JP4321685B2 - アンチフューズ回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体デバイスに用いられるアンチフューズにかかり、特に、半導体記憶デバイスに適したアンチフューズに関する。
【0002】
【従来の技術】
現在の半導体デバイスは、非常に大きな集積度になっており、そのため、一部分の不良回路によって半導体デバイス全体が不良品とならないように、予め冗長回路を設けておき、検査工程で判明した不良回路を冗長回路に切換える技術が用いられている。
【0003】
不良回路を冗長回路に切換える際には、一般に、半導体デバイス内に予めフューズを設けておき、不良回路に対応するフューズにレーザビームを照射して切断し、フューズの状態によってプログラミングを行い、実際の動作時に、冗長回路に切換える技術が用いられている。
【0004】
しかしながら、半導体デバイスの集積度の向上により、配線幅が狭くなっているのに対し、レーザビームスポットは小さくできないため、フューズを近接配置できないという問題がある。
【0005】
そのため、近年では、半導体デバイスにアンチフューズを設けておき、所定電圧を印加することで、不良回路に対応するアンチフューズを短絡させ、プログラムを行う技術が注目されている。
【0006】
図18は、従来技術のアンチフューズの一例であり、下層の配線211と、その表面に形成された絶縁性薄膜上の上層配線212とを、それぞれ回路モジュール221、222に接続し、下層配線211と上層配線212の交差部分をアンチフューズ205とし、不良回路に対応するアンチフューズ202に所定の絶縁破壊電圧(5〜20V)を印加し、そのアンチフューズ205の下層配線211と上層配線212とで挟まれた部分の絶縁性薄膜間を破壊し、下層配線211と上層配線212とを短絡させ、回路モジュール221、222内の所望の回路ブロックを下層配線211と上層配線212にそれぞれ接続させることで、不良回路の救済を行っていた。
【0007】
また、図19の符号251に示したものは、シリコン基板250中に形成した拡散層であり、両端部分を薄膜配線241に接続されており、拡散層251上には、絶縁性薄膜であるONO薄膜(オキサイド・ナイトライド・オキサイド薄膜)253が形成され、該ONO薄膜253上には、両端を薄膜配線242に接続されたポリシリコン薄膜252が形成されており、拡散層251とポリシリコン薄膜252の交差部分でアンチフューズ245が構成されている。
【0008】
そのアンチフューズ245のA−A線截断面図を図20に示す。アンチフューズ245を短絡させる際には、2本の配線241、242間に所定電圧を印加し、拡散層251とポリシリコン薄膜252間のONO薄膜253を破壊し、配線241、242間を短絡させている。
【0009】
上記のような、電気的に短絡させるアンチフューズでは、レーザビームを用いる必要がないため、アンチフューズ間を近接配置することができ、チップ占有面積も小さくて済む。
【0010】
また、レーザビームによって切断するフューズに比べると、破壊面が半導体デバイスの表面に露出しないため、破壊面からの水分や不純物の侵入がなく、高信頼性の半導体デバイスを得ることができる。
【0011】
しかしながら、上述のようなアンチフューズ205、245を半導体記憶デバイスに用いる場合には、記憶セルや周辺回路を形成するためのプロセス工程とは別個に、アンチフューズ205、245を形成するための専用の薄膜が必要になる。そのため、プロセス工程が増加しコスト高になる。また、用いる薄膜が増加する結果、歩留まりが低下するという問題がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、薄膜製造工程の追加を必要としないアンチフューズを有する半導体記憶デバイスを提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、半導体基板上に形成された第1の電極と、上記第1の電極の表面上に形成された誘電体膜と、上記誘電体膜の表面上に形成された第2の電極と、第1の電源と上記第1又は第2の電極の一方との間に接続された第1のMOSトランジスタと、第2の電源と上記第1又は第2の電極の上記一方との間に接続された第2のMOSトランジスタと、上記第1又は第2の電極の他方に接続された第3の電源と、を有し、上記第1と第3の電源との間の電位差が上記誘電体膜を破壊するに十分なものであり、上記第2の電源が上記誘電体膜の破壊電圧を超えない低い電圧を有し、上記第2のMOSトランジスタが導通して上記第1又は第2の電極の上記一方をプリチャージし、上記第2のMOSトランジスタが非導通となり、かつ上記第1のMOSトランジスタが導通して上記第1のMOSトランジスタの誘電体層を破壊することなしに上記誘電体膜を破壊することができるアンチフューズ回路である。
【0016】
請求項2記載の発明は、請求項1に記載のアンチフューズ回路であって、半導体記憶回路を更に有するアンチフューズ回路である。
【0017】
請求項3記載の発明は、請求項1、又は2に記載のアンチフューズ回路であって、上記第2の電極が金属膜で構成されているアンチフューズ回路である。
【0018】
請求項4記載の発明は、請求項1又は2に記載のアンチフューズ回路であって、上記第2の電極がポリシリコン膜で構成されているアンチフューズ回路である。
請求項5記載の発明は、請求項1又は2に記載のアンチフューズ回路であって、上記第1の電極がポリシリコン膜で構成されているアンチフューズ回路である。
請求項6記載の発明は、請求項5に記載のアンチフューズ回路であって、上記第2の電極が金属膜で構成されているアンチフューズ回路である。
【0019】
上述した構成の本発明の半導体記憶デバイスでは、半導体基板に形成された第1の電極と、前記第1の電極表面に形成された誘電体薄膜と、誘電体薄膜表面に形成された第2の電極とでキャパシタを構成させ、そのキャパシタを充電又は放電させ、データの記憶を行わせている。
【0020】
そして、第1、第2の電極と誘電体薄膜とで構成されるアンチフューズと、そのアンチフューズに直列接続されたMOSトランジスタとを有しており、アンチフューズとMOSトランジスタとが直列接続された回路に対し、データの記憶を行わせる際に、キャパシタに印加される電圧よりも高電圧の絶縁破壊電圧を印加した状態でMOSトランジスタを導通させると、アンチフューズ内の誘電体薄膜が破壊するので、前記第1、第2の電極間が短絡する。不良回路と対応するアンチフューズを短絡させ、冗長回路によって救済されるようにプログラミングしておくと、電気的にプログラミングを行うことができる。
【0021】
この場合、レーザビームを用いる必要がないばかりでなく、キャパシタを構成している電極や誘電体薄膜と同じ電極、同じ誘電体薄膜によってアンチフューズが構成されているので、アンチフューズ専用の薄膜を追加する必要がなく、プロセス工程の増加によるコスト増もない。
【0022】
また、その半導体記憶デバイスが、半導体基板上に形成された第1のポリシリコン薄膜と、その第1のポリシリコン薄膜上に形成された第2のポリシリコン薄膜とを有しており、記憶セル内のキャパシタの第1の電極が、第1のポリシリコン薄膜と、該第1のポリシリコン薄膜上に立設された第2のポリシリコン薄膜とで構成されている。この場合、アンチフューズについても、キャパシタと同様に、第1の電極を、第1のポリシリコン薄膜と、該第1のポリシリコン薄膜上に立設された第2のポリシリコン薄膜とで構成させると、キャパシタとアンチフューズとが同じ構造になるので、アンチフューズの設計や配置が容易になる。
【0023】
他方、キャパシタの第1の電極が第1のポリシリコン薄膜上に立設された第2のポリシリコン薄膜を有している場合であっても、アンチフューズの第1の電極を、第1のポリシリコン薄膜と、その第1のポリシリコン薄膜表面に形成された第2のポリシリコン薄膜とで構成させると、アンチフューズをキャパシタよりも小さくすることができる。この場合、誘電体薄膜と第1のポリシリコン薄膜とは接触していない。
【0024】
なお、キャパシタとアンチフューズの第2の電極は、ポリシリコン薄膜で構成してもよいが、金属薄膜で構成すると低抵抗になって都合がよい。
【0025】
上述したアンチフューズを短絡させる場合には、アンチフューズと直列接続されたMOSトランジスタを導通させ、アンチフューズに絶縁破壊電圧を印加し、誘電体薄膜を破壊させるが、アンチフューズとMOSトランジスタとの接続部分に、他のMOSトランジスタの一端を接続し、他端に絶縁破壊電圧よりも低電圧の電源電圧を印加し、アンチフューズの短絡前は、そのMOSトランジスタをオンさせておくと、アンチフューズと直列接続されたMOSトランジスタがオフからオンに転じる際に、高電圧の絶縁破壊電圧が印加されないので、MOSトランジスタが劣化したり破壊されたりすることがない。
【0026】
また、上述のアンチフューズとMOSトランジスタを直列接続した回路を並列接続してアンチフューズアレイを構成させ、所望位置のアンチフューズを破壊できるようにしておくと、アドレスを示す信号によってアンチフューズの短絡と、冗長回路への切替を行うことができるので、回路構成が簡単になる。
【0027】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態の半導体記憶デバイスを、その製造工程と共に説明する。
図1〜図14は、その製造工程の第一例であり、各図1〜図14の(an)〜(cn)は、シリコン基板30に形成される同一半導体記憶デバイス中の異なる領域を示している。図1〜図14の(an)はデータの記憶に用いられる記憶セル領域、(bn)は記憶セル構造のアンチフューズ領域、(cn)は縮小構造のアンチフューズ領域を示している。
【0028】
先ず、図1(a1)〜(c1)を参照し、シリコン基板30表面に、ロコス酸化膜31とゲート酸化膜32とが形成されており、パターニングされたポリシリコン薄膜から成るワード線33と、該ワード線33表面のシリコン酸化膜35とが、ゲート酸化膜32上に設けられ、シリコン酸化膜36が全面成膜されている。
【0029】
記憶セル領域では、シリコン基板30内の図示しない拡散層と、ゲート酸化膜32と、ワード線33とでnチャネルMOSトランジスタ14が形成されており(図1(a1))、アンチフューズ領域では、異なる導電型の拡散層によってpチャネルMOSトランジスタ15が形成されている(図1(b1)、(c1))。
【0030】
その状態からシリコン酸化膜36表面にパターニングしたレジスト膜81を形成し、エッチングにより、レジスト膜81に形成された窓部82底面に露出したシリコン酸化膜36を除去する。その際、シリコン酸化膜36底面にあるゲート酸化膜32も一緒に除去され、シリコン基板30表面が露出する(図1(a2)〜(c2))。
【0031】
その状態では、ワード線33側面はシリコン酸化膜36で覆われており、レジスト膜81を除去した後、第1のポリシリコン薄膜37を全面成膜すると、第1のポリシリコン薄膜37はワード線33と電気的に絶縁した状態でシリコン基板30と電気的に接続される(図2(a3)〜(c3))。
【0032】
第1のポリシリコン薄膜37表面に窒化物38を堆積し(図2(a4)〜(c4))、該窒化物38表面にパターニングしたレジスト膜83を形成する。
【0033】
記憶セル領域と記憶セル構造のアンチフューズ領域では、シリコン酸化膜36を除去した部分をレジスト膜83によって保護し、他の部分に窓部84を形成し、他方、縮小構造のアンチフューズ領域では全面に窓部84を形成し、窓部84底面に露出した窒化物38をエッチングすると、第1のポリシリコン薄膜37がストッパとなり、窒化物38がパターニングされる。
【0034】
その結果、記憶セル領域及び記憶セル構造のアンチフューズ領域では、窒化物38は島状に点在し、縮小構造のアンチフューズ領域では窒化物38は全部除去される(図3(a5)〜(c5))。
【0035】
レジスト膜83を除去した後、表面に第2のポリシリコン薄膜39を形成すると、島状に点在する窒化物38の表面と側面とが第2のポリシリコン薄膜39で覆われる(図3(a6)、(b6))。このとき、縮小構造のアンチフューズ領域では、第2のポリシリコン薄膜38は第1のポリシリコン薄膜37表面に形成される(図3(c6))。
【0036】
次に、表面にパターニングしたレジスト膜85を形成し、縮小構造のアンチフューズ領域の全面を保護し(図4(c7))、記憶セル領域と記憶セル構造のアンチフューズ領域上は窓部86を形成し、第2のポリシリコン薄膜39を露出させる。
【0037】
その状態で異方性エッチングを行うと、記憶セル領域及び記憶セル構造のアンチフューズ領域では、シリコン酸化膜36上の第1、第2のポリシリコン薄膜37、39が深さ方向にエッチングされ、シリコン酸化膜36表面と窒化物38表面が露出する(図4(a7)、(b7))。
【0038】
このとき窒化物38の底面下には第1のポリシリコン薄膜37が残り、側面には、第2のポリシリコン薄膜39が第1のポリシリコン薄膜37と接した状態で残る。
その状態でレジスト膜85を除去し、次いで窒化物38を除去した後、表面にパターニングしたレジスト膜87を形成する。
【0039】
レジスト膜87により、記憶セル領域と記憶セル構造のアンチフューズ領域を保護し(図4(a8)、(b8))、レジスト膜87に形成した窓部88により、縮小構造のアンチフューズ領域の第2のポリシリコン薄膜39を露出させ、第2のポリシリコン薄膜39と第1のポリシリコン薄膜37とをこの順にエッチングすると、縮小構造のアンチフューズ領域ではシリコン酸化膜36が露出する(図4(c8))。
【0040】
レジスト膜87を除去すると、記憶セル領域及び記憶セル構造のアンチフューズ領域に、窒化物38側面に形成された第2のポリシリコン薄膜39が第1のポリシリコン薄膜37上に立設された状態になる(図5(a9)、(b9))。
他方、縮小構造のアンチフューズ領域では、第1のポリシリコン薄膜37上に第2のポリシリコン薄膜39が積層された状態になる。
【0041】
この半導体記憶デバイス製造工程の第一例は、プレート電極に金属膜を使用する場合であり、図5(a9)〜(c9)の状態から表面に金属薄膜41を形成すると、記憶セル領域及び記憶セル構造のアンチフューズ領域では、第1のポリシリコン薄膜37表面と、シリコン酸化膜36表面と、第1のポリシリコン薄膜37上に立設した第2のポリシリコン薄膜39表面とが、その金属薄膜41によって覆われる(図6(a10)、(b10))。
【0042】
簡略構造のアンチフューズ領域では、第1のポリシリコン薄膜37表面に積層された第2のポリシリコン薄膜39表面とシリコン酸化膜36表面とが金属薄膜41によって覆われる(図6((c10)))。そして、その状態で熱処理を行うと、第1のポリシリコン薄膜37、又は第2のポリシリコン薄膜39と金属薄膜41とが接触した部分が低抵抗化される。
【0043】
次いで、金属薄膜41をエッチング除去し、誘電体薄膜と金属薄膜とをこの順で全面成膜し、その誘電体薄膜と金属薄膜とから成る積層膜42を形成する(図6(a11)〜(c11))。
【0044】
このとき、記憶セル領域と記憶セル構造のアンチフューズ領域では、第2のポリシリコン薄膜39が第1のポリシリコン薄膜37に接続された状態で立設されており、従って、積層膜42は、第1のポリシリコン薄膜37表面とシリコン酸化膜36表面に形成される他、立設された第2のポリシリコン薄膜39の表面周囲にも形成される。
【0045】
他方、簡略構造のアンチフューズ領域では、積層膜42は第2のポリシリコン薄膜39表面とシリコン酸化膜36表面に形成され、第2のポリシリコン薄膜39底面にある第1のポリシリコン薄膜37とは接触しない。
【0046】
その積層膜42表面にパターニングしたレジスト膜91を形成し、窓部92底面に露出した積層膜42をエッチング除去し、積層膜42間を分離させ、プレート配線を形成する。プレート配線の形成により、記憶セル領域では、第1、第2のポリシリコン薄膜37、39が一方の電極、積層膜42中の金属薄膜が他方の電極となったデータ記憶用のキャパシタ11が形成される(図7(a12))。そのキャパシタ11の二個の電極間は、積層膜42中の誘電体薄膜で絶縁されている。記憶セル構造のアンチフューズ領域でも、そのキャパシタ11と同じ構造のアンチフューズ12が形成される(図7(b12))。
【0047】
他方、縮小構造のアンチフューズ領域では、第2のポリシリコン薄膜39(及びその底面に位置する第1のポリシリコン薄膜37)が一方の電極、積層膜42中の金属薄膜が他方の電極となったアンチフューズ13が形成される(図7(c12))。
【0048】
その状態からレジスト膜91を除去し、表面にシリコン酸化膜44を堆積すると、キャパシタ11とアンチフューズ12、13内はシリコン酸化膜44で充填される(図7(a13)〜(c13))。
【0049】
シリコン酸化膜44上にパターニングしたレジスト膜93を形成し、記憶セル領域の各キャパシタ11間に窓部94を形成する。次いで、窓部94底面に露出したシリコン酸化膜44をエッチングすると、該シリコン酸化膜44の下層のシリコン酸化膜36とゲート酸化膜32も一緒にエッチング除去され、底面にシリコン基板30表面が露出した孔94'が形成される(図8(a14))。
このとき、アンチフューズ側には窓部94を形成せず、レジスト膜93によって保護し、孔94'は形成しない(図8(b14)、(c14))。
【0050】
レジスト膜93を除去した後、シリコン酸化膜44上に第3のポリシリコン薄膜から成るコンタクト配線45を形成すると、孔94'内がそのコンタクト配線45によって充填される(図9(a15)〜(c15))。
【0051】
次いで、コンタクト配線45のエッチングを行うと、孔94'内のコンタクト配線45は残り、シリコン酸化物44表面のコンタクト配線45は除去される(図9(a16)〜(c16))。
【0052】
露出したシリコン酸化膜44表面にパターニングしたレジスト膜95を形成し、アンチフューズ領域に設けられた窓部96の底面に露出したシリコン酸化膜44をエッチングすると、孔96'が形成される(図9(b17)、(c17))。この孔96'底面にはシリコン基板30又は積層膜42が露出している。
このとき、キャパシタ11側は、レジスト膜95によって全面を保護しておく(図9(a17))。
【0053】
レジスト膜95を除去し、シリコン酸化膜44表面を露出させた状態で金属薄膜46を全面成膜すると、孔96'内がその金属薄膜46で充填される(図10(a18)〜(c18))。
【0054】
次いで、シリコン酸化膜44表面に形成された金属薄膜46をエッチング除去すると、アンチフューズ領域側では、孔96'内に充填された金属薄膜46によって、シリコン基板30と接続されたコンタクト配線461と、積層膜42に接続されたコンタクト配線462とが形成される(図10(b19)、(c19))。記憶セル領域側では、シリコン基板30に接続されたコンタクト配線45上に金属薄膜46残渣が残る(図10(a19))。
【0055】
金属薄膜46の除去によって露出したシリコン酸化膜44表面に配線用の金属薄膜47を形成すると、アンチフューズ領域のコンタクト配線461、462と配線用の金属薄膜47とが接続される(図11(b20)、(c20))。記憶セル領域のコンタクト配線45は、金属薄膜46残渣を介して接続される(図11(a20))。
【0056】
次に、配線用の金属薄膜47表面にパターニングしたレジスト膜97を形成し、その金属薄膜47の不要部分をエッチング除去し、ビット線48、481、482を形成する(図11(a21)〜(c21))。
【0057】
このとき、記憶セル領域では、ビット線48とデータ記憶用のキャパシタ11の一方の電極(第1、第2のポリシリコン薄膜37、39)とが、金属薄膜46、ポリシリコン薄膜45、nチャネルMOSトランジスタ14を介して接続される。キャパシタ11の他方の電極(積層膜42側)は、動作時にグラウンド電位が印加されるパッドに接続される。なお、一つのビット線48には、複数のキャパシタ11が接続される。
【0058】
記憶セル構造のアンチフューズ領域では、一方のビット線481とアンチフューズ12の一方の電極とが、コンタクト配線461とpチャネルMOSトランジスタ15とを介して接続される。また、他方のビット線482とアンチフューズ12の他方の電極とが、コンタクト配線462を介して接続される。
【0059】
同様に、縮小構造のアンチフューズ領域では、一方のビット線481とアンチフューズ13の一方の電極とが、コンタクト配線461、pチャネルMOSトランジスタ15を介して接続され、また、他方のビット線482と第2の電極とが、コンタクト配線462を介して接続される。これらビット線48、481、482は半導体記憶デバイス中の内部回路に接続される。
【0060】
レジスト膜97を除去した後、表面にシリコン酸化膜49を堆積する(図12(a)22)〜(c22))。次いで、金属薄膜から成る配線とシリコン酸化膜から成る層間絶縁膜を順次積層させ、各回路間を接続すると、半導体記憶デバイスが形成される。記憶セル領域では、キャパシタ11と、そのキャパシタ11に直列接続されたnチャネルMOSトランジスタ14によって記憶セルが構成され、アンチフューズ領域では、アンチフューズ12、13と、そのアンチフューズ12、13に直列接続されたpチャネルMOSトランジスタ15によってアンチフューズ回路が構成される。
【0061】
記憶セル領域では、他方の電極(積層膜42側)をグラウンド電位に接続し、ワード線36によってnチャネルMOSトランジスタ14を導通させ、ビット線48をキャパシタ11の一方の電極に接続せると、ビット線48を介してキャパシタ11が充放電し、データの入出力を行うことができる。
【0062】
アンチフューズ12、13とpチャネルMOSトランジスタ15で構成されたアンチフューズ回路を、図15(a)の等価回路図に示す。
この図15(a)の等価回路図では、アンチフューズ12、13の一方の電極はpチャネルMOSトランジスタ15のソース端子に接続されており、他方の電極は高電圧の絶縁破壊電圧HVが印加され、pチャネルMOSトランジスタ15のドレイン端子はグラウンド電位GNDに接続されるように構成されている。pチャネルMOSトランジスタ15がオフしている状態で絶縁破壊電圧HVが印加されると、アンチフューズ12、13の二個の電極の電圧は、共に絶縁破壊電圧HVになる。
【0063】
その状態から、pチャネルMOSトランジスタ15のゲート端子(ワード線33)をグラウンド電位GNDにし、pチャネルMOSトランジスタ15をオンさせると、アンチフューズ12、13の二個の電極間に、絶縁破壊電圧HVが印加される。
【0064】
ゲート酸化膜32の絶縁破壊耐圧は10V前後であり、この半導体記憶デバイスでは、通常の動作状態では電源電圧VDDは7Vに設定されている。従って、絶縁破壊電圧HVを15V程度に設定しておくと、pチャネルMOSトランジスタ15のオンにより、アンチフューズ12、13の誘電体薄膜に絶縁破壊電圧HVが印加され、誘電体薄膜が破壊され、二個の電極間が短絡する。
【0065】
アンチフューズ12、13を短絡させた後、その半導体記憶デバイスを使用する際、絶縁破壊電圧HVに替え、電源電圧VDDを用い、アンチフューズ12、13の第2の電極に電源電圧VDDを印加する。
【0066】
その状態でpチャネルMOSトランジスタ15をオンさせると、短絡しているアンチフューズ12、13では、ソース端子に電源電圧VDDが現れ、短絡していないアンチフューズ12、13では、ソース端子にグラウンド電位GNDが現れる。従って、pチャネルMOSトランジスタ15のソース端子の電圧を検出すると、アンチフューズ12、13が切断されているか否かを識別することができる。
【0067】
図15(b)は、pチャネルMOSトランジスタ15に替え、記憶セル領域のnチャネルMOSトランジスタ14と同じ構造のnチャネルMOSトランジスタ14'を用いた場合である。nチャネルMOSトランジスタ14'のゲート端子がグラウンド電位GNDから電源電圧VDDに転じると、nチャネルMOSトランジスタ14'がオン状態になり、アンチフューズ12、13の誘電体薄膜が破壊され、二個の電極間が短絡する。このアンチフューズ回路では、nチャネルMOSトランジスタ14'のドレイン端子の電圧を検出すると、アンチフューズ12、13が短絡しているか否かを判断することができる。
【0068】
上述した図15(a)、(b)のアンチフューズ回路では、1個のMOSトランジスタ15、14'を用いてアンチフューズ12、13を短絡させていたが、その場合、誘電体薄膜を破壊する前は、MOSトランジスタ15、14'のアンチフューズ12、13に接続された方の電極も絶縁破壊電圧HVになってしまい、例えば図15(a)のアンチフューズ回路では、pチャネルMOSトランジスタ15をオンさせる際に、ゲート端子(ワード線33)をグラウンド電位GNDに接続した瞬間、ゲート酸化膜32のソース端子側の部分に、絶縁破壊電圧HVが印加されてしまう。
【0069】
そのゲート酸化膜32に絶縁破壊電圧HVが印加される時間は、pチャネルMOSトランジスタ15が完全にオンするまでの僅かな時間であるが、絶縁破壊電圧HVは、アンチフューズ12、13を確実に破壊できる電圧に設定されているため、ゲート酸化膜32が破壊してしまうことがある。
【0070】
そこで、図15(c)に示した回路では、絶縁破壊電圧HVよりも低い電源電圧VDDを用意し、pチャネルMOSトランジスタ15のソース端子を、他のpチャネルMOSトランジスタ16を介して電源電圧VDDに接続しており、アンチフューズ12、13に直列接続されたpチャネルMOSトランジスタ15がオフ状態にあるときは、他のpチャネルMOSトランジスタ16をオン状態にし、pチャネルMOSトランジスタ15のソース端子を電源電圧VDDにクランプしており、従って、アンチフューズ12、13は、HV−VDDの電圧にプリチャージされている。
【0071】
その状態からpチャネルMOSトランジスタ15をオン状態、他のpチャネルMOSトランジスタ16をオフ状態にすると、pチャネルMOSトランジスタ15のソース端子には、絶縁破壊電圧HVを印加させずにアンチフューズ12、13の誘電体薄膜に絶縁破壊電圧HVを印加することができる。従って、pチャネルMOSトランジスタ15のゲート酸化膜32を破壊させずに、アンチフューズ12、13を短絡させることができる。
【0072】
図15(d)に示した回路も同様であり、nチャネルMOSトランジスタ14'のドレイン端子をpチャネルMOSトランジスタ16を介して電源電圧VDDに接続し、nチャネルMOSトランジスタ14'に絶縁破壊電圧HVが印加されないようにしたものである。この場合もnチャネルMOSトランジスタ14'のドレイン端子は電源電圧VDDでクランプさせ、ゲート酸化膜が破壊することがないようにしている。
【0073】
次に、アンチフューズ12、13を多数設けて不良回路救済のプログラミングを行う場合を説明する。
図16に示した回路では、1個のアンチフューズ12、13に、3個のpチャネルMOSトランジスタQ1〜Q3が直列に接続されており、各pチャネルMOSトランジスタQ1〜Q3が全部オン状態になると、アンチフューズ12、13が短絡するように構成されている。
【0074】
各pチャネルMOSトランジスタQ1〜Q3のゲート端子には、信号S1〜S3が個別に入力されており、各信号S1〜S3の組合せが全てローの場合に全部のpチャネルMOSトランジスタQ1〜Q3が導通し、アンチフューズ12、13が短絡する。他方、信号S1〜S3のうち、一個でもハイのものがあと、アンチフューズ12、13は短絡しない。
【0075】
pチャネルMOSトランジスタQ1〜Q3に信号S1〜S3を入力し、図示しないアンチフューズを含め、所望位置のアンチフューズ12、13を短絡させた後、アンチフューズ12、13に印加する電圧を絶縁破壊電圧HVから電源電圧VDDに替える。すると、アンチフューズ11、12が短絡していなければ、後段のトランスファーゲートGとインバータInvにグラウンド電位GNDが出力される。他方、短絡している場合には電源電圧VDDが出力される。
【0076】
トランスファーゲートGとインバータInvにグラウンド電位GNDが出力された場合は、トランスファーゲートGは、入力信号B1、B2のうち、一方の信号B1を出力し、電源電圧VDDが出力された場合には、他方の信号B2を出力するように構成されている。
【0077】
実動作時に、トランスファーゲートGから一方の信号B1が出力された場合には、このアンチフューズ12、13に対応する回路は良品であると判断し、冗長回路による救済は行わず、そのまま動作させる。他方の信号B2が出力された場合には、アンチフューズ12、13は短絡されており、対応する回路は不良品であると判断し、冗長回路を動作させる。このように、トランスファーゲートGからの出力に従って冗長回路による救済を行えば、冗長回路が不足しない限り半導体記憶デバイスが不良になることはない。
【0078】
図17は、アンチフューズ12、13とpチャネルMOSトランジスタQAとを直列接続した回路を8個並列接続し、1セットのフューズアレイ18を構成した場合であり、この図17では、8セットのフューズアレイ181〜188が並列接続され、アンチフューズ12、13がマトリックス状に配置されている。
【0079】
アンチフューズ12、13と直列接続された8個のpチャネルMOSトランジスタQAは、ソース端子がアンチフューズ12、13に接続され、ドレイン端子が共通の信号線L1〜L8にそれぞれ接続されており、その信号線L1〜L8は、それぞれpチャネルMOSトランジスタQB1〜QB8を介してグラウンド電位GNDに接続されている。
【0080】
信号線L1〜L8に接続されたpチャネルMOSトランジスタQB1〜QB8は、信号B1〜B8で個別にオン・オフするように構成されており、他方、1セット中の8個のpチャネルMOSトランジスタQAは、信号T1〜T8で個別にオン・オフするように構成されている。
【0081】
従って、信号T1〜T8と信号B1〜B8とを組合せると、所望位置のアンチフューズ12、13を特定できるアドレス信号を構成することができるので、動作試験を行う際に、各フューズアレイ181〜188内の一端に絶縁破壊電圧HVを印加した状態で不良回路に対応するアドレス信号を入力すると、各フューズアレイ181〜188内で、その不良回路に対応した位置のアンチフューズ12、13を短絡させることができる。
【0082】
実動作時には、フューズアレイ181〜188に印加する電圧を絶縁破壊電圧HVから電源電圧VDDに変更しておくと、フューズアレイ181〜188に不良回路を示すアドレス信号が入力されたときに、短絡されたアンチフューズ12、13によって信号線L1〜L8が電源電圧VDDに接続され、信号線L1〜L8から電源電圧VDDが出力されるので、逆に、信号線L1〜L8の状態によって、そのアドレス信号が示す回路が、不良か良品かを判断することができる。
【0083】
このように、アドレス信号によってアンチフューズ12、13の短絡を行うと、不良回路の救済を自動的に行うことができるので、半導体記憶デバイスの内部回路を簡略化することができる。
【0084】
なお、以上説明したキャパシタ11、アンチフューズ12、13は、一方の電極を第1、第2のポリシリコン薄膜37、39で構成し、他方の電極を積層膜42中の金属薄膜で構成したが、以下に説明する製造工程の第二例により、金属薄膜ではなく、ポリシリコン薄膜を用いることができる。
【0085】
その製造工程の第二例は、第1のポリシリコン薄膜37上に第2のポリシリコン薄膜39を立設させるまでは上記第一例と同じ工程であり(図1〜図5)、その状態から表面に、誘電体薄膜とポリシリコン薄膜とをこの順で全面成膜し、その誘電体薄膜とポリシリコン薄膜とから成る積層膜52を形成する(図13(a10)〜(c10))。
【0086】
次いで積層膜52表面にパターニングしたレジスト膜91を形成し、窓部92の底面に露出した積層膜52をエッチング除去し、積層膜52を分離させてプレート配線を形成する。記憶セル領域では、第1、第2のポリシリコン薄膜37、39を一方の電極とし、積層膜52中のポリシリコン薄膜を他方の電極とし、その二個の電極間が積層膜52中の誘電体薄膜で絶縁されたデータ記憶用のキャパシタ11'が形成される(図13(a11))。また、記憶セル構造のアンチフューズ領域では、キャパシタ11'と同じ構造のアンチフューズ12'が形成される(図13(b11))。
【0087】
他方、縮小構造のアンチフューズ領域では、第2のポリシリコン薄膜39と、その底面に位置する第1のポリシリコン薄膜37とが一方の電極となり、積層膜52中のポリシリコン薄膜が他方の電極となったアンチフューズ13'が形成される(図13(c11))。
【0088】
アンチフューズ12'、13'の形成後、上述の第一例の製造工程と同様の製造工程を経てビット線48、481、482を形成し、その表面にシリコン酸化膜49を形成する。次いで、層間配線と層間絶縁膜とを積層し、半導体記憶デバイスを構成させる。このアンチフューズ12'、13'も、直列接続したpチャネルMOSトランジスタ15によって絶縁破壊電圧HVを印加して短絡させる。
【0089】
以上説明したアンチフューズ12、12'では、データの記憶に用いられるキャパシタ11、11'と構造が同じなので、半導体記憶デバイスの設計や配置が容易になる。また、縮小構造のアンチフューズ13、13'を用いれば、構造が簡単になるので、キャパシタよりも信頼性の高いアンチフューズを得ることができる。
【0090】
【発明の効果】
本発明の半導体記憶デバイスによれば、アンチフューズを用いて不良回路の救済を行えるので、レーザビームを用いず、電気的にプログラムを行うことができる。
アンチフューズを形成する際に記憶セル内のキャパシタと同じ薄膜を用いることができるので、製造工程が簡略化される。
アンチフューズをキャパシタと同じ構造にすれば、配置が容易である。また、縮小構造のアンチフューズを用いれば、半導体記憶デバイスの面積を縮小化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a1)〜(c1)、(a2)〜(c2):本発明の半導体記憶デバイスの製造工程の第一例を説明するための図
【図2】(a3)〜(c3)、(a4)〜(c4):その続きを説明するための図
【図3】(a5)〜(c5)、(a6)〜(c6):その続きを説明するための図
【図4】(a7)〜(c7)、(a8)〜(c8):その続きを説明するための図
【図5】(a9)〜(c9):その続きを説明するための図
【図6】(a10)〜(c10)、(a11)〜(c12):その続きを説明するための図
【図7】(a12)〜(c12)、(a13)〜(c13):その続きを説明するための図
【図8】(a14)〜(c14)、(a15)〜(c15):その続きを説明するための図
【図9】(a16)〜(c16)、(a17)〜(c17):その続きを説明するための図
【図10】(a18)〜(c18)、(a19)〜(c19):その続きを説明するための図
【図11】(a20)〜(c20)、(a21)〜(c21):その続きを説明するための図
【図12】(a22)〜(c22):本発明の半導体記憶デバイスの製造工程の第二例を説明するための図
【図13】(a10)〜(c10)、(a11)〜(c11):その続きを説明するための図
【図14】(a12)〜(c12):その続きを説明するための図
【図15】(a)〜(d):本発明の半導体記憶デバイス内のアンチフューズを短絡させる回路の一例
【図16】本発明の半導体記憶デバイスの内部回路の一例
【図17】本発明の半導体記憶デバイスの内部回路の他の例
【図18】従来技術のアンチフューズの一例
【図19】従来技術のアンチフューズの他の例
【図20】そのA−A線截断面図
【符号の説明】
11、11'……キャパシタ 12、12'、13、13'……アンチフューズ14'、15……MOSトランジスタ 16……他のMOSトランジスタ30……半導体基板 37……第1のポリシリコン薄膜 39……第2のポリシリコン薄膜
HV……絶縁破壊電圧 VDD……電源電圧
Claims (6)
- 半導体基板上に形成された第1の電極と、
上記第1の電極の表面上に形成された誘電体膜と、
上記誘電体膜の表面上に形成された第2の電極と、
第1の電源と上記第1又は第2の電極の一方との間に接続された第1のMOSトランジスタと、
第2の電源と上記第1又は第2の電極の上記一方との間に接続された第2のMOSトランジスタと、
上記第1又は第2の電極の他方に接続された第3の電源と、
を有し、
上記第1と第3の電源との間の電位差が上記誘電体膜を破壊するに十分なものであり、
上記第2の電源が上記誘電体膜の破壊電圧を超えない低い電圧を有し、
上記第2のMOSトランジスタが導通して上記第1又は第2の電極の上記一方をプリチャージし、上記第2のMOSトランジスタが非導通となり、かつ上記第1のMOSトランジスタが導通して上記第1のMOSトランジスタの誘電体層を破壊することなしに上記誘電体膜を破壊することができるアンチフューズ回路。 - 半導体記憶回路を更に有する請求項1に記載のアンチフューズ回路。
- 上記第2の電極が金属膜で構成されている請求項1又は2に記載のアンチフューズ回路。
- 上記第2の電極がポリシリコン膜で構成されている請求項1又は2に記載のアンチフューズ回路。
- 上記第1の電極がポリシリコン膜で構成されている請求項1又は2に記載のアンチフューズ回路。
- 上記第2の電極が金属膜で構成されている請求項5に記載のアンチフューズ回路。
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