JP2859481B2 - 不揮発性メモリ装置 - Google Patents

不揮発性メモリ装置

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博 石原
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勝 結城
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C17/00Read-only memories programmable only once; Semi-permanent stores, e.g. manually-replaceable information cards
    • G11C17/14Read-only memories programmable only once; Semi-permanent stores, e.g. manually-replaceable information cards in which contents are determined by selectively establishing, breaking or modifying connecting links by permanently altering the state of coupling elements, e.g. PROM
    • G11C17/16Read-only memories programmable only once; Semi-permanent stores, e.g. manually-replaceable information cards in which contents are determined by selectively establishing, breaking or modifying connecting links by permanently altering the state of coupling elements, e.g. PROM using electrically-fusible links

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、不揮発性メモリ装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の不揮発性メモリ装置は、図5
(a)、及びそのB−B’断面の図5(b)に示すよう
に、素子分離絶縁膜32と活性領域31’と酸化膜33
が形成されたシリコン基板上にゲート電極34、ソース
35及びドレイン36からなるセレクトトランジスタを
形成し、ドレイン上の酸化膜33を除去し代わりにフュ
ーズ用絶縁膜37を形成し、この上に電極用ポリシリコ
ン層38を形成し、所定セルのフューズ用絶縁膜37を
電気的に絶縁破壊することによって不可逆的に導通状態
となるアンチフューズ(Anti Fuse) 膜を形成して作製さ
れている。この不揮発性メモリのセルは1セル当たり1
トランジスタ及び1ヒューズの2素子より成っている。
【0003】また書き込み時は、ワード線であるセレク
トトランジスタのゲート電極34に電圧を印加してセレ
クトトランジスタをONさせ、ビット線であるポリシリ
コン層38に読み出し時よりも高い電圧を印加すること
によりフューズ用絶縁膜37が破壊され、ビット線から
セレクトトランジスタのチャネル領域を通り、共通ソー
ス領域に電流が流れる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の不揮発性メ
モリ装置は、書き込み時の電流が大きい程読み出し時の
抵抗が小さいことが知られている(DIELECTRIC BASED AN
TIFUSE FOR LOGIC AND MEMORY ICs(IEDM 88)) 。また、
この不揮発性メモリ装置は、セレクトトランジスタとア
ンチフューズ膜とが動作時に電気的に直列になるため読
み出し書き込み共に制御用トランジスタが電流をコント
ロールする。
【0005】この電流は、式 ID =1/2・W/L・μeff・COX(VGS−Vth
2 に従う。 ただし、ID はドレイン電流、Wはゲート巾、Lはゲー
ト長、μeffは移動度、 OX はゲート容量、VGSはゲ
ート電圧、Vthしきい値電圧である。この電流を増加
させるためにはセレクトトランジスタのWを大きくする
こと、Lを小さくすること等の方法があるが、前者はメ
モリセルサイズの増加を招き、後者はセレクトトランジ
スタの耐圧低下を生じるため、容易には実行できないと
いう問題がある。
【0006】この発明は、上記問題を解決するためにな
されたものであって、メモリセルサイズを大きくするこ
となく、書き込み及び読み出し抵抗を低減でき、耐圧低
下のない不揮発性メモリ装置を提供しようとするもので
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、電気
的に絶縁膜を破壊することによりデータの書き込みを行
うアンチフェーズメモリにおいて、書き込み時にセレク
トトランジスタのドレイン領域とビット線との間の絶縁
膜が破壊されてセレクトトランジスタに電流が流れる
際、隣接するメモリセルのセレクトトランジスタにも電
流が流れるように、メモリセル間に補助トランジスタを
設けたことを特徴とする不揮発性メモリ装置が提供され
る。
【0008】図1は本発明の等価回路を示す図である。
書き込み時には書き込みを行いたいメモリセルのワード
線を選択し、書き込みを行いたいビット線のみに電圧を
印加すると、選択されたメモリセルのフューズ用絶縁膜
8a,8b又は8cが絶縁破壊され、セレクトトランジ
スタに電流が流れる。この時、補助トランジスタのしき
い値電圧をセレクトトランジスタのゲート5a,5b又
は5cに印加される電圧より低くなるようにしておけ
ば、補助トランジスタを通って隣接するトランジスタに
も電流が流れ、これによりセレクトトランジスタのON
電流を見かけ上増加させることになり、書き込み電流を
増加させることができる。
【0009】この時、書き込みセルに隣接するメモリセ
ルが同時に書き込み又は読み出し状態にならないことが
必要である。例えば、図1でビット線7aを選択すると
フューズ用絶縁膜8aが破壊され、セレクトトランジス
タ10aへ電流が流れると同時に補助トランジスタ9a
を通してセレクトトランジスタ10bにも電流が流れる
が、この時、フューズ用絶縁膜8bが破壊されないよ
う、セレクトトランジスタ10bのドレイン側電位とビ
ット線7bとの電位差が、フューズ用絶縁膜の絶縁耐圧
よりも小さくなるようにセレクトトランジスタと補助ト
ランジスタとのON抵抗比を調整しておく必要がある。
また補助トランジスタは、メモリセルの読み出し時にお
いてはOFFするように、しきい値を調整しておく。
【0010】本発明のような補助トランジスタを設ける
には、図5の従来構造においてビット線(電極用ポリシ
リコン層38)間の素子分離領域に電流が流れるように
するのがよい。具体的には、素子分離領域の補助トラ
ンジスタとなる部分のチャネルストッパをなくすか或い
は、イオン注入により補助トランジスタのしきい値を制
御する方法、素子分離領域の補助トランジスタとなる
部分の絶縁膜の厚さを、セレクトトランジスタのゲート
絶縁膜厚程度に薄くする方法がある。
【0011】
【作用】メモリセル間に配設された補助トランジスタ
が、フェーズ用絶縁膜が破壊されてセレクトトランジス
タに電流が流れる際、隣接するメモリセルのセレクトト
ランジスタにも電流を流して見かけ上の書き込み電流を
増大することにより読み出し抵抗を低減する。
【0012】
【実施例】この発明の実施例を図面を用いて説明する。 実施例1 この発明の第1の実施例を図2に示す。図2(a)は平
面図であり、図2(b)はそのX−X’断面、図2
(c)はY−Y’断面である。ただし、1はシリコン基
板、2は素子分離絶縁膜、3は活性領域、3’,3''は
ソース・ドレイン領域、4はゲート絶縁膜、5はワード
線(ゲートポリシリコン層)、7,7bはビット線(電
極ポリシリコン層)、8,8bはアンチフューズ部であ
る。
【0013】本発明は書き込み時のみ補助トランジスタ
を使用し電流の増加を計ることにより、面積を小さくし
たまま書き込み抵抗を下げるものである。すなわち図2
に示すように隣り合ったメモリセル間の素子分離部に書
き込み時にはONし、読み出し時にはOFFするような
高Vthトランジスタを補助トランジスタとしてもうけ
る。ワードラインをそのゲートとすることで書き込み時
ワードラインに高電圧を印加した時この補助トランジス
タをONし大電流を流すものである。高Vthトランジス
タはVth調整用イオン注入によりその部分のみのVth
増加を行う。またその部分のゲート酸化膜を厚くする等
の方法があるが、どちらでもあるいは両方かね合わせて
もよい。
【0014】図2(a)において、例えばビットライン
7bが選択されて書き込みの電流が流された際、フェー
ズ絶縁膜8bが破壊され矢印のように電流が流れる。ま
たW 1 は、補助トランジスタのゲート巾を示す。 実施例2 本発明の第2の実施例を図3に示す。図3(a)はメモ
リセルの平面図であり、図3(b)はA−A’断面、図
3(c)はB−B’断面、図3(d)はC−C’断面で
ある。
【0015】ただし、11はシリコン基板、12は素子
分離絶縁膜、13は活性領域、13’はソース領域、1
3''はドレイン領域、14はゲート絶縁膜、15はゲー
ト電極(ゲートポリシリコン層)、16は層間絶縁膜、
17はビット線(電極ポリシリコン層)、18はアンチ
フューズ部である。このようなメモリセル構造におい
て、一つのワード線で選択されるメモリセルのゲート電
極15は従来と同様に共通に設けらているが、その形状
はくし型であり、Anti Fuse 部はその凹部に形成され
る。そして、Anti Fuse 部を覆ってワード線と垂直にビ
ット線17が形成されている。一つのワード線を共有す
るトランジスタと、片方に隣接するワード線を共有する
トランジスタとはソース領域13’を共有し、ワード線
間に共有ソースラインが形成されている。また、他方に
隣接するワード線を共有するトランジスタとは絶縁分離
されている。このような構造にすることにより、図3
(c)で示されるAnti-fuse 型メモリセルだけでなく、
図3(d)で示される補助トランジスタができ、メモリ
セルへの書き込み時に、この補助トランジスタを通して
ワード線方向に隣接するメモリセルへも電流が流れる。
【0016】セルの選択はワードライン(ゲート電極)
及びビットライン(Anti Fuse電極)により行われる。ワ
ードラインが0VのときにはセレクトトランジタはOF
Fであり、また隣接セル間はセル間トランジタOFFの
ため分離されている。ワードラインに電圧が印加された
時はセレクトトランジタと同時にセル間のトランジタも
ONとなる。このときビットラインに電圧が印加される
と、アンチフューズ膜が破壊され、ビットラインにより
共通ソースに電流が流れる。この動作は従来のアンチフ
ューズ ROMと同様であるが、電流の流れる経路が従来の
セルのように、そのセルのセレクトトランジスタのみで
はなく、セル間のトランジタを経由し、隣接するセルの
セレクトトランジタ、あるいはさらにその隣接するセル
のセレクトトランジタにも生じる。このことは見かけ
上、セレクトトランジタのON電流が増加されることに
なり、セルサイズを増加させることなく読み出し電流、
書き込み電流とも増加させることが可能となる。 実施例3 また、アンチフューズ部をセルフアラインで形成した本
発明の第3の実施例を図4に示す。ただし、23は活性
領域、25はゲート電極(ワード線)、25aは素子分
離用ゲート電極、27はビットライン、28及び28a
はアンチフューズ部である。
【0017】ワード線間に素子分離用のゲート電極を設
け、ワード線と素子分離用のゲート電極(常に0V)と
の間にアンチフューズ部を設けたので、アンチフューズ
部の巾は電極間のスペースで規定され、アラインメント
ずれに対する面積の変動がなくなる。(従来は、活性領
域に対してワード線のアライメントずれが起こると、ア
ンチフューズ部の巾が狭くなる。)セルの選択はワード
ライン(ゲート電極)及びビットライン(アンチフュー
ズ電極) により行われる。ワードラインが0vのときに
はセレクトトランジスタはOFFでありビットラインに
は電流は流れない。ワードラインに電圧が印加された時
は、共通セレクトトランジスタがONとなる。このとき
ビットラインに電圧が印加されると、アンチフューズ膜
が破壊されビットラインより共通ソースに電流が流れ
る。この動作は従来のアンチフューズ ROMと同様である
が電流の流れる経路が従来のセルのようにセレクトトラ
ンジスタではなく、巾の大きな共通セレクトトランジス
タを流れる。
【0018】これにより、セルサイズを増加させること
なく読み出し電流、書き込み電流を増加させることが可
能となる。この状態では1ビットのみの書き込み読み出
しであるがセルブロックを必要分だけ作成すれば任意ビ
ット読み出しができる。また図に示すように面積は活性
領域の巾及びゲート電極の巾に依存し、アライメントず
れにかかわらず一定となる。
【0019】
【発明の効果】この発明によれば、メモリセルのサイズ
を大きくすることなく、書き込み及び読み出し抵抗を低
減でき耐圧低下のない不揮発性メモリ装置を提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の不揮発性メモリ装置の等価回路の図
である。
【図2】この発明の実施例で作製した不揮発性メモリ装
置の説明図である。
【図3】この発明の実施例で作製した不揮発性メモリ装
置の説明図である。
【図4】従来の不揮発性メモリ装置の説明図である。
【図5】従来の不揮発性メモリ装置の説明図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 素子分離絶縁膜 3 活性領域 3’ ソース 4 ゲート絶縁膜 5 ゲートポリシリコン層 5’ セレクトトランジスタのゲート 6 層間絶縁膜 7 電極ポリシリコン層 8 アンチフューズ部 9 補助トランジスタ 10 セレクトトランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−61156(JP,A) 特表 昭63−503262(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 27/10 431

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気的に絶縁膜を破壊することによりデ
    ータの書き込み行うアンチフューズメモリにおいて、書
    き込み時にセレクトトランジスタのドレイン領域とビッ
    ト線との間の絶縁膜が破壊されてセレクトトランジスタ
    に電流が流れる際、隣接するメモリセルのセレクトトラ
    ンジスタにも電流が流れるように、メモリセル間に補助
    トランジスタを設けたことを特徴とする不揮発性メモリ
    装置。
  2. 【請求項2】 セレクトトランジスタのゲート電極と該
    セレクトトランジスタに接続される補助トランジスタの
    ゲート電極とが同一導電層で形成されていることを特徴
    とする請求項1の不揮発性メモリ装置。
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