JP2690670B2 - トランジスター・スナップ・バックによるアンチ・ヒューズ・プログラミング - Google Patents
トランジスター・スナップ・バックによるアンチ・ヒューズ・プログラミングInfo
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Description
関するものである。更に詳細には、トランジスター・ス
ナップ・バックを利用することにより不揮発性メモリー
・デバイスといった半導体デバイスにおけるアンチ・ヒ
ューズ素子のプログラミングを可能にする技術思想が説
明してある。
は2進数データ(1又は0)のアレイを記憶するため相
互に接続される半導体デバイス(ダイオード、バイポー
ラー又は電界効果型トランジスター)のアレイから成っ
ている。ROMは基本的にはプログラム化されたデータ
のメモー・アレイと、メモリー・アレイ内の所望のアド
レスに位置付けられたデータを選択するデコーダーから
成っている。
マブルROM,イレーザブル・プログラマブルROM
(EPROM)及びフィールド・プログラマブルROM
(PROM)の3種類があるが、本発明の対象とするも
のはPROMである。
素子がアレイ内に存在し、各列行の相互交差部における
接続がヒューズ素子又はアンチ・ヒューズ素子により行
われる状態で製造される。データをPROM内に記憶す
る目的でこれらの素子(設計上、いずれが使用されるに
しろヒューズ型又はアンチ・ヒューズ型のいずれか)は
PROMプログラマーにより供給される適切な電圧パル
スを使用して選択的にプログラムされる。これらの素子
がPROMプログラマーにより一旦供給され、これらの
素子がプログラムされるとデータはメモリー・アレイ内
に永久的に記憶される。
アンチ・ヒューズについては主たる問題点がある。典型
的には、このプログラムされるアンチ・ヒューズ素子は
数千オームの抵抗を有し、そのため大量の電流をそこに
流さなければ更に低減化することが出来ない。アクセス
・トランジスターは電流を2−300マイクロAの値に
制限するので、数百オームの低抵抗性アンチ・ヒューズ
は慣用的方法では得ることは出来ない。メモリー・セル
内のプログラム化されたアンチ・ヒューズ素子の抵抗が
大きくなれば成る程、抵抗性アンチ・ヒューズ前後で失
われる電圧降下が原因で永久的にプログラム処理される
データを読み取ることが困難になる。従って、最低の抵
抗性アンチ・ヒューズを生み出すことが出来るだけ望ま
しい。
圧プログラミング・パルスを印加する慣用的な方法を使
用するよりむしろトランジスター・スナップ・バックを
使用するマルチ・プログラミング・パルスによりヒュー
ズ又はアンチ・ヒューズ素子といったワン・タイム・プ
ログラマブル素子をプログラミングする方法を提供する
ものである。この方法はプログラミング・ヒューズ素子
に適用出来るが、この方法は以下に続く説明の中心とな
るアンチ・ヒューズ素子のプログラミングのためにこの
方法を適用することが確かに一層実際的となる。
スターは理論的には一定量の電流をトランジスターのチ
ャンネル領域に流すことを可能とし、電源の能力によっ
てのみ制限される。更に、極めて重要なことは、研究の
結果、スナップ・バック中に動作するトランジスターは
ACパルス状態下で動作すれば損傷しないことが判明し
た。本発明で説明した如く、トランジスターのスナップ
・バックを利用することで、プログラム処理されたアン
チ・ヒューズ素子の抵抗を数百オームの所望のレベルに
低減化する。
iD −vDSの特性曲線のグループはトランジスターのド
レン電圧(VD )が14Vに近ずき、ゲート電圧(V
D )が大略8Vになっている際、NMOSトランジスタ
ー内でスナップ・バック状態が生じることを示してい
る。この曲線が11のラベル付けされた点において示す
如く、ドレン電流(ID )は12のラベル付けされた点
において飽和電流に迅速に近ずく。ID はプログラミン
グ・パルスの供給源のパワー能力及び損傷無しに電流を
運ぶNMOSデバイスの能力の物理的制限により制限さ
れる。PROMメモリー・セルのプログラミング段階中
に電流のこの大きいサージを利用することは以後説明す
る如く本発明の主たる利点である。又、当技術の熟知者
は、プログラミング電圧を適切なPMOSバイアッシン
グ・レベルに単に変えることによりPMOSアクセス・
トランジスターを使用出来る。
子をプログラム処理するためトランジスター・スナップ
・バック・プログラミング法を使用することを示唆して
いるが、当技術の熟知者にとってはプログラマブル論理
アレイ(PLA),プログラマブル・アレイ・ロジック
(PAL),ダイナミック・ランダム・アクセス・メモ
リー(DRAM)等といった他のプログラマブル集積回
路又は一般に簡単な論理回路としてこの方法を実行する
ことが明らかであろう。例えば、DRAMにおいては、
アンチ・ヒューズ素子は冗長的修理又は一部のオプショ
ンの選択といった手段を提供する目的から回路に設計出
来る。前述したこれらの素子のプログラミングを行うト
ランジスター・スナップ・バック法はDRAM内に存在
する所望のアンチ・ヒューズ素子をプログラム処理する
目的で容易に実行可能であろう。
模式的表示を表し、この場合、アンチ・ヒューズ素子2
1はプログラミング用に使用可能な素子である。アンチ
・ヒューズ素子21はNMOSトランジスター22のソ
ースに接続されている。NMOS22のドレンはメモリ
ー・アレイの桁ライン23の1つのラインに接続され、
一方、ゲートはワード・ライン24の一方のラインに接
続される。
MOSトランジスター22のソースとゲートに印加する
ため使用される所望の状態を表すiD −vDS特性のグル
ープを示す。14Vの第1プログラミング・パルスがN
MOS22のドレンに与えられ、一方、ゲート電圧は1
6Vに保持される(特性曲線31で表す)。これらの状
態下において、アンチ・ヒューズ21前後に生じた電圧
は破壊を生ぜしめるのに十分大きく、従って、抵抗性短
絡となり、かくしてアースに対するNMOSトランジス
ター22のソースを短絡化する。次に、14Vの第2プ
ログラミング・パルスが再びNMOSトランジスター2
2のドレンに印加されるが、現時点ではゲート電圧は8
Vに下げられている(特性曲線32で表す)。低いゲー
ト電圧の降下はNMOSトランジスター22に対するス
ナップ・バック状態を生じる。NMOSトランジスター
が現時点でスナップ・バック状態である際、ドレン電流
(ID )の大きいサージがNMOSトランジスター22
のチャンネルを通じて流れ、こうしてプログラム処理さ
れたアンチ・ヒューズ素子21を通じて流れる。ドレン
電流のこの大きいサージは抵抗的に短絡化されたアンチ
・ヒューズ素子21の抵抗を(大略1オーダーの大きさ
分)著しく低減化し、こうしてPROMのメモリー・セ
ルの効率と信頼性を改善する。NMOSトランジスター
22はプログランミング・パルスが一旦0Vに戻るか又
は除去されると通常の動作に戻る。第2プログラミング
・パルスが数マイクロ秒の間のみドレンに存在するの
で、NMOSトランジスター22に対する可能な損傷が
低減化される。一定電圧レベルをドレンに印加し、次に
適切なプログラミング電圧パルスをゲートに提供するこ
とも可能である。バイアス電圧とプログラミング・パル
スはNMOSトランジスター22の閾値電圧が克服され
てスイッチ・オンされるような値にすべきである。又、
電圧の十分なレベルはアンチ・ヒューズ素子21を破壊
させる目的上、アンチ・ヒューズ素子21前後に発生さ
せねばならない。本発明においては、14Vのプロラミ
ング・パルスが素子21を破壊させるのに必要であった
が、電圧レベルとパルス幅はアンチ・ヒューズを行うの
に使用される誘電厚さに従って変化する。
して知られている処理方法を利用するか又は高い動作基
板電流を提供することにより一層簡単な回路デザインを
可能にすると共に高いスナップ・バック電流を発生する
目的から低いスナップ・バック電圧を得ることが有利で
あろう。簡単に述べると、スナップ・バック電流が高け
れば高い程、そのプログラムされたアンチ・ヒューズ素
子の抵抗が低くなる。
て説明して来たが、プログラミング電圧を調節すること
又はこの技術をプログラマブル・アンチ・ヒューズ素子
を利用する他の集積回路用に使用するといった当技術の
熟知者に公知の各種改変を前掲の特許請求の範囲に記載
された如き本発明から逸脱せずに本明細書に表された方
法に対して行えることを理解すべきである。
MOSトランジスターのiD −vDS特性曲線のグループ
を示す図である。
れているNMOSトランジスターに接続されたプログラ
マブル素子の典型的な模式的状態を示す図である。
ンジスターのソースとゲートに与えるため使用される所
望の状態を表しているiD −vDS特性のグループを示す
図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 トランジスター・スナップ・バックを使
用して集積回路内でワン・タイム・プログラマブル素子
(21)をプログラムする方法であって、 a)アクセス・トランジスター(22)のゲート端子
(24)及びドレン端子(23)の一方に第1バイアス
電圧を、他方に第1電圧パルスを印加して、一方の端子
が前記アクセス・トランジスター(22)のソース端子
に接続され、他方の端子が接地された前記ワン・タイム
・プログラマブル素子(21)を破壊する段階と、 b)前記アクセス・トランジスター(22)のゲート端
子(24)及びドレン端子(23)の一方に、前記第1
バイアス電圧よりも低い電位の第2バイアス電圧を、他
方に第2電圧パルスを印加して、前記トランジスター・
スナップ・バックを生ぜしめ、前記破壊されたワン・タ
イム・プログラマブル素子(21)に電流のサージを流
す段階とから成る方法。 - 【請求項2】 トランジスター・スナップ・バックを使
用して集積回路内でワン・タイム・プログラマブル・ア
ンチ・ヒューズ素子(21)をプログラムする方法であ
って、 a)アクセス・トランジスター(22)のゲート端子
(24)及びドレン端子(23)の一方に第1バイアス
電圧を、他方に第1電圧パルスを印加して、一方の端子
が前記アクセス・トランジスター(22)のソース端子
に接続され、他方の端子が接地された前記ワン・タイム
・プログラマブル・アンチ・ヒューズ素子(21)を破
壊し、前記ワン・タイム・プログラマブル・アンチ・ヒ
ューズ素子(21)に抵抗性短絡を生ぜしめる段階と、 b)前記アクセス・トランジスター(22)のゲート端
子(24)及びドレン端子(23)の一方に、前記第1
バイアス電圧よりも低い電位の第2バイアス電圧を、他
方に第2電圧パルスを印加して、前記トランジスター・
スナップ・バックを生ぜしめ、前記破壊されたワン・タ
イム・プログラマブル・アンチ・ヒューズ素子(21)
に電流のサージを流すと共にその抵抗を大略1オーダー
程度の大きさ分低減化する段階とから成る方法。 - 【請求項3】 前記プログラマブル素子(21)が本質
的にプログラマブル・アンチ・ヒューズ及びプログラマ
ブル・ヒューズから成るグループから選択された素子で
ある請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 前記集積回路が本質的に不揮発性メモリ
ー・デバイス、プログラマブル・リード・オンリー・メ
モリー・デバイス及びダイナミック・ランダム・アクセ
ス・メモリー・デバイスから成るグループから選択され
た回路である請求項1または請求項2記載の方法。 - 【請求項5】 前記アクセス・トランジスター(22)
が電界効果型金属酸化物トランジスターである請求項1
または請求項2記載の方法。 - 【請求項6】 前記電界効果型金属酸化物トランジスタ
ー(22)が、nチャンネル・デバイスであり、前記第
1及び第2バイアス電圧はゲート端子(24)に印加さ
れ、前記第1及び第2電圧パルスはドレン端子(23)
に印加される請求項5記載の方法。 - 【請求項7】 前記電界効果型金属酸化物トランジスタ
ー(22)がnチャンネル・デバイスであり、前記第1
及び第2バイアス電圧はドレン端子(23)に印加さ
れ、前記第1及び第2電圧パルスはゲート端子(24)
に印加される請求項5記載の方法。 - 【請求項8】 前記第1バイアス電圧と前記第1電圧パ
ルスの間の差が前記トランジスター(22)の閾値電圧
以上であり、かくして前記トランジスター(22)をス
イッチ・オンする請求項1または請求項2記載の方法。 - 【請求項9】 前記第2バイアス電圧と前記第2電圧パ
ルスの差が前記トランジスター(22)の閾値電圧以上
であり、かくして前記トランジスター(22)を前記ス
ナップ・バック状態に動作させる請求項1または請求項
2記載の方法。 - 【請求項10】 前記第1及び第2バイアス電圧が桁ラ
イン(23)を介して印加され、前記第1及び第2電圧
パルスがワード・ライン(24)を通じて印加される請
求項2記載の方法。 - 【請求項11】 前記第1バイアス電圧が大略16Vで
あり、前記第1電圧パルスが大略14Vである請求項1
または請求項2記載の方法。 - 【請求項12】 前記第2バイアス電圧が大略8Vであ
り、前記第2電圧パルスが大略14Vである請求項1ま
たは請求項2記載の方法。 - 【請求項13】 トランジスター・スナップ・バックを
使用してプログラマブル・リード・オンリー・メモリー
内でアンチ・ヒューズ素子(21)をプログラムする方
法であって、 a)第1ゲート電圧をワード・ライン(24)を通じて
NMOSトランジスター(22)のゲートに、且つ第1
電圧パルスを桁ライン(23)を通じて前記NMOSト
ランジスター(22)のドレンに印加して、一方の端子
が前記NMOSトランジスター(22)のソースに接続
され、他方の端子が接地された前記アンチ・ヒューズ素
子(21)を破壊し、該アンチ・ヒューズ素子(21)
に抵抗性短絡を生ぜしめる段階と、 b)前記第1ゲート電圧よりも低い電位の第2ゲート電
圧を前記ワード・ライン(24)を通じてNMOSトラ
ンジスター(22)の前記ゲートに、且つ第2電圧パル
スを前記桁ライン(23)を通じて前記NMOSトラン
ジスター(22)のドレンに印加して、前記トランジス
ター・スナップ・バックを生ぜしめ、前記破壊されたア
ンチ・ヒューズ素子(21)にドレン電流のサージを流
すと共にその抵抗を大略1オーダーの大きさだけ低減化
させる段階とから成る方法。
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