
(Ii) Fuse non-blow program:
In the fuse non-blow program, all the control signals φ1 to φ3 are set to the L level as shown in FIG. High voltage HV for programming is transmitted to node ND3, and ground voltage GND is transmitted to node ND1. In this state, MOS transistors 81a, 81b and 82 are all non-conductive. Therefore, as shown in FIG. 16B, capacitor type antifuse 80a has one electrode node coupled to node ND1 and the other electrode node in a floating state. Capacitor type antifuse 80b has one electrode node coupled to node ND3 and the other electrode node in a floating state. Therefore, even when the high programming voltage HV is applied to the node ND3, no high voltage is applied between the electrodes of the antifuses 80a and 80b, and dielectric breakdown does not occur. Thereby, capacitor type antifuses 80a and 80b are programmed to a non-conductive state.

(iii ) 通常動作モード時:
図17(A)に示すように、通常動作モード時においては、制御信号φ1がLレベルに設定され、制御信号φ2およびφ3がHレベルに設定される。この状態においては、MOSトランジスタ81aが非導通状態となり、MOSトランジスタ81bおよび82が導通状態となる。ノードND3へは接地電圧GNDが伝達され、ノードND1はオープン状態(フローティング状態)に設定される。この状態においては、図17(B)に示すように、ノードND4とノードND3の間に、キャパシタ型アンチヒューズ80aおよび80bが直列に接続される。ノードND4は、通常動作モード時、ノードND2のプリチャージにより、電源電圧Vccレベルにプリチャージされる。したがって、これらのキャパシタ型アンチヒューズ80aおよび80bの容量値が等しい。キャパシタ型アンチヒューズ80aおよび80bの容量分割により、ノードND1の電圧レベルは、ほぼVcc/2となる。したがって、キャパシタ型アンチヒューズ80aおよび80bに対しては、最大電圧Vcc/2の電圧が印加されるだけである。キャパシタ型アンチヒューズ80aおよび80bに、メモリセルキャパシタと同一構造の容量素子を利用しても、メモリセルキャパシタに常時印加される電圧と同じ大きさの電圧が印加されるだけであり、十分その耐圧特性は保証され、絶縁破壊が生じることなく、安定に記憶情報を保持することができる。
(Iii) In normal operation mode:
As shown in FIG. 17A, in the normal operation mode, control signal φ1 is set to L level, and control signals φ2 and φ3 are set to H level. In this state, MOS transistor 81a is turned off, and MOS transistors 81b and 82 are turned on. Ground voltage GND is transmitted to node ND3, and node ND1 is set in an open state (floating state). In this state, as shown in FIG. 17B, capacitor type antifuses 80a and 80b are connected in series between nodes ND4 and ND3. Node ND4 is precharged to power supply voltage Vcc level by precharging node ND2 in the normal operation mode. Therefore, the capacitance values of these capacitor type antifuses 80a and 80b are equal. Due to the capacitance division of the capacitor type antifuses 80a and 80b, the voltage level of the node ND1 becomes approximately Vcc / 2. Therefore, only the maximum voltage Vcc / 2 is applied to capacitor type antifuses 80a and 80b. Even if a capacitor element having the same structure as that of the memory cell capacitor is used for the capacitor type antifuses 80a and 80b, only a voltage having the same magnitude as the voltage that is constantly applied to the memory cell capacitor is applied. The characteristics are guaranteed, and stored information can be held stably without causing dielectric breakdown.

判定部85の構成は、ノードND2の電圧レベルを反転するインバータ回路および、このノードND2を電源電圧Vccレベルにプリチャージするプリチャージ回路を含んでいればよい。MOSトランジスタ82を非導通状態としてプログラム動作が行なわれるため、この判定部85においては、電流経路を形成するためのMOSトランジスタ(図10に示すMOSトランジスタ51)は特に利用されない。   The configuration of determination unit 85 only needs to include an inverter circuit that inverts the voltage level of node ND2 and a precharge circuit that precharges node ND2 to power supply voltage Vcc level. Since the programming operation is performed with MOS transistor 82 in a non-conductive state, MOS transistor (MOS transistor 51 shown in FIG. 10) for forming a current path is not particularly used in determination unit 85.

図18は、1ビットのアンチヒューズ回路の制御部の構成を概略的に示す図である。図18において、アンチヒューズ回路は、プログラムアドレス信号ビットAdを受けて制御信号φ1を生成するノード85と、電源電圧Vccを受けるノード86と、プログラムモード指示信号PMの活性化時導通し、ノード85上のアドレス信号ビットAdを伝達して制御信号φ3を生成するnチャネルMOSトランジスタ88と、プログラムモード指示信号PMの非活性化時導通し、電源ノード86上の電源電圧Vccを伝達して制御信号φ3を生成するpチャネルMOSトランジスタ89と、プログラムモード指示信号PMを反転して制御信号φ2を生成するインバータ回路90を含む。   FIG. 18 is a diagram schematically showing a configuration of a control unit of a 1-bit antifuse circuit. In FIG. 18, the anti-fuse circuit is turned on when receiving a program address signal bit Ad and generating a control signal φ1, a node 86 receiving a power supply voltage Vcc, and a program mode instruction signal PM. N channel MOS transistor 88 transmitting upper address signal bit Ad to generate control signal φ3 and conductive when program mode instructing signal PM is inactive, transmit power supply voltage Vcc on power supply node 86 to control signal p channel MOS transistor 89 for generating φ3 and inverter circuit 90 for inverting program mode instruction signal PM to generate control signal φ2.

これらのMOSトランジスタ88および89は、CMOSトランスミッションゲートで構成されてもよい。MOSトランジスタ87、88、89の組は、アンチヒューズ回路それぞれに対応して設けられる。インバータ回路90からの制御信号φ2は、1つのアドレスに対するアンチヒューズ回路に共通に生成され、これらの1つのアドレスに関連するアンチヒューズ回路(それぞれが異なるアドレス信号ビットを受ける)に共通に与えられる。   These MOS transistors 88 and 89 may be composed of CMOS transmission gates. A set of MOS transistors 87, 88, 89 is provided corresponding to each antifuse circuit. The control signal φ2 from the inverter circuit 90 is generated in common to the antifuse circuits for one address, and is commonly supplied to the antifuse circuits related to these one address (each receiving different address signal bits).

アンチヒューズ回路は、さらに、プログラムモード指示信号PMの活性化時導通し、ノードND1へ接地電圧GNDを伝達するnチャネルMOSトランジスタ91と、制御信号φ2の活性化(Hレベル)に応答して導通し、接地電圧GNDをノードND3へ伝達するnチャネルMOSトランジスタ92と、制御信号φ2の非活性化(Lレベル)のとき導通し、高電圧HVをノードND3へ伝達するpチャネルMOSトランジスタ93を含む。   Antifuse circuit further conducts when program mode instruction signal PM is activated, and conducts in response to n channel MOS transistor 91 transmitting ground voltage GND to node ND1 and activation (H level) of control signal φ2. N channel MOS transistor 92 transmitting ground voltage GND to node ND3, and p channel MOS transistor 93 conducting when control signal φ2 is inactive (L level) and transmitting high voltage HV to node ND3. .

プログラム動作モード時においては、ノード85のアドレス信号ビットAdは、不良アドレスに応じてHレベルまたはLレベルに設定される。MOSトランジスタ88が導通状態となり、制御信号φ1およびφ3が、アドレス信号ビットAdに従ってHレベルまたはLレベルに設定される。   In the program operation mode, address signal bit Ad of node 85 is set to H level or L level according to the defective address. MOS transistor 88 is rendered conductive, and control signals φ1 and φ3 are set to H level or L level according to address signal bit Ad.

通常動作モード時においては、ノード85上のアドレス信号ビットAdはLレベルに固定される。したがって制御信号φ1が、Lレベルに固定され、アンチヒューズ回路のMOSトランジスタ81aは、非導通状態に保持される。一方、MOSトランジスタ89が導通し、制御信号φ3はHレベルに固定され、アンチヒューズ回路のMOSトランジスタ81bが導通状態に固定される。   In the normal operation mode, address signal bit Ad on node 85 is fixed at the L level. Therefore, control signal φ1 is fixed at the L level, and MOS transistor 81a of the antifuse circuit is held in a non-conductive state. On the other hand, MOS transistor 89 is turned on, control signal φ3 is fixed to H level, and MOS transistor 81b of the antifuse circuit is fixed to the conductive state.

また、プログラム動作モード時においては、ノードND3は、MOSトランジスタ93を介してプログラム高電圧HVを受け、通常動作モード時においては、ノードND3はMOSトランジスタ92を介して接地電圧GNDを受ける。ノードND1は、プログラム動作モード時、MOSトランジスタ91を介して接地GNDを受け、通常動作モード時においては、MOSトランジスタ91が非導通状態となるため、フローティング状態に保持される。   In the program operation mode, node ND3 receives program high voltage HV through MOS transistor 93, and in the normal operation mode, node ND3 receives ground voltage GND through MOS transistor 92. Node ND1 receives ground GND through MOS transistor 91 in the program operation mode, and is maintained in the floating state in MOS operation mode 91 in the normal operation mode.

この図18に示す構成を利用することにより、アンチヒューズ回路それぞれにおいて、プログラムすべきアドレス信号ビットAdに従ってキャパシタ型アンチヒューズのプログラムを行なうことができる。   By utilizing the configuration shown in FIG. 18, the capacitor type antifuse can be programmed in accordance with the address signal bit Ad to be programmed in each antifuse circuit.

ノード86は、通常の電源線に接続されるノードであればよい。
また、プログラム高電圧HVおよび接地電圧GNDは、図2に示すプログラム制御回路6aから、動作モードに応じて選択的に、ノードND3へ伝達される構成が用いられてもよい。このプログラム用高電圧HVを発生する回路として、たとえばDRAMにおいては、ワード線を昇圧するために用いられるワード線昇圧電圧を駆動する高電圧発生回路の出力信号を利用することができる。また、この高電圧HVがプログラム動作モード時、外部から与えられる構成が用いられてもよい。
The node 86 may be a node connected to a normal power supply line.
Alternatively, the program high voltage HV and the ground voltage GND may be selectively transmitted from the program control circuit 6a shown in FIG. 2 to the node ND3 according to the operation mode. As a circuit for generating high voltage HV for programming, for example, in a DRAM, an output signal of a high voltage generation circuit for driving a word line boosted voltage used for boosting a word line can be used. Further, a configuration in which this high voltage HV is externally applied in the program operation mode may be used.

なお、上述の構成においては制御信号φ1およびφ3が、プログラム動作モード時、そのプログラムすべきアドレス信号ビットに応じてHレベルまたはLレベルに設定されている。これに代えて、プログラム動作モード時、制御信号φ1およびφ3を常時Hレベル状態にし、ノードND3に、プログラムすべきアドレス信号ビットAdに応じて高電圧HVまたは接地電圧GNDが選択的に伝達される構成が用いられてもよい。これは、単に、図18に示すMOSトランジスタ92および93に、プログラムすべきアドレス信号ビットAdの反転信号(カッコ内に示す)を与える構成が利用されればよい。アンチヒューズを構成する容量素子の数は1個でもよい。   In the configuration described above, control signals φ1 and φ3 are set to the H level or the L level according to the address signal bit to be programmed in the program operation mode. Instead, in the program operation mode, the control signals φ1 and φ3 are always in the H level state, and the high voltage HV or the ground voltage GND is selectively transmitted to the node ND3 according to the address signal bit Ad to be programmed. A configuration may be used. For this purpose, it is only necessary to use a configuration in which MOS transistors 92 and 93 shown in FIG. 18 are supplied with an inverted signal (shown in parentheses) of address signal bit Ad to be programmed. The number of capacitive elements constituting the antifuse may be one.

以上のように、この発明の実施の形態4に従えば、メモリセルキャパシタ構造と同一構造を有するキャパシタ型アンチヒューズを、プログラム動作モード時には並列に接続し、通常動作モード時には直列に接続するように構成しているため、通常動作モード時においては、キャパシタ型アンチヒューズ電極間にはVcc/2の電圧が印加されるだけであり、耐圧特性劣化を生じるのを防止することができ、正確にプログラム情報を保持することのできるアンチヒューズ回路を実現することができる。   As described above, according to the fourth embodiment of the present invention, the capacitor type antifuse having the same structure as the memory cell capacitor structure is connected in parallel in the program operation mode and connected in series in the normal operation mode. Therefore, in the normal operation mode, only a voltage of Vcc / 2 is applied between the capacitor type anti-fuse electrodes, and it is possible to prevent the breakdown voltage characteristics from being deteriorated and to accurately program. An antifuse circuit capable of holding information can be realized.

[実施の形態5]
図19は、キャパシタの電極間電圧と電流の関係を示す図である。図19において、電極間電圧がV1のときに、絶縁破壊が生じ、大きな電流Iが流れる。一方、逆方向に電圧を印加した場合、電圧−V2で、絶縁破壊が生じる。一般に、キャパシタは、図19に示すように、絶縁耐圧特性に非対称性を有する。この絶縁耐圧特性が電極間電圧の正および負方向で非対称となる一般的理由について以下に説明する。
[Embodiment 5]
FIG. 19 is a diagram illustrating the relationship between the voltage between electrodes of a capacitor and the current. In FIG. 19, when the voltage between the electrodes is V1, dielectric breakdown occurs, and a large current I flows. On the other hand, when a voltage is applied in the reverse direction, dielectric breakdown occurs at the voltage −V2. In general, a capacitor has asymmetry in dielectric strength characteristics, as shown in FIG. The general reason why this withstand voltage characteristic is asymmetric in the positive and negative directions of the interelectrode voltage will be described below.

図20(A)においては、メモリセルキャパシタのセルプレート電極層95とストレージノード電極層96を示す。通常、セルプレート電極層95には、一定の電圧が伝達されるため、その抵抗を十分小さくするため、高濃度に不純物(n型不純物)がドープされる。一方、ストレージノード電極層96の導通ノードは、基板領域への拡散などによる悪影響を防止するため、そのドープ量は比較的小さくされる(ただし、抵抗は小さくされる)。したがって、このセルプレート電極層95とストレージノード電極層96とは、不純物のドープ量が異なる。これらのセルプレート電極層95およびストレージノード電極層96は、ポリシリコン層で形成されており、半導体としての特性は有している。このような半導体層において不純物濃度が異なる場合、界面領域でエネルギーバンドに曲がりが生じる。   FIG. 20A shows a cell plate electrode layer 95 and a storage node electrode layer 96 of the memory cell capacitor. Usually, since a constant voltage is transmitted to the cell plate electrode layer 95, an impurity (n-type impurity) is doped at a high concentration in order to sufficiently reduce its resistance. On the other hand, the conductive node of storage node electrode layer 96 has a relatively small doping amount (however, the resistance is reduced) in order to prevent adverse effects due to diffusion to the substrate region. Therefore, the cell plate electrode layer 95 and the storage node electrode layer 96 have different impurity doping amounts. The cell plate electrode layer 95 and the storage node electrode layer 96 are formed of a polysilicon layer and have characteristics as semiconductors. When the impurity concentration is different in such a semiconductor layer, the energy band is bent in the interface region.

セルプレート電極層95およびストレージノード電極層96を両電極とする容量素子をキャパシタとして利用する。セルプレート電極に相当する導電層95の電圧は、このストレージノード電極に相当する導電層96よりも高くする。この場合、キャパシタ絶縁膜においては、その導電層95により誘起された電荷と同じ量の電荷が、導電層96との界面において生成される。   A capacitor element having both the cell plate electrode layer 95 and the storage node electrode layer 96 as electrodes is used as a capacitor. The voltage of conductive layer 95 corresponding to the cell plate electrode is set higher than that of conductive layer 96 corresponding to the storage node electrode. In this case, in the capacitor insulating film, the same amount of charge as that induced by the conductive layer 95 is generated at the interface with the conductive layer 96.

導電層96の電圧を、導電層95に対して正にバイアスした場合、いわゆるn+/i/n接合が「逆バイアス状態」となり、導電層96において空乏層が広がる。この空乏層は、通常、導電層96内において形成される。この空乏層は、電荷が存在しない領域であり容量として作用する。したがって、この状態においては、キャパシタ絶縁膜に印加される電界がこの空乏層により小さくなるため、絶縁耐圧が高くなる。逆の場合、空乏層の拡がりはなく、絶縁膜自身の耐圧で絶縁耐圧が決定される。   When the voltage of the conductive layer 96 is positively biased with respect to the conductive layer 95, a so-called n + / i / n junction becomes a “reverse bias state”, and a depletion layer spreads in the conductive layer 96. This depletion layer is usually formed in the conductive layer 96. This depletion layer is a region where no electric charge exists and acts as a capacitance. Therefore, in this state, the electric field applied to the capacitor insulating film is reduced by this depletion layer, so that the withstand voltage is increased. In the opposite case, the depletion layer does not expand, and the withstand voltage is determined by the withstand voltage of the insulating film itself.

また、図20(B)に示すようにMOSキャパシタを利用する場合を考える。この場合、MOSキャパシタは、半導体基板領域97表面上に形成される高濃度不純物領域98aおよび98bと、これらの不純物領域98aおよび98bの間のチャネル領域上に形成されるゲート電極層99を含む。MOSキャパシタにおいては、通常、デプレッション型MOSキャパシタが用いられる。このMOSトランジスタのしきい値電圧の影響を防止し、効率的にチャネル層を形成する必要があるため、このチャネル領域表面には、n型不純物がドープされる。この状態において、ゲート電極層99を基板領域97に対して正の電圧にバイアスした場合、このゲート電極層99により、チャネル領域表面に電子が引き寄せられ、いわゆる蓄積状態となり、通常のキャパシタが形成される。   Further, consider a case where a MOS capacitor is used as shown in FIG. In this case, the MOS capacitor includes high-concentration impurity regions 98a and 98b formed on the surface of semiconductor substrate region 97, and gate electrode layer 99 formed on a channel region between impurity regions 98a and 98b. In the MOS capacitor, a depletion type MOS capacitor is usually used. In order to prevent the influence of the threshold voltage of the MOS transistor and to efficiently form a channel layer, the surface of the channel region is doped with n-type impurities. In this state, when the gate electrode layer 99 is biased to a positive voltage with respect to the substrate region 97, electrons are attracted to the surface of the channel region by the gate electrode layer 99, so that a so-called accumulation state is obtained, and a normal capacitor is formed. The

逆に、ゲート電極層99を、基板領域97に対し負の電圧にバイアスした場合、チャネル領域表面において電子が、ゲート電極層99の負電圧により、その界面から退けられ、このチャネル領域に空乏層が形成され、この形成された空乏層が広がる。したがって、この基板領域97をゲート電極層99に対し正の電圧にバイアスした場合、空乏層が広がり、等価的に、ゲート電極層99と基板領域97の間の印加電界が小さくなり、絶縁破壊電圧が高くなる。   Conversely, when the gate electrode layer 99 is biased to a negative voltage with respect to the substrate region 97, electrons are repelled from the interface by the negative voltage of the gate electrode layer 99, and the channel region is depleted. And the formed depletion layer spreads. Therefore, when the substrate region 97 is biased to a positive voltage with respect to the gate electrode layer 99, the depletion layer expands, and equivalently, the applied electric field between the gate electrode layer 99 and the substrate region 97 is reduced, and the dielectric breakdown voltage is reduced. Becomes higher.

また、通常のキャパシタ絶縁膜またはゲート絶縁膜においては、OMO膜(酸化膜−窒化膜−酸化膜)のような多層膜が用いられる。このような多層膜においては、各層の膜厚は異なるため、各絶縁膜に印加される電界が、その電圧印加方向により異なる。このような多層膜の膜厚の非対称性も、また耐圧特性が非対称となる原因の1つとなる。   Further, in a normal capacitor insulating film or gate insulating film, a multilayer film such as an OMO film (oxide film-nitride film-oxide film) is used. In such a multilayer film, the thickness of each layer is different, so the electric field applied to each insulating film differs depending on the voltage application direction. Such asymmetry of the film thickness of the multilayer film is also one of the causes of the asymmetry of the pressure resistance characteristics.

このようなキャパシタの耐圧特性の非対称性を利用し、本実施の形態5においては、耐圧の高い方向で絶縁破壊を生じさせ、通常動作時は、これと逆方向で使用する。   Utilizing such asymmetry of the withstand voltage characteristic of the capacitor, in the fifth embodiment, dielectric breakdown is caused in the direction of higher withstand voltage, and in the normal operation, it is used in the opposite direction.

すなわち、図21(A)に示すように、キャパシタ型アンチヒューズ100の電極ノードC5およびC6において、プログラム動作モード時、電極C6に高電圧HVを印加する。このキャパシタ型アンチヒューズ100は、電極ノードC6が電極ノードC5に対して正にバイアスされた場合に、耐圧が高くなる。この耐圧が高い方向で、プログラム高電圧HVを印加し、キャパシタ型アンチヒューズ100をブローする。したがって、このキャパシタ型アンチヒューズ100は、確実に、ヒューズブローされる。   That is, as shown in FIG. 21A, at the electrode nodes C5 and C6 of the capacitor type antifuse 100, the high voltage HV is applied to the electrode C6 in the program operation mode. The capacitor type antifuse 100 has a high breakdown voltage when the electrode node C6 is positively biased with respect to the electrode node C5. In the direction in which the withstand voltage is higher, the program high voltage HV is applied, and the capacitor-type antifuse 100 is blown. Therefore, the capacitor-type antifuse 100 is reliably blown.

通常動作モード時においては、図21(B)に示すように、電極ノードC5を、電極ノードC6に対して正の電圧にバイアスする。通常動作モード時、電極ノードC5は、電源電圧Vccにプリチャージされる。電極ノードC6は接地電圧GNDを受けるように結合される。電極ノードC5が、電極ノードC6に対して正の電圧にバイアスされた場合、このキャパシタ型アンチヒューズ100の耐圧は低くなる。この低い耐圧よりも低い電圧が電極ノードC5およびC6間に印加される。したがって、確実に、絶縁破壊された(ヒューズブローされた)キャパシタ型アンチヒューズはヒューズブロー状態にあり、ヒューズブロー/ノンブローの判定を正確に行なうことができる。   In the normal operation mode, as shown in FIG. 21B, the electrode node C5 is biased to a positive voltage with respect to the electrode node C6. In the normal operation mode, the electrode node C5 is precharged to the power supply voltage Vcc. Electrode node C6 is coupled to receive ground voltage GND. When the electrode node C5 is biased to a positive voltage with respect to the electrode node C6, the withstand voltage of the capacitor type antifuse 100 is lowered. A voltage lower than the low breakdown voltage is applied between the electrode nodes C5 and C6. Therefore, the capacitor type anti-fuse whose breakdown has been destroyed (fuse blown) is surely in the fuse blow state, and the determination of fuse blow / non-blow can be made accurately.

逆方向、すなわち図21(B)に示す方向で、プログラムを行ない、図21(A)に示す方向に電圧を印加して、通常動作を行なう場合を考える。この場合、図19において電圧−V2を印加すれば絶縁破壊が生じるが、電圧V1を印加した場合、絶縁破壊は生じない。したがって、ヒューズのブロー/ノンブロー判定時、正確な判定ができなくなる(ブロー状態のヒューズがノンブロー状態のヒューズと判定される可能性がある)。   Consider a case where a program is executed in the reverse direction, that is, the direction shown in FIG. 21B, and a normal operation is performed by applying a voltage in the direction shown in FIG. In this case, in FIG. 19, the breakdown occurs when the voltage −V2 is applied, but the breakdown does not occur when the voltage V1 is applied. Therefore, it is impossible to accurately determine the blow / non-blow determination of the fuse (the blown fuse may be determined as the non-blow fuse).

この図21(A)および(B)に示すように、耐圧が高い方向でプログラム高電圧を印加することにより、電極間電圧の方向にかかわらず、確実に、ブローすべきアンチヒューズをブロー状態にすることができる。   As shown in FIGS. 21A and 21B, by applying a program high voltage in a direction in which the withstand voltage is high, the antifuse to be blown is surely brought into a blown state regardless of the direction of the voltage between the electrodes. can do.

この図21(A)および(B)に示すキャパシタ型アンチヒューズの電圧印加には、先の図10(A)および図14に示す構成を利用することができる。形成されたプログラム素子(アンチヒューズ)の特性に応じて電極ノードの接続が適当に行なわれればよい。   For the voltage application of the capacitor type antifuse shown in FIGS. 21A and 21B, the configuration shown in FIGS. 10A and 14 can be used. The electrode nodes may be appropriately connected according to the characteristics of the formed program element (antifuse).

なお、図20(A)および(B)に示すキャパシタの特性は、一般的な特性である。実際の製造工程において、これと異なる特性のキャパシタが形成される可能性がある。この場合、試作品作製段階において、キャパシタ(メモリセルキャパシタまたはMOSキャパシタ)の一般的特性を測定し、その測定したパラメータに基づいて、耐圧の高い方向が定められればよい。実製品の製造時、モニタチップを併せて形成し、そのモニタチップのキャパシタの特性を測定して、キャパシタの耐圧特性の方向の確認が併せて行なわれてもよい。   Note that the capacitor characteristics shown in FIGS. 20A and 20B are general characteristics. In an actual manufacturing process, a capacitor having different characteristics may be formed. In this case, in the prototype production stage, general characteristics of the capacitor (memory cell capacitor or MOS capacitor) are measured, and the direction in which the withstand voltage is high may be determined based on the measured parameters. When manufacturing an actual product, a monitor chip may be formed together, the characteristics of the capacitor of the monitor chip may be measured, and confirmation of the direction of the withstand voltage characteristic of the capacitor may also be performed.

以上のように、この発明の実施の形態5に従えば、キャパシタの耐圧特性の非対称性に応じて、キャパシタ型アンチヒューズの印加電圧極性を、プログラム動作時(ヒューズブロー動作時)および通常動作時とで変更することにより、確実に、キャパシタアンチヒューズの溶断/非溶断を確認することができ、また通常動作時においても、キャパシタ型アンチヒューズの溶断状態を正確に保持するこができるため、正確に、アンチヒューズの溶断/非溶断を判定することができる。   As described above, according to the fifth embodiment of the present invention, the applied voltage polarity of the capacitor type antifuse is set according to the asymmetry of the withstand voltage characteristic of the capacitor during program operation (fuse blow operation) and normal operation. Therefore, it is possible to confirm whether the capacitor antifuse is blown or not blown reliably, and it is possible to accurately maintain the blown state of the capacitor antifuse even during normal operation. Furthermore, it is possible to determine whether the antifuse is blown or not blown.

[実施の形態6]
図22(A)および(B)は、この発明の実施の形態6におけるキャパシタ型アンチヒューズの電圧印加態様を示す図である。図22(A)においては、プログラム動作時の電圧印加態様を示し、図22(B)においては、通常動作モード時の電圧印加態様を示す。
[Embodiment 6]
FIGS. 22A and 22B are diagrams showing voltage application modes of the capacitor type antifuse according to the sixth embodiment of the present invention. 22A shows a voltage application mode during the program operation, and FIG. 22B shows a voltage application mode during the normal operation mode.

図22(A)において、キャパシタ型アンチヒューズ100は、メモリセルキャパシタ構造またはMOSキャパシタ構造を有し、その電極C7およびC8に、耐圧の低い方向の電圧極性で、プログラム高電圧HVが印加される。今、キャパシタ型アンチヒューズ100は、電極ノードC8が、電極ノードC7に対し正にバイアスされた場合に、耐圧が低くなる状態を考える。この状態において、電極ノードC8に、プログラム高電圧HVが印加される。   In FIG. 22A, the capacitor type antifuse 100 has a memory cell capacitor structure or a MOS capacitor structure, and a program high voltage HV is applied to electrodes C7 and C8 with a voltage polarity in a direction with a lower withstand voltage. . Now, it is assumed that the capacitor type antifuse 100 has a low breakdown voltage when the electrode node C8 is positively biased with respect to the electrode node C7. In this state, the program high voltage HV is applied to the electrode node C8.

通常動作モード時においては、図22(B)に示すように、電極ノードC8に電源電圧Vccが印加され、電極ノードC7は、接地電圧レベルに結合される。すなわち、このキャパシタ型アンチヒューズ100には、プログラム動作モード時および通常動作モード時において、同じ極性の電圧が印加される。耐圧特性の低い方向でプログラム高電圧を印加しているため、プログラム高電圧HVの電圧レベルを低くすることができ、絶縁破壊を容易に生じさせることができる。   In the normal operation mode, as shown in FIG. 22B, power supply voltage Vcc is applied to electrode node C8, and electrode node C7 is coupled to the ground voltage level. That is, a voltage of the same polarity is applied to the capacitor type antifuse 100 in the program operation mode and the normal operation mode. Since the program high voltage is applied in the direction of lower withstand voltage characteristics, the voltage level of the program high voltage HV can be lowered, and dielectric breakdown can easily occur.

この図22(A)および(B)に示す電圧印加を実現するために、先の図14等において示すアンチヒューズ回路の構成において、通常動作モード時におけるアンチヒューズの電極ノードの接続を切換える方法がある。しかしながら、この場合、回路構成が複雑となる。   In order to realize the voltage application shown in FIGS. 22A and 22B, there is a method of switching the connection of the antifuse electrode nodes in the normal operation mode in the configuration of the antifuse circuit shown in FIG. is there. However, in this case, the circuit configuration becomes complicated.

図23(A)は、この発明の実施の形態6において用いられるアンチヒューズ回路の構成を概略的に示す図である。図23(A)において、アンチヒューズ回路は、キャパシタ型アンチヒューズ102の電極ノードC7とノード108の間に接続されるデカップリングトランジスタ104と、ノード108上の信号電位を反転して溶断指示信号/BLOWを出力するインバータ回路105と、制御信号/TPMの活性化時導通し、ノード108を電源電圧VccレベルにプリチャージするpチャネルMOSトランジスタ106と、制御信号φPAに従って選択的にノード108を接地電圧レベルに放電するnチャネルMOSトランジスタ107を含む。次に、図23(A)に示すアンチヒューズ回路の動作を、図23(B)に示す信号波形図を参照して説明する。   FIG. 23A schematically shows a structure of an antifuse circuit used in the sixth embodiment of the present invention. 23A, the antifuse circuit includes a decoupling transistor 104 connected between the electrode node C7 and the node 108 of the capacitor type antifuse 102, a signal potential on the node 108 inverted, and a fusing instruction signal / Inverter circuit 105 that outputs BLOW, p-channel MOS transistor 106 that conducts when control signal / TPM is activated, precharges node 108 to the level of power supply voltage Vcc, and node 108 is selectively grounded according to control signal φPA. An n-channel MOS transistor 107 that discharges to a level is included. Next, operation of the antifuse circuit illustrated in FIG. 23A will be described with reference to a signal waveform diagram illustrated in FIG.

プログラム動作モード時において、まず、制御信号/TPMがLレベルに設定され、MOSトランジスタ106を介してノード108が電源電圧Vccレベルにプリチャージされる。   In the program operation mode, first, control signal / TPM is set to L level, and node 108 is precharged to power supply voltage Vcc level via MOS transistor 106.

プログラムサイクルが開始すると、制御信号/TPMがHレベルとなり、MOSトランジスタ106が、非導通状態となる。制御信号φPAが記憶すべきプログラムすべきアドレス信号ビットAdに従ってHレベルまたはLレベルに設定される。また電極ノードC8へは、プログラム用高電圧HVが印加される。   When the program cycle starts, control signal / TPM becomes H level and MOS transistor 106 is turned off. Control signal φPA is set to H level or L level in accordance with address signal bit Ad to be programmed to be stored. A high voltage HV for programming is applied to the electrode node C8.

制御信号φPAがHレベルであれば、MOSトランジスタ107が導通し、ノード108が接地電圧レベルへ駆動され、キャパシタ型アンチヒューズ102の電極ノードC8およびC7間に高電圧が印加され、キャパシタ型アンチヒューズ102がブロー(溶断)状態に設定される。制御信号φPAがLレベルのときには、MOSトランジスタ107は非導通状態であり、ノード108は、電源電圧Vccレベルを維持し、キャパシタ型アンチヒューズ102の電極C7およびC8間には、高電圧は印加されないため、このキャパシタ型アンチヒューズ102は、ノンブロー状態(非溶断状態)に保持される。   If control signal φPA is at H level, MOS transistor 107 is turned on, node 108 is driven to the ground voltage level, a high voltage is applied between electrode nodes C8 and C7 of capacitor type antifuse 102, and capacitor type antifuse. 102 is set to a blow (melting) state. When control signal φPA is at L level, MOS transistor 107 is non-conductive, node 108 maintains power supply voltage Vcc level, and no high voltage is applied between electrodes C7 and C8 of capacitor type antifuse 102. Therefore, the capacitor type antifuse 102 is held in a non-blow state (non-blown state).

図23(B)においてプログラムサイクルが終了すると、制御信号/TPMがLレベルに設定され、ノード108が、電源電圧Vccレベルにプリチャージされる。   When the program cycle is completed in FIG. 23B, control signal / TPM is set to L level, and node 108 is precharged to power supply voltage Vcc level.

通常動作モード時においては、制御信号/TPMはHレベルに保持され、またノードC8へは、電源電圧Vccが印加される。制御信号φPAが、動作サイクル規定信号として機能し、メモリサイクル開始指示信号RASに同期して変化する。したがって、通常動作モード時においては、制御信号φPAに従ってノード108が接地電圧レベルにプリチャージされ、インバータ回路105からの溶断指示信号/BLOWは、Hレベルにセットされる。通常動作サイクル(アクティブサイクル)が始まると、制御信号φPAがLレベルとなり、MOSトランジスタ107が非導通状態となる。アンチヒューズ102が導通状態にあれば、ノードC8に印加された電源電圧Vccがノード108へ伝達され、溶断指示信号/BLOWがLレベルに低下する。キャパシタ型アンチヒューズ102が非溶断状態のときには、電極ノードC8から、ノード108へは電流は流れないため、ノード108はLレベルを維持し、溶断指示信号/BLOWは、Hレベルを維持する。この制御動作モード時において、溶断指示信号/BLOWのHレベル/Lレベルを見ることにより、このアンチヒューズ回路のプログラム状態を読出すことができる。   In the normal operation mode, control signal / TPM is held at the H level, and power supply voltage Vcc is applied to node C8. Control signal φPA functions as an operation cycle defining signal and changes in synchronization with memory cycle start instruction signal RAS. Therefore, in the normal operation mode, node 108 is precharged to the ground voltage level in accordance with control signal φPA, and blowing instruction signal / BLOW from inverter circuit 105 is set to the H level. When the normal operation cycle (active cycle) starts, the control signal φPA becomes L level, and the MOS transistor 107 is turned off. If antifuse 102 is in a conductive state, power supply voltage Vcc applied to node C8 is transmitted to node 108, and fusing instruction signal / BLOW falls to the L level. When capacitor type antifuse 102 is in a non-blown state, no current flows from electrode node C8 to node 108, so that node 108 maintains the L level and blowing instruction signal / BLOW maintains the H level. In this control operation mode, the program state of the antifuse circuit can be read by looking at the H level / L level of the fusing instruction signal / BLOW.

プログラムサイクル時と通常動作モード時において、溶断指示信号/BLOWの状態が異なる。しかしながら、プログラムサイクル時においては、このキャパシタ型アンチヒューズ102の溶断/非溶断をプログラムすることが要求されるだけであり、通常動作モード時における溶断指示信号/BLOWと状態が異なっても特に問題は生じない。   The state of the fusing instruction signal / BLOW differs between the program cycle and the normal operation mode. However, in the program cycle, it is only required to program whether the capacitor type antifuse 102 is blown or not blown, and even if the state differs from the blow instruction signal / BLOW in the normal operation mode, there is a particular problem. Does not occur.

図24は、図23(A)に示す制御信号を発生する部分の構成を概略的に示す図である。図24において、制御信号発生部は、プログラムモード指示信号PMの活性化時(Hレベル時)導通し、プログラムアドレス信号ビットAdを通過させるnチャネルMOSトランジスタ110と、プログラムモード指示信号PMの非活性化時導通し、メモリサイクル開始指示信号RASを通過させるpチャネルMOSトランジスタ112と、プログラムモード指示信号PMの活性化時導通し、メモリサイクル開始指示信号RASを通過させるnチャネルMOSトランジスタ114と、プログラムモード指示信号PMの活性化時導通し、電源電圧Vccを通過させるpチャネルMOSトランジスタ116を含む。MOSトランジスタ110および112の第1の導通ノードが共通に結合されて、制御信号/φPAを出力する。MOSトランジスタ114および116は第1の導通ノードが共通に結合されて、制御信号/TPMを出力する。アンチヒューズ回路それぞれにおいて、MOSトランジスタ110および112が設けられる。MOSトランジスタ114および116は、複数のアンチヒューズ回路に共通に設けられて、制御信号/TPMを複数のアンチヒューズ回路へ共通に伝達する。   FIG. 24 schematically shows a structure of a portion for generating the control signal shown in FIG. In FIG. 24, the control signal generating portion is turned on when the program mode instruction signal PM is activated (at the H level), and the n-channel MOS transistor 110 for passing the program address signal bit Ad and the inactivation of the program mode instruction signal PM. P channel MOS transistor 112 that conducts when activated and passes memory cycle start instruction signal RAS, n channel MOS transistor 114 that conducts when program mode instruction signal PM is activated and passes memory cycle start instruction signal RAS, and program It includes a p-channel MOS transistor 116 which is rendered conductive when mode instruction signal PM is activated and allows power supply voltage Vcc to pass therethrough. First conduction nodes of MOS transistors 110 and 112 are commonly coupled to output control signal / φPA. MOS transistors 114 and 116 have a first conduction node coupled in common to output control signal / TPM. In each antifuse circuit, MOS transistors 110 and 112 are provided. MOS transistors 114 and 116 are provided in common to the plurality of antifuse circuits, and transmit control signal / TPM to the plurality of antifuse circuits in common.

プログラムモード(プログラムサイクル)において、制御信号φPAは、プログラム制御アドレス信号ビットAdに従って生成され、制御信号/TPMは、メモリサイクル開始指示信号RASに従って生成される。一方、通常動作モード時においては、プログラムモード指示信号PMがLレベルであるため、制御信号φPAは、メモリサイクル開始信号RASの反転信号に従って生成され、制御信号/TPMが、電源電圧Vccレベルに固定される。   In program mode (program cycle), control signal φPA is generated in accordance with program control address signal bit Ad, and control signal / TPM is generated in accordance with memory cycle start instruction signal RAS. On the other hand, since program mode instruction signal PM is at the L level in the normal operation mode, control signal φPA is generated in accordance with the inverted signal of memory cycle start signal RAS, and control signal / TPM is fixed at power supply voltage Vcc level. Is done.

なお、この図24に示す制御信号発生部の構成においては、記憶すべきアドレスビットがロウアドレス信号ビットの場合を示す。記憶すべきアドレス信号ビットがコラムアドレス信号ビットの場合には、メモリサイクル開始指示信号RASに代えて、列選択動作開始指示信号CASが用いられる。プログラムすべき記憶情報の内容に応じて、この信号RASは適当な信号に変換されればよい。   In the configuration of the control signal generator shown in FIG. 24, the address bit to be stored is a row address signal bit. When the address signal bit to be stored is a column address signal bit, a column selection operation start instruction signal CAS is used instead of the memory cycle start instruction signal RAS. This signal RAS may be converted into an appropriate signal according to the contents of stored information to be programmed.

なお、図23(A)に示す電極ノードC8へ、高電圧HVおよび接地電圧GNDを選択的に伝達する構成は、図18に示す構成を利用することができる。パッケージ実装前のボンディング工程時などにおいて、この電極ノードC8は、接地電圧レベルに固定的に設定されてもよい。   The configuration shown in FIG. 18 can be used as the configuration for selectively transmitting high voltage HV and ground voltage GND to electrode node C8 shown in FIG. The electrode node C8 may be fixedly set at the ground voltage level during a bonding process before package mounting.

また、ブロー状態のアンチヒューズ102の抵抗値とMOSトランジスタ107のチャネル抵抗の比が、ノード108の電圧が通常サイクル時インバータ105の入力論理しきい値より高くなるように設定されるならば、信号φPAは通常サイクル時Hレベルに設定されてもよい(φPA=RAS)。   If the ratio between the resistance value of the blown antifuse 102 and the channel resistance of the MOS transistor 107 is set so that the voltage at the node 108 is higher than the input logic threshold value of the inverter 105 during the normal cycle, the signal φPA may be set to H level during a normal cycle (φPA = RAS).

以上のように、この発明の実施の形態6に従えば、キャパシタ型アンチヒューズの印加電圧極性は、プログラム動作モード時および通常動作モード時において同じとしているため、キャパシタ型アンチヒューズの導通/非導通状態を容易かつ確実に確認することができる(キャパシタの耐圧特性の極性が変化しないため)。また、耐圧特性の低い方向で、プログラムすることにより、容易に、このキャパシタ型アンチヒューズのブロー(溶断)を行なうことができ、プログラム高電圧として比較的低い電圧を利用することができる。   As described above, according to the sixth embodiment of the present invention, the applied voltage polarity of the capacitor type antifuse is the same in the program operation mode and the normal operation mode. The state can be confirmed easily and reliably (because the polarity of the withstand voltage characteristic of the capacitor does not change). Further, by programming in the direction of lower withstand voltage characteristics, the capacitor-type antifuse can be easily blown (blown), and a relatively low voltage can be used as the program high voltage.

[実施の形態7]
図25(A)は、この発明の実施の形態7に従うアンチヒューズ回路の構成を概略的に示す図である。この図25(A)に示すアンチヒューズ回路の構成においては、インバータ回路105の出力部に、ラッチトリガ指示信号TLRの活性化に応答してインバータ回路105の出力信号をラッチするラッチ回路120が設けられる。また、ノード108をプリチャージするpチャネルMOSトランジスタ106のノードへ、メモリサイクル開始時においてワンショットパルスの形で活性化されるトリガ信号/TTRが与えられる。ノードC8は接地電圧レベルである。他の構成は、図23(A)に示す構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付す。
[Embodiment 7]
FIG. 25A schematically shows a structure of an antifuse circuit according to the seventh embodiment of the present invention. In the configuration of the antifuse circuit shown in FIG. 25A, a latch circuit 120 that latches the output signal of the inverter circuit 105 in response to the activation of the latch trigger instruction signal TLR is provided at the output portion of the inverter circuit 105. . A trigger signal / TTR that is activated in the form of a one-shot pulse at the start of the memory cycle is applied to the node of p channel MOS transistor 106 that precharges node 108. Node C8 is at the ground voltage level. Other structures are the same as those shown in FIG. 23A, and corresponding portions bear the same reference numerals.

ラッチ回路120は、インバータ105の出力信号を反転して溶断指示信号BLOWを出力するインバータ120aと、ラッチ指示信号TLRの活性化時作動状態とされ、インバータ120aの出力信号を反転してインバータ120aの入力部へ伝達するトライステートインバータ120bを含む。次に、この図25(A)に示すアンチヒューズ回路の動作を、図25(B)に示す動作波形図を参照して説明する。   The latch circuit 120 inverts the output signal of the inverter 105 and outputs a fusing instruction signal BLOW, and is activated when the latch instruction signal TLR is activated. The latch circuit 120 inverts the output signal of the inverter 120a and A tri-state inverter 120b for transmitting to the input unit is included. Next, the operation of the antifuse circuit shown in FIG. 25A will be described with reference to the operation waveform diagram shown in FIG.

プログラム動作時においては、図23(B)に示す動作波形と同様の動作が行なわれる。通常動作時においては、読出サイクル開始信号/RASにより、このアンチヒューズ回路の動作サイクルが規定される。   In the program operation, an operation similar to the operation waveform shown in FIG. During normal operation, the operation cycle of the antifuse circuit is defined by read cycle start signal / RAS.

メモリサイクル開始指示信号/RASがHレベルの非活性状態にあるスタンバイ状態時においては、制御信号φPAがHレベルであり、また信号/TTRがHレベル、ラッチトリガ指示信号TLRがLレベルである。この状態においては、ノード108は、MOSトランジスタ107を介して接地電圧レベルに放電され、また溶断指示信号BLOWもLレベルに保持される。   In the standby state where memory cycle start instruction signal / RAS is in an inactive state of H level, control signal φPA is at H level, signal / TTR is at H level, and latch trigger instruction signal TLR is at L level. In this state, node 108 is discharged to the ground voltage level via MOS transistor 107, and fusing instruction signal BLOW is also held at the L level.

読出サイクルが始まると、メモリサイクル開始指示信号(ロウアドレスストローブ信号)の活性化に応答して、制御信号φPAがLレベルの非活性状態となり、次いで、トリガ信号/TTRが所定期間Lレベルとされる。これにより、ノード108は、MOSトランジスタ106を介して電源電圧Vccレベルに充電される。キャパシタ型アンチヒューズ102が溶断状態のときには、このノード108の充電電圧は、このキャパシタ型アンチヒューズ102を介して接地電圧を受ける電極ノードC8に放電される。   When the read cycle starts, in response to the activation of the memory cycle start instruction signal (row address strobe signal), control signal φPA is inactivated to L level, and then trigger signal / TTR is set to L level for a predetermined period. The Thereby, node 108 is charged to power supply voltage Vcc level through MOS transistor 106. When the capacitor type antifuse 102 is in a blown state, the charging voltage of the node 108 is discharged to the electrode node C8 receiving the ground voltage via the capacitor type antifuse 102.

一方、キャパシタ型アンチヒューズ102が非溶断状態の場合には、電流が流れる経路を存在しないため、ノード108は、電源電圧Vccレベルに保持される。このノード108の充電動作が完了し、ノード108の電圧レベルが安定化すると、ラッチ指示信号TLRが活性化され、トライステートインバータ120bが作動し、ラッチ回路120が、このインバータ105の出力信号を反転しかつラッチする。したがって、キャパシタ型アンチヒューズ102が溶断状態のときには、溶断指示信号BLOWは、スタンバイ状態時と同様Lレベルに保持され、一方、キャパシタ型アンチヒューズ102が非溶断状態のときには、この溶断指示信号BLOWがHレベルへ駆動される。メモリサイクルが完了すると、メモリサイクル開始指示信号/RASがHレベルへ駆動され、応じて制御信号φPAが再びHレベルとなり、またラッチトリガ指示信号TLRがLレベルとなる。これにより、ノード108は、接地電圧レベルに放電される。また溶断指示信号BLOWがLレベルに復帰する。   On the other hand, when capacitor-type antifuse 102 is in a non-blown state, there is no path through which current flows, so that node 108 is held at power supply voltage Vcc level. When the charging operation of node 108 is completed and the voltage level of node 108 is stabilized, latch instruction signal TLR is activated, tristate inverter 120b is activated, and latch circuit 120 inverts the output signal of inverter 105. And latch. Therefore, when the capacitor type antifuse 102 is in a blown state, the blown instruction signal BLOW is held at the L level as in the standby state. On the other hand, when the capacitor type antifuse 102 is in a non-blown state, the blown instruction signal BLOW is Driven to H level. When the memory cycle is completed, memory cycle start instruction signal / RAS is driven to the H level, control signal φPA is again set to the H level, and latch trigger instruction signal TLR is set to the L level. Thereby, node 108 is discharged to the ground voltage level. Further, the fusing instruction signal BLOW returns to the L level.

この図25(A)に示すように、ノード108を、ワンショットパルスの形で電源電圧Vccレベルに充電することにより、非溶断状態のキャパシタ型アンチヒューズの電極C7およびC8の間には、短期間のみ、電源電圧Vccが印加される。これにより、メモリサイクルの間持続的に電源電圧Vccが印加されることがなく、キャパシタ型アンチヒューズの電圧ストレスを緩和することができ、非溶断状態のキャパシタ型アンチヒューズの絶縁特性が劣化するのを防止することができ、信頼性の高いプログラム回路を実現することができる。   As shown in FIG. 25A, by charging the node 108 to the power supply voltage Vcc level in the form of a one-shot pulse, there is a short period between the electrodes C7 and C8 of the non-blown capacitor type antifuse. The power supply voltage Vcc is applied only during the interval. As a result, the power supply voltage Vcc is not continuously applied during the memory cycle, the voltage stress of the capacitor type antifuse can be alleviated, and the insulation characteristics of the unfused capacitor type antifuse are deteriorated. Can be prevented, and a highly reliable program circuit can be realized.

なお、この図25(A)に示す構成において、溶断指示信号BLOWが、インバータ回路105の出力から取出されてもよい。   In the configuration shown in FIG. 25A, the fusing instruction signal BLOW may be extracted from the output of the inverter circuit 105.

また、ラッチ回路120がラッチ状態となった後、プリチャージ指示の制御信号φPAが活性化される構成が用いられてもよい。これは、トライステートインバータ120bの駆動力を、インバータ回路105の駆動力よりも大きくすることにより容易に実現される。この構成において、インバータ回路105が、またラッチ指示信号TLRに応答して、トライステートインバータ120bと相補的に活性/非活性化される構成が用いられてもよい。   Alternatively, a configuration may be used in which precharge instruction control signal φPA is activated after latch circuit 120 is in a latched state. This is easily realized by making the driving force of the tri-state inverter 120b larger than the driving force of the inverter circuit 105. In this configuration, a configuration may be used in which inverter circuit 105 is activated / deactivated in a complementary manner to tristate inverter 120b in response to latch instruction signal TLR.

この構成に従えば、非溶断状態のキャパシタ型アンチヒューズの電極間に、電源電圧が印加される期間をより短くすることができる。またスタンバイサイクル時においては、このキャパシタ型アンチヒューズの電極間電圧は、0Vであり、キャパシタ型アンチヒューズに印加される電圧ストレスを大幅に緩和することができる。   According to this configuration, the period during which the power supply voltage is applied between the electrodes of the capacitor-type antifuse in the non-blown state can be further shortened. In the standby cycle, the voltage between the electrodes of the capacitor type antifuse is 0 V, and the voltage stress applied to the capacitor type antifuse can be greatly reduced.

なお、図25(A)に示す構成において、図25(B)に破線波形に示すように電極ノードC8の電源電圧が印加され、ノード108のプリチャージ電圧が、スタンバイサイクルと通常メモリサイクルとで反対にされる構成が用いられてもよい(Hレベルプリチャージ、ワンショットLレベルプリチャージ、溶断/非溶断判定の動作シーケンス)。スタンバイ時、信号/TTRがLレベルであり、ノード108が電源電圧Vccレベルにプリチャージされる。アンチヒューズ102の電極間電圧は0Vである。アクティブサイクル時、信号/TTRをHレベルとし、かつ信号φPAをワンショットパルスの形でHレベルへ駆動し、ノード108を接地電圧レベルへ放電する。   In the configuration shown in FIG. 25A, the power supply voltage of the electrode node C8 is applied as shown by the broken line waveform in FIG. 25B, and the precharge voltage of the node 108 is changed between the standby cycle and the normal memory cycle. An opposite configuration may be used (H-level precharge, one-shot L-level precharge, fusing / non-blown operation sequence). During standby, signal / TTR is at L level, and node 108 is precharged to power supply voltage Vcc level. The voltage between the electrodes of the antifuse 102 is 0V. In the active cycle, signal / TTR is set to H level and signal φPA is driven to H level in the form of a one-shot pulse, and node 108 is discharged to the ground voltage level.

図26は、図25(A)に示す制御信号を発生する部分の構成を概略的に示す図である。図26において、制御信号発生部は、メモリサイクル開始指示信号/RASをバッファ処理して、プリチャージ指示の制御信号φPAを生成するバッファ回路130と、バッファ回路130の出力信号の立下がりに応答して所定期間Lレベルとなるトリガ信号/TTRを出力するワンショットパルス発生回路131と、ワンショットパルス発生回路131の出力するトリガ信号/TTRの立上がりを遅延する立上がり遅延回路133と、メモリサイクル開始指示信号/RASを受けるインバータ132と、インバータ132の出力信号と立上がり遅延回路133の出力信号とを受けてラッチ指示信号TLRを出力するAND回路134を含む。   FIG. 26 schematically shows a structure of a portion for generating the control signal shown in FIG. In FIG. 26, the control signal generation unit buffers the memory cycle start instruction signal / RAS to generate the precharge instruction control signal φPA, and responds to the fall of the output signal of the buffer circuit 130. One shot pulse generation circuit 131 that outputs a trigger signal / TTR that is L level for a predetermined period of time, a rise delay circuit 133 that delays the rise of the trigger signal / TTR output from the one shot pulse generation circuit 131, and a memory cycle start instruction Inverter 132 that receives signal / RAS, and an AND circuit 134 that receives the output signal of inverter 132 and the output signal of rise delay circuit 133 and outputs latch instruction signal TLR are included.

メモリサイクル開始指示信号/RASがLレベルの活性状態となると、プリチャージ指示の制御信号φPAがLレベルの非活性状態となる。このプリチャージ指示の制御信号φPAの非活性化に応答して、ワンショットパルス発生回路131が、所定期間Lレベルとなるワンショットパルス信号を生成する。このワンショットパルス発生回路131の出力信号は、トリガ指示信号/TTRとして用いられる。これにより、ノード108の、所定期間の電源電圧Vccレベルへのプリチャージが行なわれる。プリチャージ動作が完了すると、所定期間経過後、立上がり遅延回路133からの出力信号がHレベルに立上がる。一方、インバータ132の出力信号は、メモリサイクル開始指示信号/RASの活性化に応答してHレベルとなる。したがって、AND回路134からは、電源電圧Vccレベルへのプリチャージ動作完了後、判定ノード(ノード108)の電圧レベルが安定化した後、ラッチ指示信号TLRが活性化され、この状態が、メモリサイクル開始指示信号/RASの活性状態の間保持される。   When memory cycle start instruction signal / RAS is in the active state at the L level, precharge instruction control signal φPA is in the inactive state at the L level. In response to the deactivation of precharge instruction control signal φPA, one-shot pulse generation circuit 131 generates a one-shot pulse signal that is at L level for a predetermined period. The output signal of this one-shot pulse generation circuit 131 is used as a trigger instruction signal / TTR. Thereby, node 108 is precharged to power supply voltage Vcc level for a predetermined period. When the precharge operation is completed, the output signal from rising delay circuit 133 rises to H level after a predetermined period. On the other hand, the output signal of inverter 132 becomes H level in response to activation of memory cycle start instruction signal / RAS. Therefore, after completion of the precharge operation to the power supply voltage Vcc level, the AND circuit 134 activates the latch instruction signal TLR after the voltage level of the determination node (node 108) is stabilized, and this state is the memory cycle. It is held while the start instruction signal / RAS is active.

なお、この図26に示す制御信号発生部の構成を適宜変更することにより、ラッチ指示信号TLRの活性化後、ノード108を接地電圧レベルにプリチャージする構成を取ることができる(プリチャージ指示信号φPAの活性化)。これは、図26に示す構成において、プリチャージ指示信号φPAとラッチ指示信号PLRの反転信号とのOR(論理和)を取った信号を、接地電圧レベルへのプリチャージ指示信号として用いることにより実現される。また、図25(B)の破線波形シーケンスも容易に実現できる。   Note that by appropriately changing the configuration of the control signal generator shown in FIG. 26, it is possible to adopt a configuration in which node 108 is precharged to the ground voltage level after activation of latch instruction signal TLR (precharge instruction signal). Activation of φPA). This is realized by using a signal obtained by OR (logical sum) of the precharge instruction signal φPA and the inverted signal of the latch instruction signal PLR as the precharge instruction signal to the ground voltage level in the configuration shown in FIG. Is done. Also, the broken line waveform sequence of FIG. 25B can be easily realized.

以上のように、この発明の実施の形態7に従えば、通常動作モード時、キャパシタ型アンチヒューズへは、ワンショットパルスの形で、電源電圧を印加するように構成しているため、非溶断状態のキャパシタ型アンチヒューズに印加される電圧ストレスを大幅に低減することができ、絶縁特性が劣化するのを防止することができる。   As described above, according to the seventh embodiment of the present invention, the power supply voltage is applied to the capacitor type antifuse in the form of a one-shot pulse in the normal operation mode. The voltage stress applied to the capacitor-type antifuse in the state can be greatly reduced, and the deterioration of the insulation characteristics can be prevented.

[実施の形態8]
アドレスプログラム回路142♯1〜142♯nそれぞれに対応して、テストモード指示信号TESTに従って、それぞれスペア活性化信号SAT♯1〜SAT♯nと対応のアドレスプログラム回路142♯1〜142♯nの出力信号MA♯1〜MA♯nの一方を選択的に通過させる切換回路144♯1〜144♯nと、切換回路144♯1〜144♯nの出力信号SS1〜SSnに従って対応のスペアエレメント140♯1〜140♯nを選択状態へ駆動するスペアエレメント選択回路146♯1〜146♯nが設けられる。
[Embodiment 8]
Corresponding to each of address program circuits 142 # 1-142 # n, in accordance with test mode instruction signal TEST, each of spare activation signals SAT # 1-SAT # n and corresponding address program circuits 142 # 1-142 # n outputs Switching circuit 144 # 1-144 # n that selectively passes one of signals MA # 1-MA # n, and corresponding spare element 140 # 1 according to output signals SS1-SSn of switching circuits 144 # 1-144 # n Spare element selection circuits 146 # 1-146 # n for driving .about.140 # n to the selected state are provided.

テストモード指示信号TESTは、この不良救済回路のスペアエレメントまたはアドレスプログラム回路の不良/良検出動作時に活性状態とされる。   Test mode instructing signal TEST is activated during the failure / good detection operation of the spare element of the failure relief circuit or the address program circuit.

この図27に示す不良救済回路において、アドレスプログラム回路142♯1により不良アドレスプログラムがプログラムされる。スペアエレメント140♯1には正常に動作するか否かを判定する。このスペアエレメント140♯1が不良の場合には、このスペアエレメント140♯1の使用は停止し、別のスペアエレメントおよびアドレスプログラム回路を使用する。また、スペアエレメント140♯1が正常に動作していても、アドレスプログラム回路142♯1が不良の場合(たとえばキャパシタ型アンチヒューズの不良の場合)、このアドレスプログラム回路142♯1は使用されない。したがって、1つの不良エレメント(ノーマルセル行またはノーマルセル列)に対して複数のアドレスプログラム回路およびスペアエレメントの組を準備することができる。これにより、冗長構成においてスペアエレメントの救済をさらに行なうことができるため、チップ歩留りを改善することができる。   In the defect relief circuit shown in FIG. 27, a defective address program is programmed by address program circuit 142 # 1. It is determined whether or not the spare element 140 # 1 operates normally. When spare element 140 # 1 is defective, use of spare element 140 # 1 is stopped and another spare element and address program circuit are used. Even if spare element 140 # 1 operates normally, address program circuit 142 # 1 is not used when address program circuit 142 # 1 is defective (for example, when a capacitor type antifuse is defective). Therefore, a set of a plurality of address program circuits and spare elements can be prepared for one defective element (normal cell row or normal cell column). As a result, the spare element can be further relieved in the redundant configuration, so that the chip yield can be improved.

図28は、図27に示す不良救済回路のプログラム動作を示すフロー図である。以下、図28を参照して図27に示す不良救済回路のプログラム手順について説明する。   FIG. 28 is a flowchart showing a program operation of the defect relief circuit shown in FIG. Hereinafter, the programming procedure of the defect relief circuit shown in FIG. 27 will be described with reference to FIG.

まず、最初のスペアエレメント140♯1および対応のアドレスプログラム回路142♯1を指定する(iを1に設定する)(ステップST1)。アドレスプログラム回路142♯iに対し、救済すべき不良アドレスをプログラムする(ステップST2)。次いでテストモード指示信号TESTを活性化して、切換回路144♯iに、スペア活性化信号SAT♯iを選択させ、スペアエレメント選択回路SSiの対応のスペアエレメント140♯iを活性化する。活性化されたスペアエレメント140♯iの機能テスト(短絡など)を行ない、スペアエレメントに不良があるか否かを判定する(ステップST3およびST4)。スペアエレメント140♯iの機能テスト結果が不良の存在を示す場合には、ステップST5へ移る。このアドレスプログラム回路142♯iおよびスペアエレメント140♯iを使用することができない。したがってiを1つ増分して、再び、次のアドレスプログラム回路142♯i+1に対するプログラム動作を行なう。一方、スペアエレメント140♯iが正常の場合には、次いでアドレスプログラム回路142♯iへアドレス信号を与えて、スペアエレメント140♯iを選択し、このスペアエレメント140♯iの機能テストを行なう(ステップST6)。   First, first spare element 140 # 1 and corresponding address program circuit 142 # 1 are designated (i is set to 1) (step ST1). A defective address to be relieved is programmed to address program circuit 142 # i (step ST2). Then, test mode instruction signal TEST is activated to cause switching circuit 144 # i to select spare activation signal SAT # i and activate spare element 140 # i corresponding to spare element selection circuit SSi. A functional test (such as a short circuit) of activated spare element 140 # i is performed to determine whether or not the spare element is defective (steps ST3 and ST4). If the function test result of spare element 140 # i indicates the presence of a defect, the process proceeds to step ST5. Address program circuit 142 # i and spare element 140 # i cannot be used. Therefore, i is incremented by one and the program operation for next address program circuit 142 # i + 1 is performed again. On the other hand, when spare element 140 # i is normal, an address signal is applied to address program circuit 142 # i to select spare element 140 # i and a functional test of spare element 140 # i is performed (step) ST6).

この場合、スペアエレメント140♯iが正常に動作しているため、単にスペアエレメント140♯iが選択状態へ駆動されるか否かを判定するだけでよいので、データの書込/読出を行なうことによりこの正常/不良は識別することができる。このステップST6の機能テスト結果において、不良が存在することが示された場合、アドレスプログラム回路142♯iにおいて不良が存在している。不良判定ステップST7において、アドレスプログラム回路142♯iにおいて不良が存在すると判定された場合には、ステップST5において、iを1増分し、次のアドレスプログラム回路142♯i+1に対しプログラム動作を行ない、再ステップST2以降の動作を繰返し実行する。   In this case, since spare element 140 # i is operating normally, it is only necessary to determine whether or not spare element 140 # i is driven to the selected state, so that data writing / reading is performed. This normal / bad can be identified. If the result of the functional test in step ST6 indicates that a defect exists, the address program circuit 142 # i has a defect. If it is determined in defect determination step ST7 that there is a defect in address program circuit 142 # i, i is incremented by 1 in step ST5, and the program operation is performed for the next address program circuit 142 # i + 1. The operations after step ST2 are repeatedly executed.

ステップST7において、正常であるという判定が行なわれた場合には、このアドレスプログラム回路142♯iおよびスペアエレメント140♯iが正常に動作しているため、アドレスのプログラムが正常に行なわれ、通常動作モードでも、確実に、不良エレメントの救済を行なうことができる。この動作を、各不良アドレスそれぞれに対して実行する。   If it is determined in step ST7 that it is normal, address program circuit 142 # i and spare element 140 # i are operating normally, so that address programming is performed normally and normal operation is performed. Even in the mode, it is possible to surely repair a defective element. This operation is executed for each defective address.

ステップST1、ステップST3およびST4が行なわれ、スペアエレメント140♯iの正常/異常が、スペア活性化信号SAT♯iに従って行なわれ、スペアエレメント140♯iが正常と判定されたときに、対応のアドレスプログラム回路142♯iのプログラムが行なわれる手法が用いられてもよい。   Steps ST1, ST3 and ST4 are performed, normal / abnormal of spare element 140 # i is performed according to spare activation signal SAT # i, and when spare element 140 # i is determined to be normal, the corresponding address A technique in which program circuit 142 # i is programmed may be used.

図29は、図27に示すアドレスプログラム回路142♯1〜142♯nの構成を概略的に示す図である。図29においては、アドレスプログラム回路142♯iを代表的に示す。   FIG. 29 schematically shows a configuration of address program circuits 142 # 1-142 # n shown in FIG. FIG. 29 representatively shows address program circuit 142 # i.

図29において、アドレスプログラム回路142♯iは、アドレス信号ビットA0〜Akそれぞれに対応して設けられアンチヒューズ回路150−0〜150−kと、アドレス信号ビットA0〜Akそれぞれに対応して設けられ、アドレスビットA0〜Akと対応のアンチヒューズ回路150−0〜150−kの出力信号を受ける不一致検出回路152−0〜152−kと、出力信号線156に並列に結合され、それぞれのゲートに不一致検出回路152−0〜152−kの出力信号を受けるnチャネルMOSトランジスタ154−0〜154−kと、出力信号線156をプリチャージ指示信号φPRGに従って電源電圧VccレベルにプリチャージするPチャネルMOSトランジスタで構成されるプリチャージ回路158を含む。   29, address program circuit 142 # i is provided corresponding to each of address signal bits A0-Ak, and provided corresponding to each of antifuse circuits 150-0-150-k and address signal bits A0-Ak. Are coupled in parallel to the mismatch signal detection circuit 152-0 to 152-k receiving the output signals of the antifuse circuits 150-0 to 150-k corresponding to the address bits A0 to Ak, and the output signal line 156, respectively. N-channel MOS transistors 154-0 to 154-k receiving the output signals of mismatch detection circuits 152-0 to 152-k, and P-channel MOS for precharging output signal line 156 to power supply voltage Vcc level in accordance with precharge instruction signal φPRG A precharge circuit 158 including a transistor is included.

アンチヒューズ回路150−0〜150−kは、それぞれ、キャパシタ型アンチヒューズを含み、キャパシタ型アンチヒューズの溶断/非溶断により対応のアドレス信号ビットがプログラムされる。通常動作モード時においては、溶断/非溶断を示す信号(BLOWまたは/BLOW)が出力される。次に、この図29に示すアドレスプログラム回路142♯iの動作について説明する。   Each of the antifuse circuits 150-0 to 150-k includes a capacitor type antifuse, and a corresponding address signal bit is programmed by blowing or not blowing the capacitor type antifuse. In the normal operation mode, a signal (BLOW or / BLOW) indicating blowing / non-melting is output. Next, the operation of address program circuit 142 # i shown in FIG. 29 will be described.

アドレス信号ADDが与えられると、まずアドレス信号ビットA0〜Akが、不一致検出回路152−0〜152−kのそれぞれの第1の入力へ与えられる。また、アンチヒューズ回路150−0〜150−kが、そのキャパシタ型アンチヒューズの状態に従って、信号を出力する。アンチヒューズ回路150−0〜150−kからの出力信号パターンがアドレス信号ビットパターンA0〜Akと一致している場合、不一致検出回路152−0〜152−kの出力信号はすべてLレベルとなり、MOSトランジスタ154−0〜154−kは非導通状態であり、出力信号線156からの信号MAは、Hレベルに保持される。   When address signal ADD is applied, address signal bits A0 to Ak are first applied to respective first inputs of mismatch detection circuits 152-0 to 152-k. The antifuse circuits 150-0 to 150-k output signals according to the state of the capacitor type antifuse. When the output signal patterns from the antifuse circuits 150-0 to 150-k match the address signal bit patterns A0 to Ak, the output signals of the mismatch detection circuits 152-0 to 152-k all become L level, and the MOS Transistors 154-0 to 154-k are non-conductive, and signal MA from output signal line 156 is held at the H level.

一方、1ビットでも不一致が存在する場合、不一致検出回路150−0〜150−kの少なくとも1つの出力信号がHレベルとなる。応じて、MOSトランジスタ154−0〜154−kの少なくとも1つが導通状態となり、出力信号線156は接地電圧レベルに放電され、信号MAはLレベルとなる。この信号MAがHレベルのとき、不良アドレスがアドレス指定されるため、対応のスペアエレメントが活性化され、不良アドレスの救済が行なわれる。   On the other hand, when there is a mismatch even with one bit, at least one output signal of the mismatch detection circuits 150-0 to 150-k becomes H level. Accordingly, at least one of MOS transistors 154-0 to 154-k is turned on, output signal line 156 is discharged to the ground voltage level, and signal MA goes to L level. When this signal MA is at the H level, the defective address is addressed, so that the corresponding spare element is activated and the defective address is relieved.

アンチヒューズ回路150−0〜150−kは、それぞれの出力信号が、不良アドレスのビットと一致する構成であればよく、先の実施の形態のいずれが用いられてもよい。   The antifuse circuits 150-0 to 150-k only have to have a configuration in which each output signal matches the bit of the defective address, and any of the previous embodiments may be used.

図30は、図27に示す切換回路の構成の一例を示す図である。図30において、切換回路144♯i(144♯1〜144♯n)は、テストモード指示信号TESTを反転するインバータ160と、テストモード指示信号TESTとインバータ150の出力信号に応答して導通し、スペア活性化信号SAT♯iを通過させるCMOSトランスミッションゲート162と、テストモード指示信号TESTとインバータ160の出力信号に応答して、CMOSトランスミッションゲート162と相補的に導通して、対応のアドレスプログラム回路の出力信号MAiを通過させるCMOSトランスミッションゲート164を含む。これらのCMOSトランスミッションゲート162および164の出力信号が、スペア選択信号SSiとしてスペアエレメント選択回路へ与えられる。   FIG. 30 is a diagram showing an example of the configuration of the switching circuit shown in FIG. In FIG. 30, switching circuit 144 # i (144 # 1-144 # n) conducts in response to inverter 160 for inverting test mode instruction signal TEST, and output signals of test mode instruction signal TEST and inverter 150, Responsive to CMOS transmission gate 162 that passes spare activation signal SAT # i, test mode instruction signal TEST, and the output signal of inverter 160, and complementary to CMOS transmission gate 162, the corresponding address program circuit A CMOS transmission gate 164 that passes the output signal MAi is included. Output signals of these CMOS transmission gates 162 and 164 are applied as spare selection signal SSi to the spare element selection circuit.

この図30に示す構成においては、CMOSトランスミッションゲートにより、動作モードに応じて、外部または内部で生成されるテスト用のスペア活性化信号SAT♯iおよび対応のアドレスプログラム回路からの出力信号MAiの一方が選択されて、スペアエレメント選択回路へ伝達される。これにより動作モードに応じて、スペアエレメント選択回路を移動する信号経路を切換えることができる。   In the structure shown in FIG. 30, one of test spare activation signal SAT # i generated externally or internally and one of output signal MAi from the corresponding address program circuit is generated according to the operation mode by the CMOS transmission gate. Is selected and transmitted to the spare element selection circuit. Thus, the signal path for moving the spare element selection circuit can be switched according to the operation mode.

図31(A)は、図27に示すスペアエレメント選択回路の構成の一例を示す図である。図31(A)においては、スペアエレメントがスペアワード線SWLの場合の、スペアエレメント選択回路の構成を示す。   FIG. 31A shows an example of the configuration of the spare element selection circuit shown in FIG. FIG. 31A shows a configuration of a spare element selection circuit when the spare element is a spare word line SWL.

図31(A)において、スペアエレメント選択回路146♯iは、対応の切換回路から与えられるスペアエレメント活性化信号SSiを受けるインバータ回路170と、高電圧ノードとスペアワード線SWLの間に接続され、インバータ回路170の出力信号がLレベルのとき導通し、スペアワード線SWLを高電圧Vppレベルに充電するPチャネルMOSトランジスタ171と、インバータ回路170の出力信号がHレベルのとき導通し、スペアワード線SWLを接地電圧レベルに放電するnチャネルMOSトランジスタ172を含む。スペアワード線SWLは、選択状態時において、高電圧Vppレベルに駆動される。   In FIG. 31A, spare element selection circuit 146 # i is connected between inverter circuit 170 receiving spare element activation signal SSi provided from the corresponding switching circuit, between the high voltage node and spare word line SWL, Conductive when the output signal of inverter circuit 170 is at L level and conductive when P channel MOS transistor 171 charges spare word line SWL to high voltage Vpp level, and when the output signal of inverter circuit 170 is at H level, spare word line N channel MOS transistor 172 for discharging SWL to the ground voltage level is included. Spare word line SWL is driven to the high voltage Vpp level in the selected state.

対応のアドレスプログラム回路において、一致が検出された場合、対応のアドレスプログラム回路の出力信号MAiはHレベルである。したがってインバータ回路170の出力信号がLレベルとなり、スペアワード線SWLが選択状態へ駆動される。これにより、冗長置換による不良救済が行なわれる。   When a match is detected in the corresponding address program circuit, output signal MAi of the corresponding address program circuit is at the H level. Therefore, the output signal of inverter circuit 170 becomes L level, and spare word line SWL is driven to the selected state. Thereby, defect repair by redundant replacement is performed.

なお、インバータ回路170はレベル変換機能を備えていてもよく、またスペアワード線SWLがLレベルのときに、インバータ回路170の出力部を高電圧Vppレベルに充電するPチャネルMOSトランジスタが設けられるいわゆる「ハーフラッチ」型ワード線ドライブ回路が用いられてもよい。このスペアエレメント選択回路の構成は任意である。スペアワード線SWLは階層構造を有していてもよく、さらに、スペアデコーダが設けられており、複数のスペアワード線のうちのひとつのスペアサブワード線が選択状態へ駆動する構成が用いられてもよい。   Inverter circuit 170 may have a level conversion function, and when the spare word line SWL is at L level, a so-called P channel MOS transistor is provided for charging the output part of the inverter circuit 170 to the high voltage Vpp level. A “half latch” type word line drive circuit may be used. The configuration of the spare element selection circuit is arbitrary. Spare word line SWL may have a hierarchical structure, and further, a spare decoder is provided, and a configuration in which one spare sub word line of a plurality of spare word lines is driven to a selected state is used. Good.

対応のアドレスプログラム回路からの一致検出信号に従って対応のスペアエレメントがスペア選択回路により選択状態へ駆動されればよい。   The corresponding spare element may be driven to the selected state by the spare selection circuit in accordance with the coincidence detection signal from the corresponding address program circuit.

図31(B)は、スペアエレメント選択回路の他の構成を示す図である。図31(B)においては、スペアエレメントがスペアメモリセル列の場合のスペアエレメント選択回路の構成を示す。   FIG. 31B is a diagram showing another configuration of the spare element selection circuit. FIG. 31B shows a configuration of a spare element selection circuit when the spare element is a spare memory cell column.

図31(B)において、スペアエレメント選択回路146♯iは、スペア選択信号SSiを受けるインバータ回路173と、電源電圧Vccおよび接地電圧を動作電源電圧として受けて動作し、インバータ173の出力信号を反転してスペアコラム選択信号SCSLを出力するCMOSインバータを含む。このCMOSインバータは、出力ノードと接地ノードの間に直列に接続され、かつそれぞれのゲートにインバータ回路173の出力信号を受けるPチャネルMOSトランジスタ174およびnチャネルMOSトランジスタ175を含む。   In FIG. 31B, spare element selection circuit 146 # i operates by receiving inverter circuit 173 receiving spare selection signal SSi, power supply voltage Vcc and ground voltage as operating power supply voltages, and inverting the output signal of inverter 173. And a CMOS inverter for outputting spare column selection signal SCSL. This CMOS inverter includes a P-channel MOS transistor 174 and an n-channel MOS transistor 175 connected in series between an output node and a ground node and receiving the output signal of inverter circuit 173 at each gate.

この図31(B)に示す構成においては、スペア選択信号SSiがHレベルのとき(一致検出信号MAiがHレベルのとき)、インバータ回路173の出力信号がLレベルとなり、応じて、スペアコラム選択信号SCSLがHレベルへ駆動される。これにより、不良列のスペア列置換により救済が行なわれる。   In the configuration shown in FIG. 31B, when spare selection signal SSi is at H level (when coincidence detection signal MAi is at H level), the output signal of inverter circuit 173 is at L level, and accordingly, spare column selection is performed. Signal SCSL is driven to the H level. Thus, the repair is performed by replacing the defective column with the spare column.

スペア選択信号SSiがLレベルのときには、スペアコラム選択信号SCSLはLレベルであり、冗長置換は行なわれない。   When spare selection signal SSi is at L level, spare column selection signal SCSL is at L level and redundant replacement is not performed.

[変更例]
図32は、この発明の実施の形態8の変更例の動作を示すフロー図である。以下、図32に示すフロー図を参照して、この発明の実施の形態8の変更例の動作について説明する。
[Example of change]
FIG. 32 is a flowchart showing the operation of the modification of the eighth embodiment of the present invention. The operation of the modification of the eighth embodiment of the present invention will be described below with reference to the flowchart shown in FIG.

この変更例においては、スペアエレメントそれぞれに対してアドレスプログラム回路が設けられる。スペア選択回路も同様、スペアエレメントに対して設けられるが、切換回路は設けられない。   In this modification, an address program circuit is provided for each spare element. Similarly, a spare selection circuit is provided for a spare element, but no switching circuit is provided.

まず、初期設定が行なわれる(iを1に設定する)(ステップST11)。次いで、このアドレスプログラム回路142♯iに対する不良アドレスのプログラムが行なわれる(ステップST12)。次いで、このアドレスプログラム回路を動作させ、対応のスペアエレメントを選択状態へ駆動し、スペアエレメントの機能テストを実行する(ステップST13)。   First, initialization is performed (i is set to 1) (step ST11). Then, a defective address is programmed for address program circuit 142 # i (step ST12). Next, this address program circuit is operated, the corresponding spare element is driven to the selected state, and a function test of the spare element is executed (step ST13).

この機能テストに基づいて、スペアエレメントに不良が存在しているか否かの判定がステップST14において行なわれる。不良が存在する場合、アドレスプログラム回路142♯iおよびスペアエレメント140♯iの少なくとも一方が不良である。この場合には、アドレスプログラム回路142♯iおよびスペアエレメント140♯iは使用せず、次のアドレスプログラム回路およびスペアエレメントの組を選択するために、iを1増分する(ステップST1)。次いで再び、ステップST12以降の処理が行なわれる。   Based on this functional test, it is determined in step ST14 whether or not there is a defect in the spare element. When a defect exists, at least one of address program circuit 142 # i and spare element 140 # i is defective. In this case, address program circuit 142 # i and spare element 140 # i are not used, and i is incremented by 1 to select the next set of address program circuit and spare element (step ST1). Next, the processes after step ST12 are performed again.

ステップST14において、正常であると判定されると、アドレスプログラム回路142♯iおよび対応のスペアエレメント140♯iは正常に機能しているため、不良アドレスのプログラム動作が完了する。次いで、次の不良アドレスのプログラムが行なわれる。不良アドレスのプログラムがすべて完了すると、不良救済のためのプログラム処理が完了する。   If it is determined in step ST14 that it is normal, address program circuit 142 # i and corresponding spare element 140 # i are functioning normally, and the defective address programming operation is completed. Next, the next defective address is programmed. When all the defective address programs are completed, the program processing for defect repair is completed.

この変更例の処理手順においては、テストモード指示信号TESTを用いて、切換回路を利用する必要はない。単に、アドレスプログラム回路およびスペアエレメントの組の良/不良を判定し、不良の場合には、この不良の組を別のアドレスプログラム回路およびスペアエレメントで置換する。これにより、プログラムに要する時間を短縮することができる。   In the processing procedure of this modification, it is not necessary to use the switching circuit using the test mode instruction signal TEST. Simply, it is determined whether the address program circuit and spare element set is good or bad, and if it is defective, the defective set is replaced with another address program circuit and spare element. Thereby, the time required for the program can be shortened.

以上のように、この発明の実施の形態8に従えば、不良通常エレメント救済のための不良救済回路を冗長構成としているため、たとえばキャパシタ型アンチヒューズの不良によりプログラム不良が生じても、別のアドレスプログラム回路で置換することができ、チップ歩留りの低下を低減することができる。   As described above, according to the eighth embodiment of the present invention, since the defect relief circuit for relieving a defective normal element has a redundant configuration, for example, even if a program failure occurs due to a failure of a capacitor type antifuse, It can be replaced by an address program circuit, and a reduction in chip yield can be reduced.

なお、この実施の形態8においては、アンチヒューズ回路に使われるキャパシタ型アンチヒューズは、メモリセルキャパシタまたはトランジスタと同一構造の容量素子で構成されるのが好ましい。しかしながら、通常のキャパシタまたはMOSキャパシタで構成されても本実施の形態8は適用可能である。   In the eighth embodiment, it is preferable that the capacitor type antifuse used in the antifuse circuit is composed of a capacitor element having the same structure as the memory cell capacitor or transistor. However, the eighth embodiment can be applied even if it is constituted by a normal capacitor or a MOS capacitor.

[実施の形態9]
図33は、この発明の実施の形態9に従う半導体装置の要部の構成を示す図である。図33において、この半導体装置は、電源ノード179から一定の電流を供給する定電流源180と、定電流源180からの電流を電圧に変換して基準電圧Vrefを生成するプログラマブル抵抗回路182と、このプログラマブル抵抗回路182の抵抗値を調整するためのアンチヒューズ回路185−1〜158−mを含む。プログラマブル抵抗回路182は、出力ノードと接地ノードの間に直列に接続される抵抗素子R0〜Rmと、抵抗素子R1〜Rmそれぞれと並列に設けられ、それぞれのゲートにアンチヒューズ回路185−1〜185−mの出力信号を受けるnチャネルMOSトランジスタTR1〜TRmを含む。
[Embodiment 9]
FIG. 33 shows a structure of a main portion of the semiconductor device according to the ninth embodiment of the present invention. 33, the semiconductor device includes a constant current source 180 that supplies a constant current from a power supply node 179, a programmable resistance circuit 182 that converts a current from the constant current source 180 into a voltage and generates a reference voltage Vref, Anti-fuse circuits 185-1 to 158-m for adjusting the resistance value of this programmable resistance circuit 182 are included. The programmable resistance circuit 182 is provided in parallel with each of the resistance elements R0 to Rm connected in series between the output node and the ground node, and the resistance elements R1 to Rm, and anti-fuse circuits 185-1 to 185 are provided at the respective gates. N-channel MOS transistors TR1 to TRm that receive an output signal of −m are included.

アンチヒューズ回路185−1〜185−mは、実施の形態1から7のキャパシタ型アンチヒューズを有し、対応のトランジスタの導通/非導通状態に応じてこのキャパシタ型アンチヒューズのプログラムが行なわれる。   Antifuse circuits 185-1 to 185-m have the capacitor type antifuses of the first to seventh embodiments, and the capacitor type antifuses are programmed according to the conduction / non-conduction state of the corresponding transistor.

トランジスタTR1〜TRmのうち導通するトランジスタの数が少なくなれば、プログラマブル抵抗回路182の抵抗値が増加し、基準電圧Vrefの電圧レベルが上昇する。一方、トランジスタTR1〜TRmのうち導通するトランジスタの数が少なくなれば、プログラマブル抵抗回路182の抵抗値が小さくなり、基準電圧Vrefの電圧レベルが低下する。したがってアンチヒューズ回路185−1〜185−nに含まれるキャパシタ型アンチヒューズのプログラムを行なうことにより、このプログラマブル抵抗回路182の抵抗値を調整して、最適なレベルの基準電圧Vrefを生成することができる。   If the number of conducting transistors among the transistors TR1 to TRm decreases, the resistance value of the programmable resistance circuit 182 increases and the voltage level of the reference voltage Vref increases. On the other hand, if the number of conducting transistors among the transistors TR1 to TRm decreases, the resistance value of the programmable resistance circuit 182 decreases, and the voltage level of the reference voltage Vref decreases. Therefore, the resistance value of the programmable resistor circuit 182 can be adjusted by programming the capacitor type antifuse included in the antifuse circuits 185-1 to 185-n to generate the reference voltage Vref at the optimum level. it can.

アンチヒューズ回路185−1〜185−mを利用する場合、テスト動作モード時において、アンチヒューズ回路185−1〜185−mに対して適当な切換信号(AD)を印加して、トランジスタTR1〜TRmのうち、非導通状態とすべきトランジスタを等価的にプログラムすることができる。テストモード時に得られたデータに基づいてアンチヒューズ回路185−1〜185−mのプログラムが実行される。プログラマブル抵抗回路182の抵抗値の最適化を行なう場合、高電圧を印加することなくキャパシタ型アンチヒューズを非導通状態としてアンチヒューズ回路の出力信号を切換信号(AD)により設定してテスト動作モード時にアンチヒューズ回路185−1〜185−mから制御信号を生成することができる。プログラム時においては、高電圧を印加し、かつその最適値に応じた信号パターンを、アンチヒューズ回路185−1〜185−mに印加する。これにより、テスト動作モードおよびプログラム動作モード時において、アンチヒューズ回路185−1〜185−mをともに利用することができ、回路構成が簡略化される。   When the antifuse circuits 185-1 to 185-m are used, an appropriate switching signal (AD) is applied to the antifuse circuits 185-1 to 185-m in the test operation mode, and the transistors TR1 to TRm are applied. Of these, the transistors to be turned off can be programmed equivalently. Based on the data obtained in the test mode, the antifuse circuits 185-1 to 185-m are executed. When optimizing the resistance value of the programmable resistance circuit 182, the capacitor type antifuse is set in a non-conductive state without applying a high voltage, and the output signal of the antifuse circuit is set by the switching signal (AD) in the test operation mode. A control signal can be generated from the antifuse circuits 185-1 to 185-m. At the time of programming, a high voltage is applied and a signal pattern corresponding to the optimum value is applied to the antifuse circuits 185-1 to 185-m. Thereby, both the antifuse circuits 185-1 to 185-m can be used in the test operation mode and the program operation mode, and the circuit configuration is simplified.

[変更例]
図34は、この発明の実施の形態9の変更例の構成を示す図である。図34に示す構成においては、アンチヒューズ回路190からの出力信号φopが、動作モード指定信号として用いられる。この信号φopに従って、半導体装置の動作モードが指定される。この信号φopは、また、語構成(データビット数)を設定するために用いられてもよい。従来、ボンディングによる設定またはマスク配置による設定が行なわれていた語構成および動作モードなどのいわゆる「ボンディングオプション」機能を、このアンチヒューズ回路190の出力信号φopに従って設定することができる。この場合、モードまたは語構成切換のためのパッドが不要となる。
[Example of change]
FIG. 34 shows a structure of a modification of the ninth embodiment of the present invention. In the configuration shown in FIG. 34, output signal φop from antifuse circuit 190 is used as an operation mode designation signal. The operation mode of the semiconductor device is designated according to this signal φop. This signal φop may also be used to set the word configuration (number of data bits). A so-called “bonding option” function such as a word configuration and an operation mode that has been conventionally set by bonding or mask arrangement can be set in accordance with the output signal φop of the antifuse circuit 190. In this case, a pad for switching the mode or word configuration becomes unnecessary.

また、アンチヒューズ回路は、従来、レーザビームなどにより溶断/非溶断が行なわれていたレーザトリミング工程において用いられるヒューズ素子に代えて利用することができる。この場合には、アンチヒューズ回路と、その出力信号に応答して導通/非導通となるスイッチングトランジスタの組合せが、ヒューズ素子に代えて利用される。   Further, the antifuse circuit can be used in place of a fuse element used in a laser trimming process that has conventionally been blown / not blown by a laser beam or the like. In this case, a combination of an anti-fuse circuit and a switching transistor that becomes conductive / non-conductive in response to the output signal is used in place of the fuse element.

メモリセルキャパシタを利用する場合、このメモリセルキャパシタの構成は、3次元構造を有していればよい。スタックトキャパシタの場合、このキャパシタ構造は、円筒型、T字型、フィン型等いずれの構成を備えていてもよい。また、トレンチ構造のキャパシタであっても、本発明は適用可能である。   When a memory cell capacitor is used, the memory cell capacitor only needs to have a three-dimensional structure. In the case of a stacked capacitor, the capacitor structure may have any configuration such as a cylindrical shape, a T-shape, or a fin shape. Further, the present invention can be applied even to a capacitor having a trench structure.

また、特にメモリセルキャパシタを利用しないMOSキャパシタ構成の場合、MOSICであれば本発明は適用可能である。   In particular, in the case of a MOS capacitor configuration that does not use a memory cell capacitor, the present invention can be applied to any MOSIC.

この発明に従う半導体装置の全体の構成を概略的に示す図である。1 schematically shows an entire configuration of a semiconductor device according to the present invention. FIG. 図1に示す冗長置換制御回路の構成を概略的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of a redundant replacement control circuit shown in FIG. 1. 図2に示すプログラム回路の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a program circuit shown in FIG. 2. 図3に示すプログラム回路の内部構造を概略的に示す図である。FIG. 4 schematically shows an internal structure of the program circuit shown in FIG. 3. この発明の実施の形態1の変更例1の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the modification 1 of Embodiment 1 of this invention. (A)は、この発明の実施の形態1の変更例2の構成を示し、(B)は、(A)に示す構成の電気的等価回路を示す図である。(A) shows a configuration of a second modification of the first embodiment of the present invention, and (B) shows an electrical equivalent circuit of the configuration shown in (A). この発明の実施の形態1の変更例3の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the modification 3 of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1の変更例4の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the modification 4 of Embodiment 1 of this invention. (A)は、この発明の実施の形態2に従うプログラム素子の構成を示し、(B)は、その(A)に示す構成の電気的等価回路を示す図である。(A) shows a configuration of a program element according to the second embodiment of the present invention, and (B) shows an electrical equivalent circuit of the configuration shown in (A). (A)は、この発明の実施の形態2に従うアンチヒューズ回路の構成を概略的に示し、(B)は、(A)に示すアンチヒューズ回路の動作を示す信号波形図である。(A) schematically shows a configuration of an antifuse circuit according to the second embodiment of the present invention, and (B) is a signal waveform diagram showing an operation of the antifuse circuit shown in (A). (A)は、この発明の実施の形態3に従うプログラム素子の断面構造を示し、(B)は、(A)に示す構成の平面レイアウトを概略的に示す図である。(A) shows a cross-sectional structure of a program element according to the third embodiment of the present invention, and (B) schematically shows a planar layout of the configuration shown in (A). (A)は、この発明の実施の形態3の変更例の断面構造を示し、(B)は、(A)に示す構成の平面レイアウトを概略的に示す図である。(A) shows a cross-sectional structure of a modified example of Embodiment 3 of the present invention, and (B) schematically shows a planar layout of the configuration shown in (A). この発明の実施の形態3の変更例2の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the modification 2 of Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4に従うアンチヒューズ回路の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the antifuse circuit according to Embodiment 4 of this invention. (A)は、図14に示すアンチヒューズ回路のプログラム動作モード時の印加電圧を示し、(B)は、(A)に示す構成の電気的等価回路を示す図である。(A) shows the applied voltage in the program operation mode of the antifuse circuit shown in FIG. 14, and (B) is a diagram showing an electrical equivalent circuit of the configuration shown in (A). (A)は、図14に示す回路の、ヒューズのブロー時の印加電圧を示す図であり、(B)は、(A)に示す回路の電気的等価回路を示す図である。(A) is a figure which shows the applied voltage at the time of the blow of a fuse of the circuit shown in FIG. 14, (B) is a figure which shows the electrical equivalent circuit of the circuit shown to (A). (A)は、図14に示す通常動作モード時の印加電圧を示し、(B)は、(A)に示す回路の電気的等価回路を示す図である。(A) shows the applied voltage in the normal operation mode shown in FIG. 14, and (B) shows an electrical equivalent circuit of the circuit shown in (A). 図14に示す制御信号を発生する部分の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the part which generate | occur | produces the control signal shown in FIG. この発明の実施の形態5におけるキャパシタの耐圧特性を示す図である。It is a figure which shows the pressure | voltage resistant characteristic of the capacitor in Embodiment 5 of this invention. (A)および(B)は、非対称耐圧特性を説明するための図である。(A) And (B) is a figure for demonstrating an asymmetric pressure | voltage resistant characteristic. (A)は、この発明の実施の形態5におけるプログラム時の印加電圧方向を示し、(B)は、この発明の実施の形態5における通常動作モード時のキャパシタ印加電圧の方向を示す図である。(A) shows the direction of applied voltage at the time of programming in the fifth embodiment of the present invention, and (B) is a diagram showing the direction of capacitor applied voltage in the normal operation mode in the fifth embodiment of the present invention. . (A)は、この発明の実施の形態6のプログラム時の電圧印加方向を示し、(B)は、この発明の実施の形態6の通常動作モード時のキャパシタへの印加電圧の方向を示す図である。(A) shows the direction of voltage application during programming according to the sixth embodiment of the present invention, and (B) shows the direction of voltage applied to the capacitor during the normal operation mode according to the sixth embodiment of the present invention. It is. (A)は、図22(A)および(B)に示す電圧印加を行なうアンチヒューズ回路の構成を概略的に示す図であり、(B)は、(A)に示す回路の動作を示す信号波形図である。(A) is a diagram schematically showing a configuration of an antifuse circuit for applying a voltage shown in FIGS. 22 (A) and (B), and (B) is a signal showing an operation of the circuit shown in (A). It is a waveform diagram. 図23(A)に示す制御信号を発生する部分の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the part which generate | occur | produces the control signal shown to FIG. 23 (A). (A)は、この発明の実施の形態7に従うアンチヒューズ回路の構成を概略的に示す図であり、(B)は、(A)に示す回路の動作を示す信号波形図である。(A) is a figure which shows roughly the structure of the antifuse circuit according to Embodiment 7 of this invention, (B) is a signal waveform diagram which shows operation | movement of the circuit shown to (A). 図25(A)に示す制御信号発生部の構成を概略的に示す図である。FIG. 26 is a diagram schematically showing a configuration of a control signal generation unit shown in FIG. この発明の実施の形態8に従う不良救済回路の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the defect relief circuit according to Embodiment 8 of this invention. 図27に示す構成におけるプログラム手順を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the program procedure in the structure shown in FIG. 図27に示すアドレスプログラム回路の構成を概略的に示す図である。FIG. 28 schematically shows a configuration of an address program circuit shown in FIG. 27. 図27に示す切換回路の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the switching circuit shown in FIG. (A)および(B)は、図27に示すスペアエレメント選択回路の構成を示す図である。(A) and (B) are diagrams showing a configuration of a spare element selection circuit shown in FIG. この発明の実施の形態8の変更例の動作を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the operation | movement of the example of a change of Embodiment 8 of this invention. この発明の実施の形態9の半導体装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the semiconductor device of Embodiment 9 of this invention. この発明の実施の形態9の変更例を示す図である。It is a figure which shows the example of a change of Embodiment 9 of this invention. 従来のアンチヒューズ回路の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the conventional antifuse circuit. (A)は、図35に示す回路のプログラム時の動作を示す信号波形図であり、(B)は、図35に示す回路の通常動作モード時の動作を示す信号波形図である。(A) is a signal waveform diagram showing the operation of the circuit shown in FIG. 35 during programming, and (B) is a signal waveform diagram showing the operation of the circuit shown in FIG. 35 in the normal operation mode.

符号の説明Explanation of symbols

2 ノーマルアレイ、3 スペアアレイ、5 通常セル選択回路、6 冗長置換制御回路、7 冗長セル選択回路、6a プログラム制御回路、6b プログラム回路、6c 比較/判定回路、WL0〜WL1 ワード線、BL0,/BL0,BL1,/BL1 ビット線、MC メモリセル、MT アクセストランジスタ、MS メモリセルキャパシタ、PRa〜PRn プログラム単位素子、T MOSトランジスタ、S 容量素子、10 ワード線相当導電層、11a〜11n ビット線相当導電層、12 導電配線、13 セルプレート線相当導電配線、PRp〜PRu プログラム単位素子、25 セルプレート線相当導電配線、26 ビット線相当導電配線、27p〜27u ワード線相当導電配線、31 Nウェル、32a〜32d 不純物領域、34a,34b,135 導電層、DPRa,DPRb ダミープログラム単位エレメント、6ba アンチヒューズ配置領域、6bb プログラム周辺回路、MA メモリアレイ、40 キャパシタ型アンチヒューズ、41 デカップリングトランジスタ、57 ストレージノード相当導電層、59 セルプレート線相当導電層、60 上層配線、61 コンタクト孔、73 ゲート電極層、74 上層導電配線、76 コンタクト孔、71a,71b 不純物領域、77 Nウェル、80a,80b キャパシタ型アンチヒューズ、81a,81b MOSトランジスタ、82 デカップリングトランジスタ、85 判定部、100 キャパシタ型アンチヒューズ、104 デカップリングトランジスタ、106 PチャネルMOSトランジスタ、107 nチャネルMOSトランジスタ、105 インバータ回路、120 ラッチ回路、140♯1〜140♯m スペアエレメント、142♯1〜142♯m アドレスプログラム回路、144♯1〜144♯m 切換回路、146♯1〜146♯m スペアエレメント選択回路、150−0〜150−k アンチヒューズ回路、152−0〜152−k 不一致検出回路、154−0〜154−k MOSトランジスタ、156 出力信号線、158 プリチャージ回路、185−1〜185−m,190 アンチヒューズ回路、182 プログラマブル抵抗回路。   2 normal array, 3 spare array, 5 normal cell selection circuit, 6 redundant replacement control circuit, 7 redundant cell selection circuit, 6a program control circuit, 6b program circuit, 6c comparison / determination circuit, WL0 to WL1 word line, BL0, / BL0, BL1, / BL1 bit line, MC memory cell, MT access transistor, MS memory cell capacitor, PRa to PRn program unit element, TMOS transistor, S capacitor element, 10 word line equivalent conductive layer, 11a to 11n bit line equivalent Conductive layer, 12 conductive wiring, 13 cell plate line equivalent conductive wiring, PRp to PRu program unit element, 25 cell plate line equivalent conductive wiring, 26 bit line equivalent conductive wiring, 27p to 27u word line equivalent conductive wiring, 31 N well, 32a to 32d impurity regions , 34a, 34b, 135 conductive layer, DPRa, DPRb dummy program unit element, 6ba antifuse placement region, 6bb program peripheral circuit, MA memory array, 40 capacitor type antifuse, 41 decoupling transistor, 57 storage node equivalent conductive layer, 59 cell plate line equivalent conductive layer, 60 upper layer wiring, 61 contact hole, 73 gate electrode layer, 74 upper layer conductive wiring, 76 contact hole, 71a, 71b impurity region, 77 N well, 80a, 80b capacitor type antifuse, 81a, 81b MOS transistor, 82 decoupling transistor, 85 determination unit, 100 capacitor type antifuse, 104 decoupling transistor, 106 P channel MOS transistor, 10 7 n-channel MOS transistor, 105 inverter circuit, 120 latch circuit, 140 # 1-140 # m spare element, 142 # 1-142 # m address program circuit, 144 # 1-144 # m switching circuit, 146 # 1-146 #M Spare element selection circuit, 150-0 to 150-k antifuse circuit, 152-0 to 152-k mismatch detection circuit, 154-0 to 154-k MOS transistor, 156 output signal line, 158 precharge circuit, 185 -1 to 185-m, 190 Antifuse circuit, 182 Programmable resistance circuit.

Claims (9)

ゲート、ならびに基板領域表面に間をおいて形成されかつ互いに接続される第1および第2の不純物領域を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成されるMOSキャパシタを備え、前記ゲートは、前記第1および第2の不純物領域の間のチャネル領域上に形成されるコンタクト孔を介して上層の導電性配線に電気的に接続され、前記第1および第2の不純物領域が前記MOSキャパシタの一方電極となり、かつ前記導電性配線が前記MOSキャパシタの他方電極となり、および
プログラム動作モード時、前記MOSキャパシタの一方および他方電極間にプログラム電圧を印加するためのプログラム制御回路を備える、半導体装置。
A gate and a MOS capacitor formed of an insulated gate field effect transistor having a first and a second impurity region formed on the surface of the substrate region and connected to each other; And electrically connected to the upper conductive wiring via a contact hole formed on the channel region between the first and second impurity regions, and the first and second impurity regions serve as one electrode of the MOS capacitor. And a conductive control line serving as the other electrode of the MOS capacitor, and a program control circuit for applying a program voltage between one electrode and the other electrode of the MOS capacitor in a program operation mode.
前記MOSキャパシタの第1および第2の不純物領域は、前記基板領域と同じ導電型を有する、請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the first and second impurity regions of the MOS capacitor have the same conductivity type as the substrate region. 第1および第2の電極ノードを有し、前記第1および第2の電極ノードの印加電圧極性に従って高い耐圧と低い耐圧とを有するプログラム容量素子、および
プログラム動作モード時、前記高い耐圧を与える電圧極性で前記プログラム容量素子にプログラム電圧を印加して前記プログラム容量素子をプログラムし、かつ通常動作モード時前記低い耐圧を与える電圧極性の電圧を前記プログラム容量素子へ印加するプログラム制御回路を備える、半導体装置。
A program capacitor element having first and second electrode nodes and having a high breakdown voltage and a low breakdown voltage according to the applied voltage polarity of the first and second electrode nodes, and a voltage that provides the high breakdown voltage in the program operation mode A semiconductor comprising: a program control circuit for applying a program voltage to the program capacitor element with polarity to program the program capacitor element and applying a voltage with a voltage polarity that gives the low breakdown voltage to the program capacitor element in a normal operation mode apparatus.
第1および第2の電極ノードを有し、前記第1および第2の電極ノード間の印加電圧極性により高い耐圧と低い耐圧とを有するプログラム容量素子、および
プログラム動作モード時、耐圧の低い電圧極性で前記第1および第2の電極間にプログラム電圧を印加し、通常動作モード時には耐圧の低い電圧極性で前記第1および第2の電極間に電圧を印加するプログラム制御回路を備える、半導体装置。
A program capacitor element having first and second electrode nodes and having a high withstand voltage and a low withstand voltage according to the applied voltage polarity between the first and second electrode nodes, and a voltage polarity with a low withstand voltage in the program operation mode A semiconductor device comprising: a program control circuit that applies a program voltage between the first and second electrodes and applies a voltage between the first and second electrodes with a voltage polarity having a low withstand voltage in a normal operation mode.
第1および第2の電極ノードを有し、前記第1および第2の電極ノード間の印加電圧極性により高い耐圧と低い耐圧とを有するプログラム容量素子、および
プログラム動作モード時および通常動作モード時前記第1および第2の電極間に同一極性で電圧を印加するプログラム制御回路を備える、半導体装置。
A program capacitor element having first and second electrode nodes and having a high withstand voltage and a low withstand voltage according to a polarity of an applied voltage between the first and second electrode nodes; and in a program operation mode and a normal operation mode, A semiconductor device comprising a program control circuit for applying a voltage with the same polarity between a first electrode and a second electrode.
各々が情報を記憶するためのキャパシタを有する複数のメモリセルをさらに備え、
前記プログラム容量素子は、前記キャパシタと同一構造の素子を含む、請求項3から5のいずれかに記載の半導体装置。
A plurality of memory cells each having a capacitor for storing information;
The semiconductor device according to claim 3, wherein the program capacitor element includes an element having the same structure as the capacitor.
キャパシタ、
プログラム動作モード時前記キャパシタにプログラム電圧を印加して、記憶情報に応じて選択的に前記キャパシタに絶縁破壊を生じさせ、かつ判定動作モード時において前記キャパシタの記憶情報判定のために、状態判定指示信号に応答してワンショットのパルス信号を前記キャパシタの電極間に印加するプログラム制御回路を備える、半導体装置。
Capacitors,
Applying a program voltage to the capacitor in the program operation mode, causing dielectric breakdown to the capacitor selectively according to the stored information, and determining the stored information of the capacitor in the determination operation mode A semiconductor device comprising a program control circuit for applying a one-shot pulse signal between the electrodes of the capacitor in response to a signal.
前記プログラム制御回路は、前記判定動作モード時、前記キャパシタの第1電極を第1の電圧レベルに設定し、かつ前記状態判定指示信号に応答して前記キャパシタの第2電極を、第2電圧レベルにワンショットパルスの形で判定し、かつ前記判定動作モード完了時、前記第1電圧レベルに前記キャパシタの第2電極をプリチャージする手段を含む、請求項7記載の半導体装置。   In the determination operation mode, the program control circuit sets the first electrode of the capacitor to a first voltage level and sets the second electrode of the capacitor to a second voltage level in response to the state determination instruction signal. 8. The semiconductor device according to claim 7, further comprising means for making a determination in the form of a one-shot pulse and precharging the second electrode of the capacitor to the first voltage level when the determination operation mode is completed. 複数の通常エレメント、
前記複数の通常エレメントの不良通常エレメントを置換救済するための複数の冗長エレメント、および
前記複数の冗長エレメントそれぞれに対応して設けられ、各々がキャパシタの絶縁破壊によりプログラムされる複数のプログラム回路を備え、前記複数のプログラム回路は、前記不良通常エレメントを特定するための情報がプログラムされ、かつ前記複数のプログラム回路および複数の冗長エレメントは、不良プログラム回路および/または対応の不良冗長エレメントを救済することができる、半導体装置。
Multiple regular elements,
A plurality of redundant elements for replacing and repairing defective normal elements of the plurality of normal elements, and a plurality of program circuits provided corresponding to each of the plurality of redundant elements, each programmed by dielectric breakdown of a capacitor The plurality of program circuits are programmed with information for specifying the defective normal element, and the plurality of program circuits and the plurality of redundant elements are used to relieve a defective program circuit and / or a corresponding defective redundant element. Can be a semiconductor device.
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