JP2009054662A - アンチヒューズ素子及びこれを有する半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンチヒューズ素子を絶縁破壊した後の抵抗値のばらつきを抑制する。
【解決手段】ゲート電極１１０と、デプレッション型のチャネル領域１２０と、ゲート電極１１０とチャネル領域１２０との間に設けられたゲート絶縁膜１３０と、チャネル領域１２０と接合する拡散層領域１２２とを備える。チャネル領域１２０から見て拡散層領域１２２とは反対側の領域には、拡散層領域１２２と同電位が与えられる他の電極を介することなく素子分離領域１０４が存在する。これにより、ゲート絶縁膜１３０にかかる電界が不均一となり、拡散層領域１２２に近くなるほど電界強度が高くなることから、拡散層領域１２２に近い部分ほど絶縁破壊が生じる確率が高くなる。
【選択図】図１

Description

本発明はアンチヒューズ素子及びこれを有する半導体装置に関し、特に、絶縁破壊によって電気的に導通させることが可能なアンチヒューズ素子及びこれを有する半導体装置に関する。

ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの半導体装置においては、正常に動作しない不良セルを冗長セルに置換することによって、不良アドレスの救済が行われる。不良アドレスの記憶には、通常、ヒューズ素子が用いられる。つまり、レーザービームの照射によってヒューズ素子を不可逆的に切断することにより、不良アドレスが記憶される。このように、通常のヒューズ素子は、導通状態から絶縁状態に変化させることによって情報を不揮発的に記憶する素子である。

これに対し、近年、アンチヒューズ素子と呼ばれる素子が注目されている（特許文献１〜３参照）。アンチヒューズ素子とは、通常のヒューズ素子とは逆に、絶縁状態から導通状態に変化させることによって情報を記憶する素子である。アンチヒューズ素子は、デプレッション型のＭＯＳトランジスタとほぼ同じ構造を有しており、ゲート電極とソース・ドレイン共通電極との間に高電圧を印加することによってゲート絶縁膜を絶縁破壊すると、絶縁状態から導通状態へ変化させることができる。

このように、アンチヒューズ素子はデプレッション型のＭＯＳトランジスタとほぼ同じ構造を有していることから、通常のヒューズ素子と比べて占有面積が小さく、しかも、レーザー照射によるパッシベーション膜の破壊も生じないという利点を有している。

しかしながら、アンチヒューズ素子は、導通状態における抵抗値にばらつきが大きいという問題があった。以下、導通状態における抵抗値にばらつきが生じる理由について説明する。

図１１は、一般的なアンチヒューズ素子の構造を示す模式図である。

図１１に示すように、一般的なアンチヒューズ素子は、ゲート電極１２、ソース領域１４及びドレイン領域１６を備えており、ソース領域１４とドレイン領域１６は、図示しない上層配線によって短絡されている。初期状態においては、ゲート絶縁膜１８によってゲート電極１２とチャネル領域２０は絶縁されており、このため、ゲート電極１２とソース領域１４及びドレイン領域１６は絶縁された状態になる。しかしながら、ゲート電極１２に高電圧を印加することによってゲート絶縁膜１８に絶縁破壊領域１８ａが形成されると、デプレッション型のチャネル領域２０を介してゲート電極１２とソース領域１４及びドレイン領域１６が短絡された状態となる。

したがって、ゲート電極１２に接続された端子Ｄと、ソース領域１４及びドレイン領域１６に接続された端子Ｅとの間に電流が流れるか否かを検出すれば、ゲート絶縁膜１８に絶縁破壊領域１８ａが形成されているか否かを判断することが可能となる。

図１２は、絶縁破壊された状態におけるアンチヒューズ素子の等価回路図である。

図１２に示すように、アンチヒューズ素子が絶縁破壊されると、端子Ｄ，Ｅ間には、ゲート電極１２及び絶縁破壊領域１８ａによる抵抗成分Ｒｇと、ソース領域１４側のチャネル抵抗成分Ｒｓ及びドレイン領域１６側のチャネル抵抗成分Ｒｄの並列回路とが接続された状態となる。このうち、抵抗成分Ｒｓ，Ｒｄについては、絶縁破壊領域１８ａが形成される位置によって変化する。しかしながら、絶縁破壊領域１８ａが形成される位置は所定の確率分布に依存し、ソース領域１４又はドレイン領域１６の近傍に形成されることもあれば、ソース領域１４とドレイン領域１６のほぼ中間位置に形成されることもある。

つまり、ソース領域１４とドレイン領域１６は、デプレッション型のチャネル領域２０によって短絡されているとともに、上層配線によって短絡されていることから、ゲート電極１２に電圧を印加すると、ゲート絶縁膜１８にはほぼ均一な電界がかかることになる。このため、ゲート絶縁膜１８の膜厚及び膜質が均一であると仮定すると、絶縁破壊はどの部分にも平等に発生しうることになる。つまり、絶縁破壊領域１８ａの形成位置は予期不能となる。

ここで、絶縁破壊領域１８ａがソース領域１４又はドレイン領域１６の近傍に形成された場合は、抵抗成分Ｒｓ，Ｒｄのいずれか一方が非常に小さくなることから、端子Ｄ，Ｅ間の抵抗値は比較的小さくなる。これに対し、絶縁破壊領域１８ａがソース領域１４とドレイン領域１６のほぼ中間位置に形成された場合は、抵抗成分Ｒｓ，Ｒｄがいずれも大きくなることから、端子Ｄ，Ｅ間の抵抗値は比較的大きくなる。

つまり、Ｒｓ＝Ｒｄである場合、つまり絶縁破壊領域１８ａが中間位置に形成された場合、端子Ｄ，Ｅ間の抵抗値Ｒｄｅは、
Rde＝Rｇ＋Rs・Rd／（Rs＋Rｄ）＝Rg＋Rd／２
となる。

逆に、Ｒｓ＞＞Ｒｄである場合、つまり絶縁破壊領域１８ａが端部位置（例えばドレイン領域１６の近傍）に形成された場合、Ｒｄ≒０であることから、端子Ｄ，Ｅ間の抵抗値Ｒｄｅは、
Rde= Rｇ＋Rs・Rd／（Rs＋Rｄ）≒Rg
となる。

ここで、一般的なシート抵抗は、ゲート抵抗層で百数十Ω／□、デプレッションチャネル抵抗層で数Ｋ〜数百ＭΩ／□であることから、抵抗値Ｒｄｅはほぼデプレッションチャネル抵抗層に依存すると言える。

このように、アンチヒューズ素子を同じような電圧条件で絶縁破壊した場合であっても、絶縁破壊領域１８ａの形成位置は予期不能であり、結果として端子Ｄ，Ｅ間の抵抗値には大きなばらつきが不可避的に生じる。このようなばらつきが存在すると、絶縁破壊領域１８ａが形成されているか否かの検出においてしきい値の設定が困難となり、場合によっては誤判定を生じる原因となっていた。また、絶縁破壊後も端子Ｄ，Ｅ間の抵抗値が比較的大きい可能性があることから、検出感度をある程度高く設定する必要が生じる。これにより、判定時間が増大することから、半導体装置の高速動作を妨げる原因にもなっていた。
米国特許第６，９０２，９５８号明細書 米国特許第６，７００，１７６号明細書 米国特許出願公開第２００５／０２５８４８２号明細書

したがって、本発明の目的は、改良されたアンチヒューズ素子及びこれを用いた半導体装置を提供することである。

また、本発明の他の目的は、絶縁破壊後における抵抗値のばらつきが抑制されたアンチヒューズ素子及びこれを用いた半導体装置を提供することである。

また、本発明のさらに他の目的は、絶縁破壊後における抵抗値が比較的小さいアンチヒューズ素子及びこれを用いた半導体装置を提供することである。

本発明によるアンチヒューズ素子は、上部電極と、下部電極と、上部電極と下部電極との間に設けられた絶縁膜と、下部電極に隣接して設けられた引き出し電極とを備え、絶縁膜を絶縁破壊することにより下部電極を介して上部電極と引き出し電極とを電気的に接続可能なアンチヒューズ素子であって、下部電極から見て引き出し電極とは反対側の領域には、引き出し電極と同電位が与えられる他の電極を介することなく素子分離領域が存在することを特徴とする。特に、上部電極の一部が素子分離領域上に形成されていることが好ましい。

さらに、上部電極の所定の端部は、下部電極と引き出し電極の境界と平面視において実質的に一致しており、且つ、非直線形状を有していることもまた好ましい。ここで、「非直線形状」とは、曲線形状やジグザグ形状など、単位区間を結ぶ距離が直線に比べて長くなる全ての形状を含むが、実効的には、単位区間を結ぶ距離が直線に比べて５０％以上長くなる形状であることが望ましい。本発明においては、単位区間を結ぶ距離が長いほど、つまり、上部電極の所定の端部が伸張されているほど好ましい。したがって、ジグザグ形状を採用することが非常に好ましい。

本発明による半導体装置は、上記のアンチヒューズ素子と、上部電極に高電圧を印加することにより絶縁膜を絶縁破壊する書き込み回路と、上部電極と引き出し電極との間の抵抗値を検出する読み出し回路とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、絶縁膜にかかる電界が不均一となり、引き出し電極に近くなるほど電界強度が高くなる。これにより、引き出し電極に近い部分ほど絶縁破壊が生じる確率が高くなることから、絶縁破壊後における抵抗値のばらつきが抑制されるとともに、絶縁破壊後における抵抗値を低減することが可能となる。

このため、本発明によるアンチヒューズ素子を用いれば、アンチヒューズ素子が絶縁破壊されているか否かの判定において、誤判定を生じることなく判定時間を短縮することができ、高速動作が要求される回路にも適用することが可能となる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい第１の実施形態によるアンチヒューズ素子１００の構造を示す図であり、（ａ）は略平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った略断面図である。尚、図１（ａ）においては、図面の見やすさを考慮して上層配線など一部の要素を省略している。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態によるアンチヒューズ素子１００は、従来のアンチヒューズ素子と同様、デプレッション型のＭＯＳトランジスタと類似の構成を有しているが、ソース領域及びドレイン領域の一方が削除されている点において、従来のアンチヒューズ素子と相違している。以下、より詳細に説明する。

本実施形態によるアンチヒューズ素子１００は、上部電極であるゲート電極１１０と、下部電極であるデプレッション型のチャネル領域１２０と、ゲート電極１１０とチャネル領域１２０との間に設けられたゲート絶縁膜１３０と、引き出し電極である拡散層領域１２２とを有している。チャネル領域１２０と拡散層領域１２２はＰＮ接合しているが、チャネル領域１２０がデプレッション型であることから、両者は導通状態にある。

図１（ａ）に示すように、拡散層領域１２２側におけるゲート電極１１０の端部１１１は、平面的に見て、チャネル領域１２０と拡散層領域１２２の境界と一致している。このような構造は、ゲート電極１１０をマスクとして活性領域１０２にイオン注入を行うことにより得ることができる。特に限定されるものではないが、ゲート電極１１０の他の端部１１２，１１３は活性領域１０２の周縁とほぼ一致している。

活性領域１０２内には、チャネル領域１２０と拡散層領域１２２しか設けられておらず、通常のアンチヒューズ素子のように、対となる２つの拡散層領域が存在しない。つまり、ソース領域及びドレイン領域の一方が削除されている。

平面的に見て、活性領域１０２の周囲は素子分離領域１０４によって取り囲まれており、素子分離領域１０４の周囲はコンタクト領域１０６によって取り囲まれている。さらに、コンタクト領域１０６は、素子分離領域１０８によって取り囲まれている。図１（ｂ）に示すように、素子分離領域１０４はＰウェル領域１０３内に設けられており、これによって、Ｎ型基板１０１に形成された図示しない他の素子と確実に分離されている。Ｐウェル領域１０３への電位供給は、上層配線１４０及びコンタクト１５０を介して、リング状のコンタクト領域１０６から行われる。

ゲート電極１１０への電位供給は、上層配線１６１及びコンタクト１６２を介して行われる。上層配線１６１は、コンタクト１５１を介して他の上層配線１４１に接続されている。また、拡散層領域１２２への電位供給は、上層配線１４２及びコンタクト１５２を介して行われる。

ゲート電極１１０と上層配線１６１とを接続するコンタクト１６２は、チャネル領域１２０の真上に配置されている。つまり、通常のＭＯＳトランジスタでは、ゲート電極が素子分離領域上に引き出されたコンタクト領域を有しており、このコンタクト領域にコンタクトを形成するのが一般的である。これは、チャネル領域１２０の真上にコンタクトを形成すると、コンタクト形成時のストレスなどによってトランジスタ特性が変化するおそれがあるからである。しかしながら、アンチヒューズ素子においては、このような特性の変化が素子の機能に大きな影響を与えないと考えられるため、本実施形態ではチャネル領域１２０の真上にコンタクト１６２を配置している。

図２は、本実施形態によるアンチヒューズ素子１００に書き込み回路及び読み出し回路を接続した状態を示す回路図である。

図２に示すように、書き込み回路１８０は、ゲート電極１１０に繋がる上層配線１４１と書き込み電圧Ｖｐｐとの間に接続されたスイッチによって構成されている。一方、読み出し回路１９０は、上層配線１４１と読み出し電圧Ｖｄｄとの間に接続されたスイッチ１９１と、拡散層領域１２２に繋がる上層配線１４２に接続されたコンパレータ１９２によって構成されている。

アンチヒューズ素子１００は、初期状態においては、ゲート電極１１０とチャネル領域１２０がゲート絶縁膜１３０によって絶縁分離されている。このため、上層配線１４１，１４２間の抵抗値はほぼ無限大であり、これらの間には実質的に電流は流れない。このため、図２に示すスイッチ１９１をオンさせても、上層配線１４２の電位はほとんど変化しない。したがって、この状態ではコンパレータ１９２の出力はローレベルとなり、アンチヒューズ素子１００が絶縁破壊されていないことが検出される。

そして、書き込み回路１８０をオンさせると、ゲート電極１１０に高電圧が印加され、ゲート絶縁膜１３０が絶縁破壊する。これにより、ゲート電極１１０とチャネル領域１２０が接続された状態となる。上述の通り、チャネル領域１２０はデプレッション型であることから、ゲート絶縁膜１３０が絶縁破壊されると、チャネル領域１２０を介してゲート電極１１０と拡散層領域１２２とが電気的に接続された状態となり、上層配線１４１，１４２間の抵抗値が低下する。

このため、図２に示すスイッチ１９１をオンさせると、上層配線１４２の電位が上昇し、コンパレータ１９２の出力はハイレベルとなる。これにより、アンチヒューズ素子１００が絶縁破壊されていることが検出される。

ここで、書き込み回路１８０をオンさせてゲート電極１１０とチャネル領域１２０との間に高電圧を印加すると、ゲート絶縁膜１３０にかかる電界は、拡散層領域１２２に近くなるほど高くなる。これは、一般的なアンチヒューズ素子のように、チャネル領域の両側に拡散層領域（ソース領域とドレイン領域）が存在するのではなく、片側（図１では左側）にのみ拡散層領域が存在するからである。その結果、ゲート絶縁膜１３０には、拡散層領域１２２に近い部分ほど絶縁破壊領域が形成される確率が高くなる。例えば、ゲート電極１１０の端部１１１近傍に絶縁破壊領域が形成されると、チャネル領域１２０を経由する電流経路の距離がほぼゼロとなる。

図３は、絶縁破壊された状態におけるアンチヒューズ素子１００を示す図であり、（ａ）は略断面図、（ｂ）は等価回路図である。

図３（ａ）に示すように、ゲート電極１１０に高電圧を印加すると、絶縁破壊領域１３０ａは拡散層領域１２２の近傍に形成される。このため、上層配線１４１，１４２間の抵抗値Ｒｄｅは、図３（ｂ）に示すように、ゲート電極１１０及び絶縁破壊領域１３０ａによる抵抗成分Ｒｇと、チャネル抵抗成分Ｒｓの和によって定義される。そして、絶縁破壊領域１３０ａはゲート電極１１０の端部１１１近傍にて生じることから、チャネル抵抗成分Ｒｓは従来に比べて非常に小さくなる。

このように、本実施形態によるアンチヒューズ素子１００は、ソース領域及びドレイン領域の一方が削除されていることから、絶縁破壊時においてゲート電極１１０とチャネル領域１２０との間に印加される電界に偏りが生じ、端部１１１側において絶縁破壊が生じる確率がより高くなる。このため、絶縁破壊後における抵抗値のばらつきを小さくすることができる。これにより、コンパレータ１９２に入力されるしきい値Ｖｒｅｆの設定が容易となることから、誤判定を防止することが可能となる。しかも、絶縁破壊後における抵抗値が低減されることから、短時間で判定を行うことが可能となる。

しかも、ソース領域又はドレイン領域の削除により、アンチヒューズ素子１００の占有面積を縮小することも可能となる。尚、削除された側（図１では右側）にて絶縁破壊が生じると絶縁破壊後における抵抗値が大きくなってしまうが、上述の通り、ゲート絶縁膜１３０にかかる電界は拡散層領域１２２に近くなるほど高くなる（拡散層領域１２２から遠いほど低くなる）ことから、こちら側で絶縁破壊が生じる確率は十分に低い。

但し、本発明においてソース領域及びドレイン領域の一方を削除することは必須ではなく、略断面図である図４に示すように、ゲート電極１１０から見て拡散層領域１２２とは反対側の領域に、使用されない他の拡散層領域１２４が存在していても構わない。このような拡散層領域１２４が存在する場合であっても、これを上層配線に接続する必要はなく、したがって、コンタクトを形成可能なサイズである必要はない。つまり、チャネル領域１２０から見て拡散層領域１２２とは反対側の領域に、拡散層領域１２２と同電位が与えられる他の拡散層領域を介することなく素子分離領域１０４が存在する構成とすれば、図１に示したアンチヒューズ素子１００と同じ効果を得ることが可能となる。

さらに、本実施形態では、ゲート電極１１０と上層配線１６１とを接続するコンタクト１６２が、チャネル領域１２０の真上に配置されていることから、コンタクト領域を別途形成する必要がなくなり、占有面積をよりいっそう縮小することが可能となる。

図５は、複数のアンチヒューズ素子１００をアレイ状に配列した例を示す略平面図である。

図５に示すように、複数のアンチヒューズ素子１００をアレイ状に配列する場合、リング状のコンタクト領域１０６を個別に設ける必要はなく、複数のアンチヒューズ素子１００を一つのコンタクト領域１０６によってまとめて取り囲む構成とすればよい。この場合、アンチヒューズ素子１００同士の分離は、素子分離領域による平面的な分離のみとなるが、アンチヒューズ素子１００同士の分離特性としては十分であると考えられる。これにより、コンタクト領域１０６を個別に設ける場合と比べ、全体的な占有面積を削減することが可能となる。

しかも、従来のアンチヒューズ素子のように３端子型ではなく、２端子型の素子であることから、例えば図５に示すように、右側に延びる上層配線１７１をゲート電極１１０に接続し、左側に延びる上層配線１７２を拡散層領域１２２に接続することができ、レイアウトを簡素化することが可能となる。

図６は、本発明の好ましい第２の実施形態によるアンチヒューズ素子２００の構造を示す図であり、（ａ）は略平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った略断面図である。尚、図６（ａ）においても、図面の見やすさを考慮して上層配線など一部の要素を省略している。

本実施形態によるアンチヒューズ素子２００は、チャネル領域１２０の長さＬが大幅に縮小され、その分、ゲート電極１１０の端部１１２が素子分離領域１０４上に位置している。その他の点については、図１に示したアンチヒューズ素子１００と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態によれば、絶縁破壊を意図しない部分のゲート絶縁膜１３０の大部分が素子分離領域１０４上に位置していることから、この部分で絶縁破壊が発生することが無くなる。つまり、端部１１１近傍にて絶縁破壊が生じる可能性がよりいっそう高くなる。また、端部１１１の近傍ではない部分で絶縁破壊が生じたとしても、チャネル領域１２０の長さ自体が大幅に短いことから、チャネル領域１２０部分における抵抗値は十分に低く抑えられる。

このため、絶縁破壊後における抵抗値のばらつきがいっそう抑制されるとともに、絶縁破壊後における抵抗値をいっそう低減することが可能となる。しかも、活性領域１０２のサイズが縮小されることから、アンチヒューズ素子２００の占有面積を低減することも可能となる。

尚、ゲート電極１１０のうち、素子分離領域１０４上に位置する部分は本来不要である。しかしながら、この部分を削除するとゲート電極１１０が細くなりすぎるため、パターニング時において剥がれが生じるおそれがあるとともに、コンタクト１６２の形成が困難となる。したがって、図６に示すように、素子分離領域１０４上にもゲート電極１１０を形成することが好ましい。

図７は、本発明の好ましい第３の実施形態によるアンチヒューズ素子３００の構造を示す図であり、（ａ）は略平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ線に沿った略断面図である。尚、図７（ａ）においても、図面の見やすさを考慮して上層配線など一部の要素を省略している。

本実施形態によるアンチヒューズ素子３００は、ゲート電極１１０の端部１１１が平面的に見てジグザグ形状を有している。その他の点については、図１に示したアンチヒューズ素子１００と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本発明者の研究によれば、ゲート絶縁膜の端部の方が中央部分よりも絶縁破壊が生じる確率が高いことが判明した。これは、ゲート絶縁膜が完全に均質な膜ではなく、ある程度の不均質さを有しており、最も耐圧の低い部分において絶縁破壊が生じることに起因する。このような耐圧の低い部分は、多くの製造プロセスを経ることによってストレスのかかるゲート絶縁膜の端部に生じやすく、これが端部において絶縁破壊が生じやすい理由となっているものと予想される。

そして、本実施形態によるアンチヒューズ素子３００においては、ゲート電極１１０の端部１１１がジグザグ形状を有しており、これにより直線的である場合と比べて端部１１１の長さが延長されている。このため、この部分にて絶縁破壊が生じる確率が非常に高くなる。この部分が絶縁破壊されると、チャネル領域１２０の経由する電流経路の距離がほぼゼロとなる。

このため、本実施形態によれば、絶縁破壊後における抵抗値のばらつきをよりいっそう小さくすることができるとともに、絶縁破壊後における抵抗値をよりいっそう低減することが可能となる。

図８は、本発明の好ましい第４の実施形態によるアンチヒューズ素子４００の主要部の構造を示す図であり、（ａ）は模式的な平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＦ−Ｆ線に沿った略断面図である。図８においては、コンタクトなどの要素を省略してある。

図８に示すアンチヒューズ素子４００は、ゲート電極４１０がＵ字型を有しており、第１の部分４１１の一部及び第２の部分４１２の一部が活性領域１０２上に配置されている。ゲート電極４１０の他の部分は、素子分離領域１０８上に位置している。活性領域１０２のうち、ゲート電極４１０及びゲート絶縁膜１３０に覆われた領域には、デプレッション型のチャネル領域１２０が形成されている。活性領域１０２の他の部分には、拡散層領域１２２が形成されている。

図８に示すように、ゲート電極４１０の第１の部分４１１と第２の部分４１２は、互いにＸ方向に位置している。したがって、ゲート電極４１０のパターニングにおいて、活性領域１０２との相対的な位置関係がＸ方向に多少ずれたとしても、第１及び第２の部分４１１，４１２の少なくとも一方は活性領域１０２を覆うように形成される。つまり、チャネル長Ｌを非常に短く設定したとしても、ゲート電極４１０と活性領域１０２との重なりを確保することが可能となる。そのため、本実施形態ではチャネル長Ｌを非常に短く設定可能であることから、チャネル領域１２０における抵抗値を極めて低く抑えることが可能となる。

図９は、本発明の好ましい第５の実施形態によるアンチヒューズ素子５００の主要部の構造を示す図である。図９に示すＧ１−Ｇ１線に沿った略断面図及びＧ２−Ｇ２線に沿った略断面図は、図８（ｂ）と同様であるため省略する。

図９に示すアンチヒューズ素子５００は、ゲート電極４１０がＯ字型を有しており、第１の部分５１１〜第４の部分５１４の一部が活性領域１０２上に配置されている。ゲート電極５１０の他の部分は、素子分離領域１０８上に位置している。活性領域１０２のうち、ゲート電極５１０及びゲート絶縁膜１３０（図８（ｂ）参照）に覆われた領域には、デプレッション型のチャネル領域１２０が形成されている。活性領域１０２の他の部分には、拡散層領域１２２が形成されている。

図９に示すように、ゲート電極５１０の第１の部分５１１と第２の部分５１２は、互いにＸ方向に位置している。一方、ゲート電極５１０の第３の部分５１３と第４の部分５１４は、互いにＹ方向に位置している。したがって、ゲート電極５１０のパターニングにおいて、活性領域１０２との相対的な位置関係がどの方向にずれたとしても、第１〜第４の部分５１１〜５１４の少なくとも一つは活性領域１０２を覆うように形成される。このため、チャネル長Ｌを非常に短く設定したとしても、ゲート電極５１０と活性領域１０２との重なりを確保することが可能となる。これにより、第４の実施形態と同様、チャネル長Ｌを非常に短く設定できることから、チャネル領域１２０における抵抗値を極めて低く抑えることが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記第３の実施形態によるアンチヒューズ素子３００では、ゲート電極１１０の端部１１１をジグザグ形状としているが、ゲート電極の端部を伸張する方法としてはこれに限定されるものではなく、非直線形状であれば足りる。しかしながら、ゲート電極の端部の長さが長いほど、端部近傍にて絶縁破壊が生じる確率が高くなる点を考慮すれば、ジグザグ形状のように、単位区間を結ぶ距離が効果的に長くなる形状を採用することが好ましい。

端部が非直線形状を有するゲート電極１１０の形状のバリエーションとしては、図１０（ａ）〜（ｄ）に示す形状を挙げることができる。本発明において、これらはいずれも「ジグザグ形状」に該当する。つまり、ゲート電極の平面形状はレチクル上におけるパターンと完全には一致せず、多少カドが取れたパターンとなるが、このようなカドが丸いパターンであってもジグザグ形状に含まれる。

本発明の好ましい第１の実施形態によるアンチヒューズ素子１００の構造を示す図であり、（ａ）は略平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った略断面図である。 アンチヒューズ素子１００に書き込み回路及び読み出し回路を接続した状態を示す回路図である。 絶縁破壊された状態におけるアンチヒューズ素子１００を示す図であり、（ａ）は略断面図、（ｂ）は等価回路図である。 アンチヒューズ素子１００の変形例を示す図である。 複数のアンチヒューズ素子１００をアレイ状に配列した例を示す略平面図である。 本発明の好ましい第２の実施形態によるアンチヒューズ素子２００の構造を示す図であり、（ａ）は略平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った略断面図である。 本発明の好ましい第３の実施形態によるアンチヒューズ素子３００の構造を示す図であり、（ａ）は略平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ線に沿った略断面図である。 本発明の好ましい第４の実施形態によるアンチヒューズ素子４００の主要部の構造を示す図であり、（ａ）は模式的な平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＦ−Ｆ線に沿った略断面図である。 本発明の好ましい第５の実施形態によるアンチヒューズ素子５００の主要部の構造を示す図である。 ゲート電極の好ましい他の形状を示す図である。 一般的なアンチヒューズ素子の構造を示す模式図である。 絶縁破壊された状態におけるアンチヒューズ素子の等価回路図である。

符号の説明

１００，２００，３００，４００，５００ アンチヒューズ素子
１０１ Ｎ型基板
１０２ 活性領域
１０３ Ｐウェル領域
１０４ 素子分離領域
１０６ コンタクト領域
１０８ 素子分離領域
１１０，４１０，５１０ ゲート電極
１１１〜１１４ ゲート電極の端部
１２０ チャネル領域
１２２，１２４ 拡散層領域
１３０ ゲート絶縁膜
１３０ａ 絶縁破壊領域
１４０〜１４２，１６１，１７１，１７２ 上層配線
１５０〜１５２，１６０ コンタクト
１８０ 書き込み回路
１９０ 読み出し回路
１９１ スイッチ
１９２ コンパレータ
４１１，５１１ ゲート電極の第１の部分
４１２，５１２ ゲート電極の第２の部分
５１３ ゲート電極の第３の部分
５１４ ゲート電極の第４の部分

Claims (6)

1. 上部電極と、下部電極と、前記上部電極と前記下部電極との間に設けられた絶縁膜と、前記下部電極に隣接して設けられた引き出し電極とを備え、前記絶縁膜を絶縁破壊することにより前記下部電極を介して前記上部電極と前記引き出し電極とを電気的に接続可能なアンチヒューズ素子であって、
   前記下部電極から見て前記引き出し電極とは反対側の領域には、前記引き出し電極と同電位が与えられる他の電極を介することなく素子分離領域が存在することを特徴とするアンチヒューズ素子。
2. 前記上部電極の一部が前記素子分離領域上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアンチヒューズ素子。
3. 前記上部電極は第１の上層配線に接続されたゲート電極であり、前記引き出し電極は第２の上層配線に接続された拡散層領域であり、前記下部電極は前記拡散層領域と接合するデプレッション型のチャネル領域であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンチヒューズ素子。
4. 前記ゲート電極と前記第１の上層配線とを接続するコンタクトは、前記チャネル領域の真上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のアンチヒューズ素子。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のアンチヒューズ素子と、前記上部電極に高電圧を印加することにより前記絶縁膜を絶縁破壊する書き込み回路と、前記上部電極と前記引き出し電極との間の抵抗値を検出する読み出し回路とを備えることを特徴とする半導体装置。
6. 請求項３又は４に記載のアンチヒューズ素子が第１の方向に複数個並べて配置され、前記第１の上層配線が前記第１の方向と交差する第２の方向に延在し、前記第２の上層配線が前記第２の方向と対向する第３の方向に延在することにより２端子型のアンチヒューズアレイを構成し、
   前記複数のアンチヒューズ素子が一つのコンタクト領域にまとめて取り囲まれていることを特徴とする半導体装置。

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