JP4316693B2 - Semiconductor resistance device and control method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体抵抗装置の構造とその制御方法とにかんし、とくに半導体集積回路において一度だけ書き込み可能なメモリ素子を用いて、抵抗等の製造バラツキの補正や動作条件の変更を行なうことによる歩留りの向上と性能の安定化に関する。
【0002】
【従来の技術】
レーザーヒューズ溶断型のプログラマブルリードオンリーメモリ(PROM)に記憶した情報を基に、抵抗アレイの抵抗値を調整するための回路を備える半導体抵抗装置における従来技術を図6の回路図に示す。
【0003】
図6に示すように、半導体抵抗装置は8個の直列に接続する抵抗81、82、83、84、85、86、87、88と、この8個の抵抗に並列に接続する8個のMOSトランジスタ91、92、93、94、95、96、97、98と、デコーダ80とにより構成している。
【0004】
またメモリブロック70は、電源の高電位に一端を接続する3個のレーザーヒューズ溶断型PROM素子71、72、73と、一端をレーザーヒューズ溶断型PROM素子に接続し、もう一端を電源の低電位に接続している比較抵抗74、75、76と、レーザーヒューズ溶断型PROM素子と比較抵抗の接続点の電位により出力電圧が決まるインバータ77、78、79とにより構成する。
【0005】
半導体抵抗装置は、メモリブロック70のインバータ77、78、79からの出力をデコーダ80に入力して、MOSトランジスタ91、92、93、94、95、96、97、98のいずれかを「オン」させることにより、8種類の抵抗値を選択することができる。
【0006】
たとえばメモリブロック70のレーザーヒューズ溶断型のPROM素子71、77、73が溶断されていなければ、インバータ77、78、79の出力電圧はいずれも電源電圧の低電位となり、MOSトランジスタ91が「オン」状態になるようにデコーダ80を制御する。結果、半導体抵抗装置は抵抗81の抵抗値となる。
【0007】
さらにレーザーヒューズ溶断型PROM素子72、73が溶断されている場合には、インバータ77の出力は電源電圧の低電位となり、インバータ78、79の出力は電源電圧の高電位となって、デコーダ80を介してMOSトランジスタ94を「オン」状態とし、抵抗値は抵抗81と抵抗82と抵抗83と抵抗84とを加えた値になる。
【0008】
一度だけ書き込み可能なメモリ素子としては、以上説明したレーザーヒューズ溶断型PROM素子のほかに、電気ヒューズ溶断型や接合破壊型などのPROM素子が挙げられる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、メモリブロック70に記憶した情報を読み出し、各メモリ素子の状態を判断するためには、図6に示すように、比較抵抗74、75、76とインバータ77、78、79を必要とし、半導体集積回路の面積を大きくなるという欠点がある。
【0010】
さらにまた電源とレーザーヒューズPROM素子71、72、73と比較抵抗74、75、76とによって閉回路を構成するので、常に電流が流れる状態となる。
このため、半導体集積回路の消費電流を抑えるには、図6には図示していないがデータラッチ回路を付加する必要がある。
【0011】
またさらにレーザーヒューズ溶断型PROM素子は、情報の書き込みにレーザー光を照射することにより行っている。したがって、レーザー光発生のための専用装置が必要であり、さらにヒューズPROM素子上のパッシベーション膜を開孔し、レーザー光の入射窓を形成する必要がある。
このため、半導体集積回路の面積が大きくなり、コストが高くなり、さらに実装後に情報の書き込みを行なうためには、実装形態が限定されるという欠点がある。
【0012】
さらに電気ヒューズ溶断型PROM素子は、PROM素子を構成するポリシリコンなどを物理的に破壊することにより情報の書き込みを行っている。このためシリコンクズの発生や、パッシベーション膜の劣化などの問題点がある。
【0013】
接合破壊型PROM素子は、電流を流し接合を破壊することにより情報の書き込みを行っている。このため情報の書き込みには電流を多く必要とするため、書き込み時に印加する電圧が大きく、書き込み電流の漏れを起こさないようにするため、半導体集積回路を構成する素子は書き込み電圧以上の耐圧を必要とする。
このため形成するための製造プロセスが複雑になるという欠点がある。
【0014】
また電気ヒューズ溶断型PROM素子と接合破壊型PROM素子とは、メモリ素子に高電圧を印加し、メモリ素子の大電流が流れる経路において、そのほとんどの電圧が印加される部分を熱破壊することによって情報の書き込みを行なう。
このためメモリ素子と書き込み電圧端子との間に挿入できる抵抗値の大きさは制限される。
【0015】
したがって一般的なMOSトランジスタをアドレストランジスタとして使用して、電気ヒューズ溶断型PROM素子や接合破壊型PROM素子を選択して書き込むことは難しい。
【0016】
[発明の目的]
そこで本発明の目的は、シリコンクズの発生やパッシベーション膜の劣化を起こさず、さらに半導体集積回路を構成する素子の高耐圧化を必要とせず、製造工程が簡単で、読み出し回路を必要とせず、書き込んだ情報を読み出すのに電流を消費しない半導体抵抗装置とその制御方法を提供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の半導体抵抗装置においては、下記の構造と制御方法を採用する。
【0018】
本発明の半導体抵抗装置は、複数の抵抗を直列に接続して構成され、一端が所定の電位に接続する抵抗アレイと、抵抗アレイの複数の抵抗と抵抗との接続点に一端が接続し、他端が所定の電位に接続する複数のメモリ素子及び複数のメモリ素子のそれぞれに情報を選択的に書き込むための複数のアドレストランジスタを有するメモリセルとを備え、メモリ素子に情報を書き込むことによりメモリ素子を抵抗とし、並列接続する抵抗アレイの抵抗値を選択することを特徴とする。
【0019】
本発明の半導体抵抗装置の抵抗アレイは、半導体基板上のフィールド酸化膜上に設けた多結晶シリコン配線に、複数の低シート抵抗領域と複数の抵抗をそれぞれ構成する複数の高シート抵抗領域とを交互に有することを特徴とする。
【0020】
本発明の半導体抵抗装置のメモリ素子は、半導体基板上のフィールド酸化膜上に設ける多結晶シリコン配線と、多結晶シリコン配線上に設けるメモリ酸化膜と、メモリ酸化膜上に設ける多結晶シリコン電極を有する、電気的に一度だけ書き込み可能なメモリ素子とすることを特徴とする。
【0021】
本発明の半導体抵抗装置の制御方法は、複数の抵抗を直列に接続して構成され、一端が半導体装置の駆動電圧の高電位に接続する抵抗アレイと、抵抗アレイの複数の抵抗と抵抗との接続点に一端が接続し、他端が駆動電圧の高電位に接続する複数のメモリ素子及び複数のメモリ素子のそれぞれに情報を選択的に書き込むための複数のアドレストランジスタを有するメモリセルとを備え、メモリ素子は、半導体基板上のフィールド酸化膜上に設け、抵抗アレイの複数の抵抗と抵抗との接続点に接続する第1の電極と、第1の電極表面に設けるメモリ酸化膜と、メモリ酸化膜のみに接し、駆動電圧の高電位に接続する第2の電極とを有する、電気的に一度だけ書き込み可能なメモリ素子とする半導体抵抗装置の制御方法であって、
情報を書き込むメモリ素子の第1の電極に書き込み電圧を印加することによりメモリ酸化膜を絶縁破壊に至らしめ抵抗とし、非選択のメモリ素子の第1の電極には一定電圧を印加し、書き込み阻止することにより、並列接続する抵抗アレイの抵抗値を選択することを特徴とする。
【0022】
本発明の半導体抵抗装置の制御方法では、一定電圧は、駆動電圧の高電位あるいは駆動電圧の高電位と書き込み電圧間の絶縁破壊電圧より小さい電圧であることを特徴とする。
【0023】
本発明の半導体抵抗装置の制御方法では、複数の抵抗を直列に接続して構成され、一端が半導体装置の駆動電圧の高電位に接続する抵抗アレイと、ドレインが抵抗アレイの他端に接続し、ソースが駆動電圧の高電位に接続するPチャネルMOSトランジスタと、抵抗アレイの複数の抵抗と抵抗との接続点に一端が接続し、他端が駆動電圧の高電位に接続する複数のメモリ素子及び複数のメモリ素子のそれぞれに情報を選択的に書き込むための複数のアドレストランジスタを有するメモリセルとを備え、メモリ素子は、半導体基板上のフィールド酸化膜上に設け、抵抗アレイの複数の抵抗と抵抗との接続点に接続する第1の電極と、第1の電極表面に設けるメモリ酸化膜と、メモリ酸化膜のみに接し、駆動電圧の高電位に接続する第2の電極とを有する、電気的に一度だけ書き込み可能なメモリ素子とする半導体抵抗装置の制御方法であって、
情報を書き込むメモリ素子の第1の電極に書き込み電圧を印加することによりメモリ酸化膜を絶縁破壊に至らしめ抵抗とし、抵抗アレイの両端を駆動電圧の高電位とすることで、非選択のメモリ素子の第1の電極には駆動電圧の高電位と書き込み電圧間の電位差を抵抗アレイを構成する抵抗により抵抗分割した絶縁破壊電圧より小さい電圧を印加し、書き込み阻止することにより、並列接続する抵抗アレイの抵抗値を選択することを特徴とする。
【0039】
[作用]
本発明の半導体抵抗装置において、任意のメモリ素子の第1の電極と第2の電極とを絶縁しているメモリ酸化膜に、使用者が外部より強制的に過電圧を印加し永久破壊させることにより、第1の電極と第2の電極とを導通状態とする。
そして、この導通状態としたメモリ素子を介してのみ電流を流す状態とすることにより、抵抗アレイの抵抗値を任意に選択することが可能である。
【0040】
そこで半導体集積回路製造後に、仕様に合致した抵抗値を得るメモリ素子1個に抵抗アレイの選択情報を記憶させる。
この選択情報が直接抵抗アレイの電流が流れる経路を形成するので、従来必要であった読み出し回路やデータラッチ回路を必要とせず、本発明の半導体抵抗装置ではこれら回路の動作に必要な電流の消費もなく、抵抗値を最適値に設定することができる。
【0041】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体抵抗装置を実施するための最適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1は本発明の実施形態における半導体抵抗装置を示す回路図である。以下、この図1を用いて本発明の実施形態を説明する。
【0042】
[半導体抵抗装置説明:図1]
図1に示すように、本発明の半導体抵抗装置は4個の抵抗29、30、31、32の直列接続からなり、その一端を半導体集積回路の動作電圧の高電位(以下Vddと記載する)に接続する抵抗アレイ8と、抵抗アレイ8における3個の接続点33、34、35に並列接続する3個のメモリセル1、2、3と、アドレス制御回路4と、プログラム電圧を外部から供給するための高い負の書き込み電圧(以下Vmと記載する)を印加するVm端子5と、アドレス信号入力端子7と、プログラムモード入力端子6とにより構成する。
アドレス制御回路4はプルダウン抵抗36を介して半導体集積回路の動作電圧の低電位(以下Vssと記載する)に接続している。
【0043】
メモリセル1、2、3はそれぞれ電極13、15、17をVddに接続し、電極14、16、18を抵抗アレイ8の接続点33、34、35に接続するメモリ素子10、11、12と、それぞれPチャネルMOSトランジスタ19、20、21と、NチャネルMOSトランジスタ22、23、24とのドレイン電極の接続部を抵抗アレイ8の接続点33、34、35に接続して構成する。
PチャネルMOSトランジスタ19、20、21のゲート電極はアドレス制御回路4からの信号線25、26、27と、それぞれ接続している。一方、NチャネルMOSトランジスタ22、23、24のゲート電極は、アドレス制御回路4からの信号線28と3個とも接続し、同一の制御を受けられるように構成している。
このPチャネルMOSトランジスタ19、20、21と、NチャネルMOSトランジスタ22、23、24とにより、アドレストランジスタを構成している。
【0044】
メモリ素子10、11、12は、電気的に一度だけ書き込み可能な読み出し専用の金属−絶縁膜−金属構造のメモリ素子で構成する。この金属−絶縁膜−金属構造のメモリ素子の断面構造を図2に示す。図2は本発明の実施形態におけるメモリ素子を示す断面図である。
【0045】
図2に示すように、半導体基板41にフィールド酸化膜42を設け、このフィールド酸化膜42上に多結晶シリコンから構成する第1の電極43を設ける。
さらにこの第1の電極43の表面に形成する膜厚の薄いシリコン酸化膜であるメモリ酸化膜44と、このメモリ酸化膜44上に設ける多結晶シリコンで構成する第2の電極45を設ける。さらにまた、層間絶縁膜46に設けるコンタクトホールを介して第1の電極43と第2の電極45の電位を設定するアルミ配線47とを設ける。
【0046】
本発明における金属−絶縁膜−金属構造のメモリ素子の製造方法としては、一般的な相補型電界効果トランジスタ(CMOSトランジスタ)の製造工程におけるゲート電極を構成する多結晶シリコンを全面に形成し、不純物注入工程までの処理工程と同様である。
つまり、MOSトランジスタのゲート電極と第1の電極43とは同じ多結晶シリコンで形成すればよい。ここでは多結晶シリコン膜を化学的気相成長装置により半導体基板41の全面に形成し、パターン形成は行わない。
【0047】
つぎに熱酸化処理により第1の電極43上に薄い膜厚でシリコン酸化膜を形成して、メモリ酸化膜44とする。その後、さらに化学的気相成長法により多結晶シリコンを形成し、不純物注入を行い所定の導電層にし、フォトエッチング法を用いて、図2に示すように第1の電極43材料である多結晶シリコン膜上部に第2の電極45を残すようにパターニングする。
【0048】
つぎに、フォトエッチング法を用いて第1の電極43とMOSトランジスタのゲート電極とをパターン形成する。引き続き多結晶シリコンのゲート電極形成以後の層間絶縁膜46の形成と、コンタクトホール形成と、アルミ配線47を形成する一般的なCMOSトランジスタ製造工程を行う。
【0049】
このようにMOSトランジスタのゲート電極と第1の電極43とのパターニングを、第2の電極45をパターニングした後におこなっている。このためMOSトランジスタのゲート電極のパターン寸法の細りが無く、さらに第2の電極45の形成材料である多結晶シリコンのエッチング残渣の発生がない。
【0050】
しかもソース領域とドレイン領域を形成する前にメモリ素子を作ることは、メモリ酸化膜44を形成する際の熱処理による、ソース領域とドレイン領域の拡散距離の増加もない。つまり、メモリ素子を作り込むことに起因するMOSトランジスタ特性への影響はない。
【0051】
メモリ素子への情報の書き込みは、第1の電極43と第2の電極45の電位とをメモリ酸化膜44に8MV/cm以上の電界が印加されるように設定することによって、メモリ酸化膜44に永久破壊を起こさせ、第1の電極43と第2の電極45とを導通状態にすることにより行う。
【0052】
一方、第1の電極43と第2の電極45間に設けているメモリ酸化膜44が絶縁破壊にいたらない電位状態では、第1の電極43と第2の電極45とは絶縁状態のままである。
【0053】
このように第1の電極43と第2の電極45との電位を制御することにより、導通状態と絶縁状態との安定な2つの状態に変わり得ることから、メモリ素子として動作する。
【0054】
[抵抗アレイの抵抗値設定説明:図2]
つぎに半導体集積回路装置製造後に、仕様に合致する図1の抵抗アレイ8の抵抗値の設定方法について、図1を用いて説明する。
【0055】
抵抗アレイ8の抵抗値は、メモリセル1、2、3を構成するメモリ素子10、11、12のいずれかを導通状態とすることにより、4種類の抵抗値を選択することができる。つまりこれはメモリ素子10、11、12に抵抗値の設定情報を書き込むことに相当する。
【0056】
メモリ素子へのデータの書き込みは、まずはじめにVss電圧に設定した外部電源をVm端子5に接続する。
プログラムモード入力端子6に信号「1」を入力し、アドレス制御回路4を書き込みモードにする。アドレス入力端子7にアドレス信号を入力し、書き込み先のメモリ素子を選択する。
【0057】
つぎに外部電源の出力電圧を負の高い書き込み電圧(Vm電圧)を所定の時間Vm端子5に印加し、選択したメモリ素子のメモリ酸化膜を絶縁破壊に至らしめ書き込みを行う。
【0058】
Vm端子5にVm電圧が印加されているときのメモリセル1、2、3におけるPチャネルMOSトランジスタ19、20、21と、NチャネルMOSトランジスタ22、23、24の動作状態を、メモリ素子10に書き込みを行う場合を例にして以下に説明する。
ここでただし、PチャネルMOSトランジスタ19、20、21と、NチャネルMOSトランジスタ22、23、24の「オン」状態での抵抗値が、抵抗アレイ8の抵抗29、30、31、32の抵抗値に比べ充分に小さいとする。
【0059】
メモリセル1のPチャネルMOSトランジスタ19のゲート電極には、アドレス制御回路4から信号線25を介してVddが印加され、PチャネルMOSトランジスタ19は「オフ」状態となっている。
一方、メモリセル2、3のPチャネルMOSトランジスタ20、21のゲート電極には、アドレス制御回路4からの信号線26、27を介してVm電圧が印加され、PチャネルMOSトランジスタ20、21を「オン」状態とする。
【0060】
NチャネルMOSトランジスタ22、23、24は、書き込みモード時には常時「オン」状態となるようにアドレス制御回路4から信号線28を介してVddが印加されている。
【0061】
このとき、メモリ素子10の電極14の電位はPチャネルMOSトランジスタ19が「オフ」状態となっているのでVmとなる。
したがってメモリ素子10の電極13の電位はVddであるから、メモリ酸化膜に絶縁破壊電圧以上の電圧が印加されて、情報の書き込みが行われる。
一方、メモリ素子11、12の電極15、17の電位はVddであるが、PチャネルMOSトランジスタ20、21が導通状態なので、電極16、18の電位はVmとはならない。つまり、メモリ酸化膜には絶縁破壊電圧以上の電圧は印加されないので非書き込み状態のままである。
【0062】
ここでメモリ素子11、12の電極16、18の電位はPチャネルMOSトランジスタ20、21のオン抵抗値とNチャネルMOSトランジスタ23、24のオン抵抗値により、VddからVm電位まで設定が可能である。
たとえばPチャネルMOSトランジスタ20、21のオン抵抗値とNチャネルMOSトランジスタ23、24のオン抵抗値を同程度にするとメモリ素子11、12の電極16、18の電位は(Vdd+Vm)/2となる。したがって、メモリ素子11、12のメモリ酸化膜には絶縁破壊電圧より充分に小さい電圧を印加するすることが可能である。
【0063】
図9にメモリ素子10、11、12のそれぞれの電極14、16、18の電位の時間経過を示す。図9において電極14の電位変化は折れ線49、電極16と電極18の電位変化は折れ線64が対応する。時間軸の原点はプログラムモード入力端子に信号「1」を入力時としている。
時間t0でメモリセル1を選択するためのアドレスを設定を行っている。時間t1で外部電源をVssからVm電圧に切り替えている。時間t2でメモリ素子10のメモリ酸化膜が絶縁破壊し書き込みが終了。時間t3において外部電源をVm電圧からVssに切り替えている。図9においてVbrが絶縁破壊電圧を示している。
【0064】
時間t0から時間t1までは選択メモリ素子10の電極14はVss電位となり、非選択メモリ素子11と非選択メモリ素子12の電極16と電極18はPチャネルMOSトランジスタ20、21のオン抵抗値とNチャネルMOSトランジスタ23、24のオン抵抗値とによりVddとVss間を抵抗分割した電位となる。
同様に、時間t1から時間t2までは選択メモリ素子10の電極14はVm電圧となり、非選択メモリ素子11と12の電極16と18はPチャネルMOSトランジスタ20、21のオン抵抗値とNチャネルMOSトランジスタ23、24のオン抵抗値とによりVddとVm電圧間の抵抗分割された電位となる。
時間t2からt3まではメモリ素子10のメモリ酸化膜が絶縁破壊しているので電極13と電極14が導通するので近似的にVddを示す。
【0065】
一方、非選択メモリ素子11と12の電極16と18はPチャネルMOSトランジスタ20、21のオン抵抗値とNチャネルMOSトランジスタ23、24のオン抵抗値とによりVddとVm電圧間の抵抗分割された電位のままである。
時間t3以後は書き込んだメモリ素子10の電極14はVddを示し、非書き込みメモリ素子11と非書き込みメモリ素子12の電極16と電極18は、外部電源をVm電圧からVssに切り替えるために、PチャネルMOSトランジスタ20、21のオン抵抗値とNチャネルMOSトランジスタ23、24のオン抵抗値とによりVddとVss間を抵抗分割した電位が再度現れる。
【0066】
図9において、PチャネルMOSトランジスタ20、21とNチャネルMOSトランジスタ23、24のオン抵抗値を、それぞれのゲート−ソース間電圧の絶対値が|Vss−Vdd|の場合はRp1、Rn1とし、それぞれのゲート−ソース間電圧の絶対値が|Vm−Vdd|の場合はRp2、Rn2としている。
【0067】
つぎに抵抗値設定後の本発明の半導体抵抗装置の動作を説明する。Vm端子と外部電源との接続を切り、プルダウン抵抗36を介してVm端子の電位をVssとする。
プログラムモード入力端子に信号「0」を入力し、アドレス制御回路4を通常モードにし、PチャネルMOSトランジスタ19、20、21にはアドレス制御回路4から信号線25、26、27を介して、ゲート電極にVddが印加され、PチャネルMOSトランジスタ19、20、21は「オフ」状態にする。
【0068】
一方、NチャネルMOSトランジスタ22、23、24のゲート電極にアドレス制御回路4から信号線28を介してVssを印加して「オフ」状態とする。
【0069】
メモリ素子10に書き込みを行ったので、メモリ素子10のメモリ酸化膜は絶縁破壊しており、Vddを印加している電極13と電極14とは導通状態となっている。
したがって、メモリ素子10を介して、抵抗アレイ8の抵抗29と抵抗30との接続点33へと電流が流れる経路が形成されたことになる。
【0070】
一方、メモリ素子11、12のメモリ酸化膜は絶縁破壊されていないので電極15と電極16、および電極17と電極18は非道通状態であるから、抵抗アレイ8へ電流が流れる経路は存在しない。
【0071】
このときの抵抗アレイ8の抵抗値R0は、抵抗29、30、31、32の抵抗値をR1,R2,R3,R4とし、メモリ素子10の書き込み後の抵抗値をR5として求めると、
R0=R2+R3+R4+R5・R1/(R1+R5)
となる。
【0072】
この調整後の抵抗値を求めるさきに記した式から明らかなように、メモリ素子10の抵抗値R5が、抵抗29、30、31、32の抵抗値R1,R2,R3,R4に比らべ充分に小さいとき、抵抗アレイ8の抵抗値であるR0は、(R2+R3+R4)と近似できる。
【0073】
ここではメモリ素子10に情報の書き込みを行った場合を説明したが、メモリ素子11、12に書き込みを行った場合も同じように行うことができるので、詳細な説明は省略する。
【0074】
したがって半導体抵抗装置の抵抗値の設定範囲を広げ、さらに抵抗値の設定をより正確にするためには、書き込み後のメモリ素子の抵抗値を小さくし、さらにそのバラツキを小さくすることである。
【0075】
[メモリ素子の抵抗値の分布説明:図3]
つぎに図2に示すメモリ酸化膜44の膜厚が5nmであるメモリ素子を、Vm電圧がマイナス10Vとし、Vm印加時間1m秒の書き込み条件で、メモリセルのPチャネルMOSトランジスタのゲート幅寸法を変えて、Vm印加時にメモリ素子を貫通する電流量を変えたときの書き込み後のメモリ素子の抵抗値の分布を図3のグラフに示す。
【0076】
この図3のグラフにおいて、メモリ素子の抵抗値測定は、書き込み後のメモリ素子に1Vの電圧を印加し、流れる電流値を測定し、抵抗値に変換している。
【0077】
図3のグラフから明らかなように、メモリ素子を貫通する電流値が2mAでは抵抗値は600Ωから1KΩの範囲まで分布する。そして抵抗の平均値は750Ωである。
一方、電流値が200μAでは抵抗値は1.5KΩから11KΩの範囲まで分布し、抵抗の平均値は3.73KΩと、2mAに比らべて、分布は高抵抗側へシフトしており、またそのバラツキも大きい。
【0078】
つぎに通常動作時においては、抵抗アレイ8の抵抗値に依存してメモリ素子に印加される電圧は変化する。
したがって、正確に抵抗値を設定するためには、書き込み後のメモリ素子の抵抗値は電圧依存性が小さい必要がある。そこで、書き込み後のメモリ素子の抵抗値の電圧依存性を図4のグラフに示す。
【0079】
[書き込み後のメモリ素子の抵抗値の電圧依存性説明:図4]
図4において、曲線50、51、52は、それぞれ1Vでのメモリ素子の書き込み後の抵抗値が800Ωと、10KΩと、50KΩの場合の電圧依存性を示している。このグラフから明らかなように、1Vでの書き込み後の抵抗値が小さいほど、電圧による抵抗値の変化は少ない。とくに曲線50では、抵抗値の変化は観測されていない。
一方、曲線52では印加電圧が0.5Vより小さくなると電圧に依存して著しく抵抗値が増大している。
【0080】
図3と図4のグラフよりメモリ素子の書き込み条件は、Vm印加時にメモリ素子を貫通する電流値が2mA以上である。この条件でメモリ素子の書き込みを行うことにより、書き込み後のメモリ素子の抵抗値は1KΩ以下に分布し、バラツキもほとんどない状態が可能である。
また、書き込み後のメモリ素子の抵抗値も電圧依存性は観測されない。このことは、図1に示す抵抗アレイ8の抵抗値の調整を正確に、しかも安定して行えることを示している。
【0081】
[半導体抵抗装置の抵抗アレイの平面パターン形状説明:図5]
つぎに本発明の実施の形態における半導体装置の抵抗アレイを多結晶シリコンにて形成する場合において、図1における抵抗29と、抵抗30と、メモリセル1の平面パターン形状の一部を図5の平面図に示す。
【0082】
図5において多結晶シリコン配線63には図1における抵抗29、30として動作する100Ω/□〜1MΩ/□の高シート抵抗領域55、56と、Vddにアルミ配線60とコンタクトホールを介して接続する電極として動作する低シート抵抗領域57と、図2に示す金属−絶縁膜−金属構造のメモリ素子を構成する第1の電極43として動作する低シート抵抗領域54とを設ける。この低シート抵抗領域54は、図1に示す電極14に相当する。
【0083】
低シート抵抗領域54上には、図2における第2の電極45として動作する多結晶シリコン電極53を設ける。さらに図5には図示しないが、多結晶シリコン配線63の表面に形成するメモリ酸化膜を設ける。この低シート抵抗領域54とメモリ酸化膜と多結晶シリコン電極53とにより、金属−絶縁膜−金属構造のメモリ素子を構成している。この多結晶シリコン電極53は図1における電極13に相当する。
【0084】
多結晶シリコン電極53とPチャネルMOSトランジスタ61のソース電極はコンタクトホールを介してアルミ配線58によりVddに接続している。
【0085】
また高濃度不純物領域である低シート抵抗領域54は、PチャネルMOSトランジスタ61とNチャネルMOSトランジスタ62のドレイン電極へコンタクトホールを介してアルミ配線59により接続している。
【0086】
このように本発明の実施形態では、1つの多結晶シリコン配線63の高シート抵抗領域55、56を抵抗素子とし、低シート抵抗領域54をメモリ素子の第1の電極として用いている。
このことにより、抵抗素子とメモリ素子との配線を省略できるので、半導体抵抗装置の面積を小さくすることが可能である。
【0087】
なお以上説明した本発明の実施形態ではメモリセルの数を3個として説明したが、セル数は増やしてもよい。セル数を増やすことにより、抵抗値の補正量をなおいっそう細かく調整することが可能である。
【0088】
本発明の第2の制御方法による半導体抵抗装置を実施するための最適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。図7は本発明の実施形態における半導体抵抗装置を示す回路図である。以下、この図7を用いて本発明の実施形態を説明する。
【0089】
[半導体抵抗装置の説明:図7]
図7に示すように、本発明の半導体抵抗装置は4個の抵抗29、30、31、32の直列接続から構成し、一端をVddに接続する抵抗アレイ8と、抵抗アレイ8における3個の接続点33、34、35に並列に接続する3個のメモリセル1、2、3と、アドレス制御回路4と、プログラム電圧を外部から供給するための高い負の書き込み電圧Vmを印加するVm端子5と、アドレス信号入力端子7と、プログラムモード入力端子6とにより構成する。
アドレス制御回路4はプルダウン抵抗36を介してVssに接続している。
【0090】
メモリセル1、2、3は、それぞれの電極13、15、17をVddに接続して、電極14、16、18を抵抗アレイ8の接続点33、34、35に接続するメモリ素子10、11、12と、それぞれPチャネルMOSトランジスタ19、20、21と、NチャネルMOSトランジスタ22、23、24とのドレイン電極の接続部を抵抗アレイ8の接続点33、34、35に接続して構成する。
PチャネルMOSトランジスタ19、20、21のゲート電極は、アドレス制御回路4からの信号線25、26、27と、それぞれ接続している。NチャネルMOSトランジスタ22、23、24のゲート電極はアドレス制御回路4からの信号線37、38、39と、それぞれ接続している。
【0091】
PチャネルMOSトランジスタ19、20、21と、NチャネルMOSトランジスタ22、23、24とにより、アドレストランジスタを構成している。
【0092】
[メモリ素子の説明:図2]
メモリ素子10、11、12は、電気的に一度だけ書き込み可能な読み出し専用の金属−絶縁膜−金属構造のメモリ素子で構成する。この金属−絶縁膜−金属構造のメモリ素子の断面構造を図2に示す。図2は本発明の実施形態におけるメモリ素子を示す断面図である。
【0093】
図2に示すように、半導体基板41にフィールド酸化膜42を設け、このフィールド酸化膜42上に多結晶シリコンから構成する第1の電極43を設ける。
さらにこの第1の電極43の表面に形成する膜厚の薄いシリコン酸化膜であるメモリ酸化膜44と、このメモリ酸化膜44上に設ける多結晶シリコンで構成する第2の電極45を設ける。さらにまた、層間絶縁膜46に設けるコンタクトホールを介して第1の電極43と第2の電極45の電位を設定するアルミ配線47とを設ける。
【0094】
本発明における金属−絶縁膜−金属構造のメモリ素子の製造方法としては、一般的な相補型電界効果トランジスタ(CMOSトランジスタ)の製造工程におけるゲート電極を構成する多結晶シリコンを全面に形成し、不純物注入工程までの処理工程と同様である。
つまり、MOSトランジスタのゲート電極と第1の電極43とは同じ多結晶シリコンで形成すればよい。ここでは多結晶シリコン膜を化学的気相成長装置により半導体基板41の全面に形成し、パターン形成は行わない。
【0095】
つぎに熱酸化処理により第1の電極43上に薄い膜厚でシリコン酸化膜を形成して、メモリ酸化膜44とする。その後、さらに化学的気相成長法により多結晶シリコンを形成し、不純物注入を行い所定の導電層にし、フォトエッチング法を用いて、図2に示すように第1の電極43材料である多結晶シリコン膜上部に第2の電極45を残すようにパターニングする。
【0096】
つぎに、フォトエッチング法を用いて第1の電極43とMOSトランジスタのゲート電極とをパターン形成する。引き続き多結晶シリコンのゲート電極形成以後の層間絶縁膜46の形成と、コンタクトホール形成と、アルミ配線47を形成する一般的なCMOSトランジスタ製造工程を行う。
【0097】
このようにMOSトランジスタのゲート電極と第1の電極43とのパターニングを、第2の電極45をパターニングした後におこなっている。このためMOSトランジスタのゲート電極のパターン寸法の細りが無く、さらに第2の電極45の形成材料である多結晶シリコンのエッチング残渣の発生がない。
【0098】
しかもソース領域とドレイン領域を形成する前にメモリ素子を作ることは、メモリ酸化膜44を形成する際の熱処理による、ソース領域とドレイン領域の拡散距離の増加もない。
つまり、メモリ素子を作り込むことに起因するMOSトランジスタ特性への影響はない。
【0099】
メモリ素子への情報の書き込みは、第1の電極43と第2の電極45の電位とをメモリ酸化膜44に8MV/cm以上の電界が印加されるように設定することによって、メモリ酸化膜44に永久破壊を起こさせ、第1の電極43と第2の電極45とを導通状態にすることにより行う。
【0100】
一方、第1の電極43と第2の電極45間に設けているメモリ酸化膜44が絶縁破壊にいたらない電位状態では、第1の電極43と第2の電極45とは絶縁状態のままである。
【0101】
このように第1の電極43と第2の電極45との電位を制御することにより、導通状態と絶縁状態との安定な2つの状態に変わり得ることから、メモリ素子として動作する。
【0102】
[抵抗値の設定方法の説明:図7]
つぎに半導体集積回路装置製造後に、仕様に合致する図7の抵抗アレイ8の抵抗値の設定方法について、図7を用いて説明する。
【0103】
抵抗アレイ8の抵抗値は、メモリセル1、2、3を構成するメモリ素子10、11、12のいずれかを導通状態とすることにより、4種類の抵抗値を選択することができる。
つまりこれはメモリ素子10、11、12に抵抗値の設定情報を書き込むことに相当する。
【0104】
メモリ素子へのデータの書き込みは、まずはじめにVss電圧に設定した外部電源をVm端子5に接続する。
プログラムモード入力端子6に信号「1」を入力して、アドレス制御回路4を書き込みモードにする。アドレス入力端子7にアドレス信号を入力し、書き込み先のメモリ素子を選択する。
【0105】
つぎに外部電源の出力電圧を負の高い書き込み電圧(Vm電圧)を所定の時間Vm端子5に印加し、選択したメモリ素子のメモリ酸化膜を絶縁破壊に至らしめ書き込みを行う。
【0106】
Vm端子5に、Vm電圧を印加しているときのメモリセル1、2、3におけるPチャネルMOSトランジスタ19、20、21と、NチャネルMOSトランジスタ22、23、24の動作をメモリ素子10に書き込みを行う場合を例にして以下に説明する。
【0107】
メモリセル1のPチャネルMOSトランジスタ19のゲート電極には、アドレス制御回路4から信号線25を介してVddが印加され、PチャネルMOSトランジスタ19は「オフ」状態となっている。
一方、メモリセル2、3のPチャネルMOSトランジスタ20、21のゲート電極には、アドレス制御回路4からの信号線26、27を介してVss電圧が印加され、PチャネルMOSトランジスタ20、21を「オン」状態とする。
【0108】
さらに、NチャネルMOSトランジスタ22のゲート電極には、アドレス制御回路4から信号線37を介してVddが印加され、NチャネルMOSトランジスタ22は「オン」状態となっている。
さらに、メモリセル2、3のNチャネルMOSトランジスタ23、24のゲート電極には、アドレス制御回路4からの信号線38、39を介してVm電圧が印加され、NチャネルMOSトランジスタ20、21を「オフ」状態とする。
【0109】
このとき、メモリ素子10の電極14の電位はPチャネルMOSトランジスタ19が「オフ」、NチャネルMOSトランジスタ22が「オン」状態となっているのでVmとなる。
したがってメモリ素子10の電極13の電位はVddであるから、メモリ酸化膜に絶縁破壊電圧以上の電圧が印加されて、情報の書き込みが行われる。
【0110】
一方、メモリ素子11、12の電極16、18の電位は、PチャネルMOSトランジスタ20、21が「オン」、NチャネルMOSトランジスタ23、24が「オフ」状態となっているのでVddである。
また、メモリ素子11、12の電極15、17の電位はVddであるので、メモリ酸化膜には絶縁破壊電圧以上の電圧は印加されないので非書き込み状態のままである。
【0111】
図10にメモリ素子10、11、12のそれぞれの電極14、16、18の電位の時間経過を示す。図10において、電極14の電位変化は折れ線65、電極16と電極18の電位変化は折れ線66が対応する。時間軸の原点はプログラムモード入力端子に信号「1」を入力時としている。
時間t0でメモリセル1を選択するためのアドレスを設定を行っている。時間t1で外部電源をVssからVm電圧に切り替えている。時間t2でメモリ素子10のメモリ酸化膜が絶縁破壊し書き込みが終了。時間t3において外部電源をVm電圧からVssに切り替えている。図10においてVbrが絶縁破壊電圧を示している。
【0112】
選択メモリ素子の電極14は時間t0から時間t1まではVss、時間t1から時間t2まではVm電圧、時間t2以後はメモリ素子10のメモリ酸化膜が絶縁破壊しているので電極13と電極14が導通するので近似的にVddを示す。
一方、非選択メモリ素子11と12の電極16と18は書き込みモード期間は常時Vddを示す。
【0113】
つぎに抵抗値設定後の本発明の半導体抵抗装置の動作を説明する。
Vm端子と外部電源との接続を切り、プルダウン抵抗36を介してVm端子の電位をVssとする。
プログラムモード入力端子に信号「0」を入力し、アドレス制御回路4を通常モードにし、PチャネルMOSトランジスタ19、20、21にはアドレス制御回路4から信号線25、26、27を介してゲート電極にVddを印加し、PチャネルMOSトランジスタ19、20、21は「オフ」状態にする。
【0114】
一方、NチャネルMOSトランジスタ22、23、24のゲート電極にアドレス制御回路4から信号線37、38、39を介してVssを印加して「オフ」状態とする。
【0115】
メモリ素子10に書き込みを行ったので、メモリ素子10のメモリ酸化膜は絶縁破壊しており、Vddを印加している電極13と電極14とは導通状態となっている。
したがって、メモリ素子10を介して抵抗アレイ8の抵抗29と抵抗30との接続点33へと電流が流れる経路が形成されたことになる。
【0116】
一方、メモリ素子11、12のメモリ酸化膜は絶縁破壊されていないので電極15と電極16、および電極17と電極18は非道通状態であるから、抵抗アレイ8へ電流が流れる経路は存在しない。
【0117】
このときの抵抗アレイ8の抵抗値R0は、抵抗29、30、31、32の抵抗値をR1,R2,R3,R4とし、メモリ素子10の書き込み後の抵抗値をR5として求めると、
R0=R2+R3+R4+R5・R1/(R1+R5)
となる。
【0118】
この調整後の抵抗値を求めるさきに記載した式から明らかなように、メモリ素子10の抵抗値R5が抵抗29、30、31、32の抵抗値R1,R2,R3,R4に比らべ充分に小さいとき、抵抗アレイ8の抵抗値であるR0は、(R2+R3+R4)と近似できる。
【0119】
ここではメモリ素子10に情報の書き込みを行った場合を説明したが、メモリ素子11、12に書き込みを行った場合も同じように行うことができるので、詳細な説明は省略する。
【0120】
したがって半導体抵抗装置の抵抗値の設定範囲を広げ、さらに抵抗値の設定をより正確にするためには、書き込み後のメモリ素子の抵抗値を小さくし、さらにそのバラツキを小さくすることである。
【0121】
[書き込み後のメモリ素子の抵抗値分布の説明:図3]
つぎに図2に示すメモリ酸化膜44の膜厚が5nmであるメモリ素子を、Vm電圧がマイナス10Vとし、Vm印加時間1m秒の書き込み条件で、メモリセルのPチャネルMOSトランジスタのゲート幅寸法を変えて、Vm印加時にメモリ素子を貫通する電流量を変えたときの書き込み後のメモリ素子の抵抗値の分布を図3のグラフに示す。
【0122】
この図3のグラフにおいて、メモリ素子の抵抗値測定は、書き込み後のメモリ素子に1Vの電圧を印加し、流れる電流値を測定し、抵抗値に変換している。
【0123】
図3のグラフから明らかなように、メモリ素子を貫通する電流値が2mAでは抵抗値は600Ωから1KΩの範囲まで分布する。そして抵抗の平均値は750Ωである。
一方、電流値が200μAでは抵抗値は1.5KΩから11KΩの範囲まで分布し、抵抗の平均値は3.73KΩと、2mAに比らべて、分布は高抵抗側へシフトしており、またそのバラツキも大きい。
【0124】
つぎに通常動作時においては、抵抗アレイ8の抵抗値に依存してメモリ素子に印加される電圧は変化する。したがって正確に抵抗値を設定するためには、書き込み後のメモリ素子の抵抗値は電圧依存性が小さい必要がある。そこで、書き込み後のメモリ素子の抵抗値の電圧依存性を図4のグラフに示す。
【0125】
[書き込み後のメモリ素子の抵抗値の電圧依存性の説明:図4]
図4において、曲線50、51、52は、それぞれ1Vでのメモリ素子の書き込み後の抵抗値が800Ωと、10KΩと、50KΩの場合の電圧依存性を示している。
このグラフから明らかなように、1Vでの書き込み後の抵抗値が小さいほど、電圧による抵抗値の変化は少ない。とくに曲線50では抵抗値の変化は観測されていない。一方、曲線52では印加電圧が0.5Vより小さくなると電圧に依存して著しく抵抗値が増大している。
【0126】
図3と図4のグラフよりメモリ素子の書き込み条件は、Vm印加時にメモリ素子を貫通する電流値が2mA以上である。この条件でメモリ素子の書き込みを行うことにより、書き込み後のメモリ素子の抵抗値は1KΩ以下に分布し、バラツキもほとんどない状態が可能である。
また、書き込み後のメモリ素子の抵抗値も電圧依存性は観測されない。このことは、図7に示す抵抗アレイ8の抵抗値の調整を正確に、しかも安定して行えることを示している。
【0127】
なお以上説明した本発明の実施形態ではメモリセルの数を3個として説明したが、セル数は増やしてもよい。セル数を増やすことにより、抵抗値の補正量をなおいっそう細かく調整することが可能である。
【0128】
本発明の第3の制御方法による半導体抵抗装置を実施するための最適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。図8は本発明の実施形態における半導体抵抗装置を示す回路図である。以下、この図8を用いて本発明の実施形態を説明する。
【0129】
[半導体抵抗装置の説明:図8]
図8に示すように、本発明の半導体抵抗装置は4個の抵抗29、30、31、32の直列接続からなり、一端をVddに接続する抵抗アレイ8と、抵抗アレイ8における3個の接続点33、34、35に並列接続する3個のメモリセル1、2、3と、アドレス制御回路4と、プログラム電圧Vmを印加するためのVm端子5と、アドレス信号入力端子7と、プログラムモード入力端子6と、抵抗アレイ8の端点9にドレインを接続し、ソースをVddに接続するPチャネルMOSトランジスタ40とにより構成する。
PチャネルMOSトランジスタ40のゲート電極はアドレス制御回路4からの信号線48に接続している。アドレス制御回路4はプルダウン抵抗36を介してVssに接続している。
【0130】
メモリセル1、2、3はそれぞれ電極13、15、17をVddに接続し、電極14、16、18を抵抗アレイ8の接続点33、34、35に接続するメモリ素子10、11、12と、NチャネルMOSトランジスタ22、23、24のドレイン電極の接続部を抵抗アレイ8の接続点33、34、35に接続して構成する。
NチャネルMOSトランジスタ22、23、24のゲート電極は、アドレス制御回路4からの信号線37、38、39と、それぞれ接続している。NチャネルMOSトランジスタ22、23、24とにより、アドレストランジスタを構成している。
【0131】
メモリ素子10、11、12は、電気的に一度だけ書き込み可能な読み出し専用の金属−絶縁膜−金属構造のメモリ素子で構成する。
本発明におけるメモリ素子の構造と製造方法および書き込み方法は前述したので、ここでは詳細な説明を省略する。
【0132】
つぎに半導体集積回路装置製造後に、仕様に合致する図8の抵抗アレイ8の抵抗値の設定方法について、図8を用いて説明する。
【0133】
抵抗アレイ8の抵抗値は、メモリセル1、2、3を構成するメモリ素子10、11、12のいずれかを導通状態とすることにより、4種類の抵抗値を選択することができる。
つまりこれはメモリ素子10、11、12に抵抗値の設定情報を書き込むことに相当する。
【0134】
メモリ素子へのデータの書き込みは、まずはじめにVss電圧に設定した外部電源をVm端子5に接続する。プログラムモード入力端子6に信号「1」を入力し、アドレス制御回路4を書き込みモードにする。アドレス制御回路4が書き込みモードではPチャネルMOSトランジスタ40のゲート電極には信号線48を介してVssを印加し、常にPチャネルMOSトランジスタ40を「オン」状態とし、抵抗アレイ8の端点9の電位がVddとなるようにする。
さらに書き込みアドレス入力端子7にアドレス信号を入力し、書き込み先のメモリ素子を選択する。
【0135】
つぎに外部電源の出力電圧を書き込み電圧Vmとし、所定の時間Vm端子5に印加し、選択したメモリ素子のメモリ酸化膜を絶縁破壊に至らしめ書き込みを行う。
このときPチャネルMOSトランジスタ40のゲート電極にもVm電圧が印加される。
【0136】
Vm端子5にVm電圧が印加されているときのメモリセル1、2、3におけるNチャネルMOSトランジスタ22、23、24の動作状態を、メモリ素子10に書き込みを行う場合を例にして以下に説明する。
【0137】
メモリセル1のNチャネルMOSトランジスタ22のゲート電極には、アドレス制御回路4から信号線37を介してVddが印加され、NチャネルMOSトランジスタ22は「オン」状態となっている。
一方、メモリセル2、3のNチャネルMOSトランジスタ23、24のゲート電極には、アドレス制御回路4からの信号線38、39を介してVm電圧が印加され、NチャネルMOSトランジスタ23、24を「オフ」状態とする。
【0138】
このときメモリ素子10の電極14の電位は、NチャネルMOSトランジスタ22が「オン」状態となっているのでVmとなる。
したがってメモリ素子10の電極13の電位はVddであるから、メモリ酸化膜に絶縁破壊電圧以上の電圧が印加されて、情報の書き込みが行われる。
【0139】
一方、メモリ素子11、12の電極16、18の電位はNチャネルMOSトランジスタ23、24が「オフ」状態となっているので、接続点33の電位Vmと抵抗アレイ8の端点9の電位Vddを抵抗分割した電位となる。
【0140】
抵抗アレイ8を構成する抵抗29、30、31、32の抵抗値をR1,R2,R3,R4とすると、メモリセル11の電極16の電位は
{(R3+R4)/(R2+R3+R4)}・(Vm−Vdd)+Vdd
となり、メモリセル212の電極218の電位は
R4/(R2+R3+R4)・(Vm−Vdd)+Vdd
となり、メモリ素子11、12のメモリ酸化膜には絶縁破壊電圧以上の電圧は印加されないので非書き込み状態のままである。
【0141】
図11にメモリセル10、11、12のそれぞれの電極14、16、18の電位の時間経過を示す。図11において、電極14の電位変化は折れ線67、電極16の電位変化は折れ線68、電極18の電位変化は折れ線69が対応する。時間軸の原点はプログラムモード入力端子に信号「1」を入力時としている。
時間t0でメモリセル1を選択するためのアドレスを設定を行っている。時間t1で外部電源をVssからVmに切り替えている。時間t2でメモリ素子10のメモリ酸化膜が絶縁破壊し書き込みが終了。時間t3において外部電源をVmからVssに切り替えている。図11においてR16とR18は抵抗アレイ8の接続点33と34の抵抗分割の割合を示している。Vbrが絶縁破壊電圧を示している。
【0142】
時間t0から時間t1までは選択メモリ素子10の電極14はVss電位となり、メモリ素子10に書き込みが行われていないので非選択メモリ素子11と非選択メモリ素子12の電極16と電極18は、抵抗アレイ8の接続点33の電位Vssと端点9の電位Vddとの電位差を接続点34と接続点35の抵抗分割された電位となる。
【0143】
同様に、時間t1から時間t2までは選択メモリ素子10の電極14はVm電位となり、メモリ素子10に書き込みが行われていないので非選択メモリ素子11と12の電極16と18は抵抗アレイ8の接続点33の電位Vmと端点9の電位Vddとの電位差を接続点34と35の抵抗分割された電位となる。
時間t2以後は、メモリ素子10のメモリ酸化膜が絶縁破壊しているので、電極13と電極14が導通するので近似的にVddを示す。同様に接続点33の電位もVddとなるので抵抗アレイ8の端点9との間の電位差が無くなりVddを示す。
【0144】
つぎに抵抗値設定後の本発明の半導体抵抗装置の動作を説明する。Vm端子と外部電源との接続を切り、プルダウン抵抗36を介してVm端子の電位をVssとする。
プログラムモード入力端子に信号「0」を入力し、アドレス制御回路4を通常モードにし、PチャネルMOSトランジスタ40にはアドレス制御回路4から信号線48を介して、ゲート電極にVddが印加し、PチャネルMOSトランジスタ19を「オフ」状態にする。
また、NチャネルMOSトランジスタ22、23、24のゲート電極にアドレス制御回路4から信号線37、38、39を介してVssを印加して「オフ」状態とする。
【0145】
メモリ素子10に書き込みを行ったので、メモリ素子10のメモリ酸化膜は絶縁破壊しており、Vddを印加している電極13と電極14とは導通状態となっている。
したがって、メモリ素子10を介して抵抗アレイ8の抵抗29と抵抗30との接続点33へと電流が流れる経路が形成されたことになる。
【0146】
一方、メモリ素子11、12のメモリ酸化膜は絶縁破壊されていないので電極15と電極16、および電極17と電極18は非道通状態であるから、抵抗アレイ8へ電流が流れる経路は存在しない。
【0147】
このときの抵抗アレイ8の抵抗値R0は、メモリ素子10の書き込み後の抵抗値をR5として求めると、
R0=R2+R3+R4+R5・R1/(R1+R5)
となる。
【0148】
この調整後の抵抗値を求める先述の式から明らかなように、メモリ素子10の抵抗値R5が、抵抗29、30、31、32の抵抗値R1,R2,R3,R4に比らべ充分に小さいとき、抵抗アレイ8の抵抗値であるR0は、(R2+R3+R4)と近似できる。
【0149】
ここではメモリ素子10に情報の書き込みを行った場合を説明したが、メモリ素子11、12に書き込みを行った場合も同じように行うことができるので、詳細な説明は省略する。
【0150】
なお以上説明した本発明の実施形態ではメモリセルの数を3個として説明したが、セル数は増やしてもよい。
セル数を増やすことにより、抵抗値の補正量をなおいっそう細かく調整することが可能である。
【0151】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の半導体抵抗装置によれば、製造バラツキによって変動する抵抗を半導体集積回路装置ができた後に、抵抗値を補正し、半導体集積回路装置の仕様に最も適した抵抗値に設定することができる。
【0152】
さらに本発明の半導体抵抗装置では、仕様に合致した抵抗値を得るメモリ素子1個を絶縁破壊させ、導通状態とし、直接抵抗アレイの電流が流れる経路を形成するので、読み出し回路、データラッチ回路を必要とせず、これら回路の動作に必要な電流の消費もなく、抵抗値を最適値に設定することができる。
【0153】
本発明の半導体抵抗装置を構成するメモリ素子は、第1の電極をMOS構造のゲート電極に用いる多結晶シリコンを用いう多結晶シリコン2層構造を採用している。このため製造工程が簡単であり、周辺のMOSトランジスタ特性に影響することはない。
【0154】
また、書き込み後のメモリ素子の抵抗値のバラツキを小さくするために必要な書き込み電流が2mAと少なく、メモリ酸化膜5nmにおいて、1msecの時間で絶縁破壊させるのに必要な書き込み電圧も10Vと小さく、周辺の半導体素子の高耐圧化も必要ない。
さらに、シリコンクズの発生や、パッシベーション膜の劣化はなく、半導体集積回路装置の特性劣化が発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における半導体抵抗装置を示す回路図である。
【図2】本発明の実施の形態における半導体抵抗装置を構成する金属−絶縁膜−金属構造のメモリ素子を示す断面図である。
【図3】本発明の実施の形態における半導体抵抗装置を構成する金属−絶縁膜−金属構造のメモリ素子の貫通電流値と書き込み後の抵抗値の分布を示すグラフである。
【図4】本発明の実施の形態における半導体抵抗装置を構成する金属−絶縁膜−金属構造のメモリ素子の書き込み後の抵抗値の電圧依存性を示すグラフである。
【図5】本発明の第1の実施の形態における半導体抵抗装置の抵抗粗衣を多結晶シリコンで構成するときの平面パターン形状を示す平面図である。
【図6】従来技術における半導体抵抗装置を示す回路図である。
【図7】本発明の第2の実施の形態における半導体抵抗装置を示す回路図である。
【図8】本発明の第3の実施の形態における半導体抵抗装置を示す回路図である。
【図9】本発明の第1の実施の形態における書き込みモードでのメモリ素子の第1の電極の電位の時間変化を示すグラフである。
【図10】本発明の第2の実施の形態における書き込みモードでのメモリ素子の第1の電極の電位の時間変化を示すグラフである。
【図11】本発明の第3の実施の形態における書き込みモードでのメモリ素子の第1の電極の電位の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
1 メモリセル
4 アドレス制御回路
5 Vm端子
6 プログラムモード入力端子
7 アドレス信号入力端子
8 抵抗アレイ
10 メモリ素子
19 PチャネルMOSトランジスタ
22 NチャネルMOSトランジスタ
20 抵抗アレイ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure of a semiconductor resistance device and a control method thereof, and more particularly, a yield of a semiconductor integrated circuit is corrected by correcting manufacturing variations such as resistance and changing operating conditions using a memory element that can be written only once in a semiconductor integrated circuit. Regarding improvement and stabilization of performance.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 is a circuit diagram showing a conventional technique in a semiconductor resistance device including a circuit for adjusting the resistance value of a resistance array based on information stored in a laser fuse blown programmable read only memory (PROM).
[0003]
As shown in FIG. 6, the semiconductor resistance device has eight
[0004]
The
[0005]
The semiconductor resistance device inputs the outputs from the
[0006]
For example, if the laser fuse blown-
[0007]
Further, when the laser fuse blown
[0008]
As the memory element which can be written only once, in addition to the laser fuse blown PROM element described above, there are PROM elements such as an electric fuse blown type and a junction breakdown type.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to read the information stored in the
[0010]
Furthermore, since the power source, the laser
Therefore, in order to suppress the current consumption of the semiconductor integrated circuit, it is necessary to add a data latch circuit (not shown in FIG. 6).
[0011]
Further, the laser fuse blown PROM element is irradiated with laser light for writing information. Therefore, a dedicated device for generating laser light is required, and further, a passivation film on the fuse PROM element must be opened to form a laser light incident window.
For this reason, the area of the semiconductor integrated circuit is increased, the cost is increased, and there is a disadvantage that the mounting form is limited in order to write information after mounting.
[0012]
Further, the electric fuse blown PROM element writes information by physically destroying polysilicon or the like constituting the PROM element. Therefore, there are problems such as generation of silicon scraps and deterioration of the passivation film.
[0013]
The junction destruction type PROM element writes information by passing an electric current to destroy the junction. For this reason, since a large amount of current is required for writing information, the voltage applied at the time of writing is large, and the elements constituting the semiconductor integrated circuit must have a withstand voltage higher than the writing voltage in order to prevent leakage of the writing current. And
For this reason, there exists a fault that the manufacturing process for forming becomes complicated.
[0014]
In addition, the electric fuse blown PROM element and the junction breakdown type PROM element apply a high voltage to the memory element, and thermally destroy a portion to which most of the voltage is applied in a path through which a large current flows in the memory element. Write information.
For this reason, the magnitude of the resistance value that can be inserted between the memory element and the write voltage terminal is limited.
[0015]
Therefore, it is difficult to select and write an electrical fuse blown PROM element or a junction breakdown PROM element using a general MOS transistor as an address transistor.
[0016]
[Object of invention]
Therefore, the object of the present invention is to prevent generation of silicon scraps and deterioration of the passivation film, and further, it is not necessary to increase the breakdown voltage of the elements constituting the semiconductor integrated circuit, the manufacturing process is simple, and no readout circuit is required. A semiconductor resistance device that does not consume current to read written information and a control method thereof.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the semiconductor resistance device of the present invention employs the following structure and control method.
[0018]
The semiconductor resistance device of the present invention connects a plurality of resistors in series.One end is connected to a predetermined potentialAt the connection point between the resistor array and multiple resistors in the resistor arrayA plurality of memory elements having one end connected and the other end connected to a predetermined potential, and a plurality of address transistors for selectively writing information to each of the plurality of memory elements.Memory cell, MeThe memory element is set as a resistor by writing information in the memory element, and the resistance value of the resistor array connected in parallel is selected.
[0019]
Semiconductor resistance device of the present inventionofResistor arrayHas alternately a plurality of low sheet resistance regions and a plurality of high sheet resistance regions respectively constituting a plurality of resistors on a polycrystalline silicon wiring provided on a field oxide film on a semiconductor substrateIt is characterized by that.
[0020]
Semiconductor resistance device of the present inventionThe memory element includes a polycrystalline silicon wiring provided on a field oxide film on a semiconductor substrate, a memory oxide film provided on the polycrystalline silicon wiring, and a polycrystalline silicon electrode provided on the memory oxide film.Electrically writable only onceNameMori elementTossIt is characterized by that.
[0021]
Semiconductor resistance device of the present inventionThe control method ofMultiple resistors connected in seriesOne end is connected to the high potential of the driving voltage of the semiconductor deviceAt the connection point between the resistor array and multiple resistors in the resistor arrayA plurality of memory elements having one end connected and the other end connected to a high potential of a driving voltage, and a plurality of address transistors for selectively writing information to each of the plurality of memory elementsA memory cell havingMemory elementProvided on field oxide film on semiconductor substrateThe first electrode connected to the connection point of the resistors of the resistor array, the memory oxide film provided on the surface of the first electrode, the first electrode in contact with only the memory oxide film and connected to the high potential of the drive voltage A method of controlling a semiconductor resistance device having a memory element that has two electrodes and is electrically writable only once,
By applying a write voltage to the first electrode of the memory element to which information is written, the memory oxide film is caused to break down and become a resistor, and a constant voltage is applied to the first electrode of the non-selected memory element to prevent writing. By selecting the resistance value of the resistance array to be connected in parallel,.
[0022]
Semiconductor resistance device of the present inventionIn this control method, the constant voltage is a voltage lower than the breakdown voltage between the high potential of the drive voltage or the high potential of the drive voltage and the write voltage.It is characterized by that.
[0023]
Semiconductor resistance device of the present inventionIn the control method ofMultiple resistors connected in seriesOne end is connected to the high potential of the driving voltage of the semiconductor deviceA resistor array;A P-channel MOS transistor having a drain connected to the other end of the resistor array and a source connected to the high potential of the drive voltage;At the connection point between multiple resistors in the resistor arrayA plurality of memory elements having one end connected and the other end connected to a high potential of a driving voltage, and a plurality of address transistors for selectively writing information to each of the plurality of memory elements.A memory cell,Memory elementProvided on the field oxide film on the semiconductor substrateThe first electrode connected to the connection point of the resistors of the resistor array, the memory oxide film provided on the surface of the first electrode, the first electrode in contact with only the memory oxide film and connected to the high potential of the drive voltage Two electrodes,Electrically writable only onceNameMori element andA method for controlling a semiconductor resistance device, comprising:
By applying a write voltage to the first electrode of the memory element to which information is written, the memory oxide film is caused to break down to become a resistor, and both ends of the resistor array are set to a high potential of the drive voltage, thereby selecting a non-selected memory element. A resistor array connected in parallel by applying a voltage smaller than a breakdown voltage obtained by dividing the potential difference between the high potential of the drive voltage and the write voltage to the first electrode by a resistor constituting the resistor array to prevent writing. Select resistance value of.
[0039]
[Action]
In the semiconductor resistance device of the present invention, when a user forcibly applies an overvoltage from the outside to a memory oxide film that insulates a first electrode and a second electrode of an arbitrary memory element and causes permanent destruction. The first electrode and the second electrode are brought into conduction.
Then, the resistance value of the resistor array can be arbitrarily selected by setting the current to flow only through the memory element in the conductive state.
[0040]
Therefore, after manufacturing the semiconductor integrated circuit, selection information of the resistance array is stored in one memory element that obtains a resistance value that meets the specifications.
Since the selection information directly forms a path through which the current of the resistor array flows, the reading circuit and the data latch circuit which are conventionally required are not required, and the semiconductor resistance device of the present invention consumes the current necessary for the operation of these circuits. The resistance value can be set to an optimum value.
[0041]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an optimal embodiment for carrying out a semiconductor resistance device of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a semiconductor resistance device according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0042]
[Description of Semiconductor Resistance Device: FIG. 1]
As shown in FIG. 1, the semiconductor resistance device of the present invention comprises four
The
[0043]
The gate electrodes of the P-
The P
[0044]
The
[0045]
As shown in FIG. 2, a
Further, a
[0046]
As a method of manufacturing a memory element having a metal-insulating film-metal structure in the present invention, polycrystalline silicon constituting a gate electrode in a general complementary field effect transistor (CMOS transistor) manufacturing process is formed on the entire surface, and impurities are formed. This is the same as the processing step up to the injection step.
That is, the gate electrode of the MOS transistor and the
[0047]
Next, a thin silicon oxide film is formed on the
[0048]
Next, the
[0049]
Thus, the patterning of the gate electrode of the MOS transistor and the
[0050]
In addition, making the memory element before forming the source region and the drain region does not increase the diffusion distance between the source region and the drain region due to heat treatment when forming the
[0051]
Information is written in the memory element by setting the potentials of the
[0052]
On the other hand, when the
[0053]
By controlling the potentials of the
[0054]
[Resistance array resistance setting explanation: Fig. 2]
Next, a method for setting the resistance value of the
[0055]
The resistance value of the
[0056]
To write data to the memory element, first, an external power supply set to the Vss voltage is connected to the
A signal “1” is input to the program
[0057]
Next, a negative high write voltage (Vm voltage) is applied to the
[0058]
The operating state of the P-
Here, however, the resistance values of the P
[0059]
Vdd is applied from the
On the other hand, the Vm voltage is applied to the gate electrodes of the P-
[0060]
Vdd is applied from the
[0061]
At this time, the potential of the
Therefore, since the potential of the
On the other hand, the potentials of the
[0062]
Here, the potentials of the
For example, if the on-resistance values of the P-
[0063]
FIG. 9 shows the time course of the potentials of the
An address for selecting the
[0064]
From time t0 to time t1, the
Similarly, from time t1 to time t2, the
From time t2 to t3, since the memory oxide film of the
[0065]
On the other hand, the
After time t3, the
[0066]
In FIG. 9, the on-resistance values of the P-
[0067]
Next, the operation of the semiconductor resistance device of the present invention after setting the resistance value will be described. The connection between the Vm terminal and the external power supply is disconnected, and the potential of the Vm terminal is set to Vss through the pull-
A signal “0” is input to the program mode input terminal, the
[0068]
On the other hand, Vss is applied from the
[0069]
Since writing is performed on the
Therefore, a path through which current flows through the
[0070]
On the other hand, since the memory oxide films of the
[0071]
The resistance value R0 of the
R0 = R2 + R3 + R4 + R5 · R1 / (R1 + R5)
It becomes.
[0072]
As is apparent from the equation described before obtaining the adjusted resistance value, the resistance value R5 of the
[0073]
Although the case where information is written to the
[0074]
Therefore, in order to expand the setting range of the resistance value of the semiconductor resistance device and make the setting of the resistance value more accurate, it is necessary to reduce the resistance value of the memory element after writing and further reduce its variation.
[0075]
[Description of distribution of resistance value of memory element: FIG. 3]
Next, in the memory element in which the film thickness of the
[0076]
In the graph of FIG. 3, the resistance value of the memory element is measured by applying a voltage of 1 V to the memory element after writing, measuring the flowing current value, and converting it to a resistance value.
[0077]
As is apparent from the graph of FIG. 3, when the current value passing through the memory element is 2 mA, the resistance value is distributed in the range of 600Ω to 1 KΩ. The average value of the resistance is 750Ω.
On the other hand, when the current value is 200 μA, the resistance value is distributed from 1.5 KΩ to 11 KΩ, the average resistance value is 3.73 KΩ, the distribution is shifted to the high resistance side compared to 2 mA, and The variation is also great.
[0078]
Next, during normal operation, the voltage applied to the memory element changes depending on the resistance value of the
Therefore, in order to set the resistance value accurately, the resistance value of the memory element after writing needs to have a small voltage dependency. Therefore, the voltage dependence of the resistance value of the memory element after writing is shown in the graph of FIG.
[0079]
[Description of voltage dependence of resistance value of memory element after writing: FIG. 4]
In FIG. 4, curves 50, 51, and 52 indicate voltage dependences when the resistance value after writing of the memory element at 1 V is 800Ω, 10KΩ, and 50KΩ, respectively. As is apparent from this graph, the smaller the resistance value after writing at 1 V, the smaller the change in resistance value due to voltage. Particularly, in the
On the other hand, in the
[0080]
From the graphs of FIG. 3 and FIG. 4, the write condition of the memory element is that the current value penetrating the memory element when Vm is applied is 2 mA or more. By writing to the memory element under this condition, the resistance value of the memory element after writing is distributed to 1 KΩ or less, and there is almost no variation.
Further, no voltage dependence is observed in the resistance value of the memory element after writing. This indicates that the resistance value of the
[0081]
[Description of Planar Pattern Shape of Resistor Array of Semiconductor Resistance Device: FIG. 5]
Next, in the case where the resistor array of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention is formed of polycrystalline silicon, a part of the planar pattern shape of the
[0082]
In FIG. 5, the polycrystalline silicon wiring 63 is connected to the high
[0083]
A
[0084]
The
[0085]
The low
[0086]
Thus, in the embodiment of the present invention, the high
As a result, wiring between the resistance element and the memory element can be omitted, so that the area of the semiconductor resistance device can be reduced.
[0087]
In the above-described embodiment of the present invention, the number of memory cells is three, but the number of cells may be increased. By increasing the number of cells, it is possible to further finely adjust the correction amount of the resistance value.
[0088]
An optimum embodiment for implementing a semiconductor resistance device according to a second control method of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a circuit diagram showing a semiconductor resistance device in an embodiment of the present invention. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0089]
[Description of Semiconductor Resistance Device: FIG. 7]
As shown in FIG. 7, the semiconductor resistance device of the present invention is composed of four
The
[0090]
The gate electrodes of the P-
[0091]
P-
[0092]
[Description of Memory Element: FIG. 2]
The
[0093]
As shown in FIG. 2, a
Further, a
[0094]
As a method of manufacturing a memory element having a metal-insulating film-metal structure in the present invention, polycrystalline silicon constituting a gate electrode in a general complementary field effect transistor (CMOS transistor) manufacturing process is formed on the entire surface, and impurities are formed. This is the same as the processing step up to the injection step.
That is, the gate electrode of the MOS transistor and the
[0095]
Next, a thin silicon oxide film is formed on the
[0096]
Next, the
[0097]
Thus, the patterning of the gate electrode of the MOS transistor and the
[0098]
In addition, making the memory element before forming the source region and the drain region does not increase the diffusion distance between the source region and the drain region due to heat treatment when forming the
That is, there is no influence on the MOS transistor characteristics due to the formation of the memory element.
[0099]
Information is written in the memory element by setting the potentials of the
[0100]
On the other hand, when the
[0101]
By controlling the potentials of the
[0102]
[Description of resistance value setting method: FIG. 7]
Next, a method for setting the resistance value of the
[0103]
The resistance value of the
That is, this corresponds to writing resistance value setting information in the
[0104]
To write data to the memory element, first, an external power supply set to the Vss voltage is connected to the
A signal “1” is input to the program
[0105]
Next, a negative high write voltage (Vm voltage) is applied to the
[0106]
The operation of the P
[0107]
Vdd is applied from the
On the other hand, the Vss voltage is applied to the gate electrodes of the P-
[0108]
Further, Vdd is applied to the gate electrode of the N
Further, the Vm voltage is applied to the gate electrodes of the N
[0109]
At this time, the potential of the
Therefore, since the potential of the
[0110]
On the other hand, the potentials of the
Further, since the potentials of the
[0111]
FIG. 10 shows the time course of the potentials of the
An address for selecting the
[0112]
The
On the other hand, the
[0113]
Next, the operation of the semiconductor resistance device of the present invention after setting the resistance value will be described.
The connection between the Vm terminal and the external power supply is disconnected, and the potential of the Vm terminal is set to Vss through the pull-
The signal “0” is input to the program mode input terminal to set the
[0114]
On the other hand, Vss is applied from the
[0115]
Since writing is performed on the
Therefore, a path through which current flows is formed through the
[0116]
On the other hand, since the memory oxide films of the
[0117]
The resistance value R0 of the
R0 = R2 + R3 + R4 + R5 · R1 / (R1 + R5)
It becomes.
[0118]
As is apparent from the equation described before obtaining the adjusted resistance value, the resistance value R5 of the
[0119]
Although the case where information is written to the
[0120]
Therefore, in order to expand the setting range of the resistance value of the semiconductor resistance device and make the setting of the resistance value more accurate, it is necessary to reduce the resistance value of the memory element after writing and further reduce its variation.
[0121]
[Description of resistance value distribution of memory element after writing: FIG. 3]
Next, in the memory element in which the film thickness of the
[0122]
In the graph of FIG. 3, the resistance value of the memory element is measured by applying a voltage of 1 V to the memory element after writing, measuring the flowing current value, and converting it to a resistance value.
[0123]
As is apparent from the graph of FIG. 3, when the current value passing through the memory element is 2 mA, the resistance value is distributed in the range of 600Ω to 1 KΩ. The average value of the resistance is 750Ω.
On the other hand, when the current value is 200 μA, the resistance value is distributed from 1.5 KΩ to 11 KΩ, the average resistance value is 3.73 KΩ, the distribution is shifted to the high resistance side compared to 2 mA, and The variation is also great.
[0124]
Next, during normal operation, the voltage applied to the memory element changes depending on the resistance value of the
[0125]
[Description of voltage dependence of resistance value of memory element after writing: FIG. 4]
In FIG. 4, curves 50, 51, and 52 indicate voltage dependences when the resistance value after writing of the memory element at 1 V is 800Ω, 10KΩ, and 50KΩ, respectively.
As is apparent from this graph, the smaller the resistance value after writing at 1 V, the smaller the change in resistance value due to voltage. Particularly, in the
[0126]
From the graphs of FIG. 3 and FIG. 4, the write condition of the memory element is that the current value penetrating the memory element when Vm is applied is 2 mA or more. By writing to the memory element under this condition, the resistance value of the memory element after writing is distributed to 1 KΩ or less, and there is almost no variation.
Further, no voltage dependence is observed in the resistance value of the memory element after writing. This indicates that the resistance value of the
[0127]
In the above-described embodiment of the present invention, the number of memory cells is three, but the number of cells may be increased. By increasing the number of cells, it is possible to further finely adjust the correction amount of the resistance value.
[0128]
An optimum embodiment for implementing a semiconductor resistance device according to a third control method of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a circuit diagram showing a semiconductor resistance device in an embodiment of the present invention. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0129]
[Description of Semiconductor Resistance Device: FIG. 8]
As shown in FIG. 8, the semiconductor resistance device of the present invention comprises four
The gate electrode of the P
[0130]
The gate electrodes of the N
[0131]
The
Since the structure, manufacturing method, and writing method of the memory element in the present invention have been described above, detailed description thereof is omitted here.
[0132]
Next, a method for setting the resistance value of the
[0133]
The resistance value of the
That is, this corresponds to writing resistance value setting information in the
[0134]
To write data to the memory element, first, an external power supply set to the Vss voltage is connected to the
Further, an address signal is input to the write
[0135]
Next, the output voltage of the external power supply is set to the write voltage Vm and applied to the
At this time, the Vm voltage is also applied to the gate electrode of the P-
[0136]
The operation state of the N-
[0137]
Vdd is applied from the
On the other hand, the Vm voltage is applied to the gate electrodes of the N
[0138]
At this time, the potential of the
Therefore, since the potential of the
[0139]
On the other hand, the potentials of the
[0140]
When the resistance values of the
{(R3 + R4) / (R2 + R3 + R4)}. (Vm−Vdd) + Vdd
Thus, the potential of the electrode 218 of the memory cell 212 is
R4 / (R2 + R3 + R4). (Vm−Vdd) + Vdd
Thus, since a voltage higher than the dielectric breakdown voltage is not applied to the memory oxide films of the
[0141]
FIG. 11 shows the time course of the potentials of the
An address for selecting the
[0142]
From time t0 to time t1, the
[0143]
Similarly, from
After time t2, since the memory oxide film of the
[0144]
Next, the operation of the semiconductor resistance device of the present invention after setting the resistance value will be described. The connection between the Vm terminal and the external power supply is disconnected, and the potential of the Vm terminal is set to Vss through the pull-
A signal “0” is input to the program mode input terminal to set the
Further, Vss is applied from the
[0145]
Since writing is performed on the
Therefore, a path through which current flows is formed through the
[0146]
On the other hand, since the memory oxide films of the
[0147]
The resistance value R0 of the
R0 = R2 + R3 + R4 + R5 · R1 / (R1 + R5)
It becomes.
[0148]
As is apparent from the above equation for obtaining the adjusted resistance value, the resistance value R5 of the
[0149]
Although the case where information is written to the
[0150]
In the above-described embodiment of the present invention, the number of memory cells is three, but the number of cells may be increased.
By increasing the number of cells, it is possible to further finely adjust the correction amount of the resistance value.
[0151]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the semiconductor resistance device of the present invention, the resistance value is corrected after the resistance that fluctuates due to manufacturing variations is formed, and is most suitable for the specifications of the semiconductor integrated circuit device. The resistance value can be set.
[0152]
Furthermore, in the semiconductor resistance device of the present invention, one memory element that obtains a resistance value that meets the specifications is dielectrically broken and turned on to form a path through which the current of the resistor array flows directly. The resistance value can be set to an optimum value without consumption of current necessary for the operation of these circuits.
[0153]
The memory element constituting the semiconductor resistance device of the present invention adopts a polycrystalline silicon two-layer structure using polycrystalline silicon in which the first electrode is used as the gate electrode of the MOS structure. Therefore, the manufacturing process is simple and does not affect the peripheral MOS transistor characteristics.
[0154]
Further, the write current required for reducing the variation in resistance value of the memory element after writing is as low as 2 mA, and the write voltage required for causing dielectric breakdown in the time of 1 msec in the
Furthermore, there is no generation of silicon scraps or deterioration of the passivation film, and characteristics of the semiconductor integrated circuit device do not deteriorate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a semiconductor resistance device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a memory element of a metal-insulating film-metal structure constituting the semiconductor resistance device in the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a distribution of a through current value and a resistance value after writing of a memory element having a metal-insulating film-metal structure constituting the semiconductor resistance device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing voltage dependency of resistance value after writing of a memory element having a metal-insulating film-metal structure constituting the semiconductor resistance device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a plan view showing a planar pattern shape when the resistance coat of the semiconductor resistance device according to the first embodiment of the present invention is made of polycrystalline silicon.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a semiconductor resistance device in the prior art.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a semiconductor resistance device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a circuit diagram showing a semiconductor resistance device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing temporal changes in the potential of the first electrode of the memory element in the write mode according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a graph showing temporal changes in the potential of the first electrode of the memory element in the write mode according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a graph showing a change with time of the potential of the first electrode of the memory element in the write mode in the third embodiment of the present invention;
[Explanation of symbols]
1 Memory cell
4 Address control circuit
5 Vm terminal
6 Program mode input terminal
7 Address signal input terminal
8 Resistance array
10 Memory elements
19 P-channel MOS transistor
22 N-channel MOS transistor
20 resistor array
Claims (6)
前記抵抗アレイの複数の抵抗と抵抗との接続点に一端が接続し、他端が前記所定の電位に接続する複数のメモリ素子及び前記複数のメモリ素子のそれぞれに情報を選択的に書き込むための複数のアドレストランジスタを有するメモリセルとを備え、
前記メモリ素子に情報を書き込むことにより前記メモリ素子を抵抗とし、並列接続する前記抵抗アレイの抵抗値を選択することを特徴とする半導体抵抗装置。 A resistor array configured by connecting a plurality of resistors in series , one end of which is connected to a predetermined potential ;
A plurality of memory elements, one end of which is connected to a connection point between a plurality of resistors of the resistor array and the other end of which is connected to the predetermined potential, and for selectively writing information to each of the plurality of memory elements and a memory cell to have a plurality of address transistor,
A semiconductor resistance device, wherein information is written in the memory element to make the memory element a resistance, and a resistance value of the resistor array connected in parallel is selected.
前記抵抗アレイの複数の抵抗と抵抗との接続点に一端が接続し、他端が前記駆動電圧の高電位に接続する複数のメモリ素子及び前記複数のメモリ素子のそれぞれに情報を選択的に書き込むための複数のアドレストランジスタを有するメモリセルとを備え、
前記メモリ素子は、半導体基板上のフィールド酸化膜上に設け、前記抵抗アレイの複数の抵抗と抵抗との接続点に接続する第1の電極と、該第1の電極表面に設けるメモリ酸化膜と、該メモリ酸化膜のみに接し、前記駆動電圧の高電位に接続する第2の電極とを有する、電気的に一度だけ書き込み可能なメモリ素子とする半導体抵抗装置の制御方法であって、
情報を書き込む前記メモリ素子の前記第1の電極に書き込み電圧を印加することにより前記メモリ酸化膜を絶縁破壊に至らしめ抵抗とし、非選択の前記メモリ素子の前記第1の電極には一定電圧を印加し、書き込み阻止することにより、並列接続する抵抗アレイの抵抗値を選択することを特徴とする半導体抵抗装置の制御方法。 A resistor array configured by connecting a plurality of resistors in series , one end of which is connected to the high potential of the driving voltage of the semiconductor device ;
Information is selectively written to each of the plurality of memory elements , one end of which is connected to a connection point between the resistors of the resistor array and the other end of which is connected to the high potential of the driving voltage. A memory cell having a plurality of address transistors ,
The memory element is provided on a field oxide film on a semiconductor substrate, and includes a first electrode connected to connection points of a plurality of resistors of the resistor array, a memory oxide film provided on a surface of the first electrode, , the memory oxide film only in contact, and a second electrode connected to the high potential driving voltage, a control method of a semiconductor resistor device that only electrically once writable memory device,
By applying a write voltage to the first electrode of the memory element to which information is written, the memory oxide film is caused to break down and become a resistor, and a constant voltage is applied to the first electrode of the non-selected memory element. A method of controlling a semiconductor resistance device, wherein the resistance value of a resistance array connected in parallel is selected by applying and blocking writing.
ドレインが前記抵抗アレイの他端に接続し、ソースが前記駆動電圧の高電位に接続するPチャネルMOSトランジスタと、
前記抵抗アレイの複数の抵抗と抵抗との接続点に一端が接続し、他端が前記駆動電圧の高電位に接続する複数のメモリ素子及び前記複数のメモリ素子のそれぞれに情報を選択的に書き込むための複数のアドレストランジスタを有するメモリセルとを備え、
前記メモリ素子は、半導体基板上のフィールド酸化膜上に設け、前記抵抗アレイの複数の抵抗と抵抗との接続点に接続する第1の電極と、該第1の電極表面に設けるメモリ酸化膜と、該メモリ酸化膜のみに接し、前記駆動電圧の高電位に接続する第2の電極とを有する、電気的に一度だけ書き込み可能なメモリ素子とする半導体抵抗装置の制御方法であって、
情報を書き込む前記メモリ素子の前記第1の電極に書き込み電圧を印加することにより前記メモリ酸化膜を絶縁破壊に至らしめ抵抗とし、前記抵抗アレイの両端を前記駆動電圧の高電位とすることで、非選択の前記メモリ素子の前記第1の電極には前記駆動電圧の高電位と前記書き込み電圧間の電位差を抵抗アレイを構成する抵抗により抵抗分割した絶縁破壊電圧より小さい電圧を印加し、書き込み阻止することにより、並列接続する抵抗アレイの抵抗値を選択することを特徴とする半導体抵抗装置の制御方法。 A resistor array configured by connecting a plurality of resistors in series , one end of which is connected to the high potential of the driving voltage of the semiconductor device ;
A P-channel MOS transistor having a drain connected to the other end of the resistor array and a source connected to the high potential of the drive voltage;
Information is selectively written to each of the plurality of memory elements , one end of which is connected to a connection point between the resistors of the resistor array and the other end of which is connected to the high potential of the driving voltage. A memory cell having a plurality of address transistors ,
The memory element is provided on a field oxide film on a semiconductor substrate, and includes a first electrode connected to connection points of a plurality of resistors of the resistor array, a memory oxide film provided on a surface of the first electrode, , the memory oxide film only in contact, and a second electrode connected to the high potential driving voltage, a control method of a semiconductor resistor device that only electrically once writable memory device,
The memory oxide film as a resistor allowed to reach breakdown by the first electrode of the memory element for writing information to apply a write voltage, the both ends of the resistor array by a high potential of the driving voltage, the first electrode of the memory element of the non-selected application of a high potential and a voltage less than the resistance divided breakdown voltage by resistors constituting the resistor array to the potential difference between the write voltage of the driving voltage, writing prevention And selecting a resistance value of the resistor array connected in parallel.
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