JPH05101687A - 低電圧プログラム可能記憶素子 - Google Patents

低電圧プログラム可能記憶素子

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JPH05101687A
JPH05101687A JP6564092A JP6564092A JPH05101687A JP H05101687 A JPH05101687 A JP H05101687A JP 6564092 A JP6564092 A JP 6564092A JP 6564092 A JP6564092 A JP 6564092A JP H05101687 A JPH05101687 A JP H05101687A
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バデイー・エル−カー
Wayne F Ellis
ウエイン・フレデリツク・エリス
Duane E Galbi
デユエイン・エルマー・ガルビ
Nathan R Hiltebeitel
ネーザン・ラフアエル・ヒルテベイテル
William R Tonti
ウイリアム・ロバート・トンテイ
Josef S Watts
ジヨセフ・サミユエル・ワツツ
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低い電流値で短期間にプログラムすること。 【構成】 冗長プログラミング用プログラム可能記憶素
子1は、プログラム可能アンチヒューズ回路を備え、複
数の第1の抵抗F1、F2と、この第1の抵抗のプログ
ラミングを可能にするため、複数の第1の制御信号に応
答して第1の抵抗を直列に接続し、かつ複数の第2の制
御信号に応答して第1の抵抗を並列に接続するスイッチ
ング回路QP1、QP2、QS1、QS2と、第1の抵抗がプロ
グラムされたかどうか決定する検出回路2とを含む。第
1の抵抗の状態は、この第1の抵抗に跨る第1の電圧降
下を第2の抵抗に跨る第2の電圧降下と比較することに
より決定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プログラム可能記憶素
子に関する。特に、本発明は、プログラム可能アンチヒ
ューズ(antifuse)回路における抵抗の減少が
記憶素子の検出回路により検出される、プログラミング
冗長度に対するプログラム可能記憶素子に関する。
【0002】
【従来の技術】集積された半導体デバイスの製造後の冗
長度プログラミングの能力は、プログラム可能論理デバ
イス、プログラム可能メモリーおよび線形回路を含む多
くのデバイス、ならびにVLSIデバイスにおける任意
のワイヤリング用として望ましい。
【0003】例えばランダム・アクセス・メモリー(R
AM)デバイスにおいては、多数のメモリー・セルが行
および列状に配置される。製造中RAMに生じる欠陥の
密度は、デバイスの集積密度には比較的依存せず、半導
体の製造技術により多く依存する。一般に、デバイスの
集積密度が高くなるほど、欠陥メモリー・セルに対する
正常なメモリー・セルの比率が大きくなる。この大きな
比率は、半導体メモリー・デバイスの集積度を上げる利
点の1つである。
【0004】例えRAMが僅かに1つの欠陥メモリー・
セルを含んでも、デバイスは正常に動作することができ
ない。この問題を克服するため、RAMデバイスは複数
の冗長メモリー・セル、例えばメモリー・セルの冗長な
行および(または)列を含む。このため、欠陥メモリー
・セルが例えば製造プロセスの最終段階においてテスト
により検出されると、これは1つ以上の冗長メモリー・
セルで置換される。この置換は、一般に、個々のセルを
置換することによるのではなく、メモリー・セルの行ま
たは列を置換することにより行われる。換言すれば、欠
陥メモリー・セルを含む行が、唯1つの作動するメモリ
ー・セルを含む冗長行により置換されるのである。
【0005】冗長メモリー・セルの使用は、関連するエ
ンコーダまたはデコーダが、欠陥メモリー・セルを含む
行または列に対するアドレスに応答して選択されたメモ
リー・セルの冗長行または列を適正にアドレス指定する
ように、制御回路を含むことを更に必要とすることが明
らかであろう。また、制御回路が、情報を記憶するため
の1つ以上の回路要素、メモリー・セルのグループ間を
選択する要素、および情報記憶素子をプログラミングす
るための別のデバイスを含むことも明らかであろう。米
国特許第4,606,830号および同第4,707,
806号は、この形式の制御回路の事例を開示してい
る。IBM Technical Disclosur
e Bulletin第27巻、第11号(1985年
4月)は、ヒューズ即ちプログラム可能リンクの状態が
アドレス・バッファを駆動する際に使用される選択され
た切換え可能な相補出力信号を提供するプログラム可能
アドレス反転回路を開示している。このような制御回路
の論理的拡張は、Sawada等のVLSIデバイスに
対する「高密度ASMICのための組込み自己修復回路
(Built−in Self−Repair Cir
cuit for High−Density ASM
IC)」(IEEE Conferenceof Cu
stom Itegrated Circuits、2
6.1.1〜26.1.3、1989年)に開示された
如き組込まれた自己修復回路を提供することである。
【0006】先に述べたRAMデバイスを含む種々の半
導体デバイスの冗長プログラミングのための溶断可能リ
ンクは公知である。溶断可能リンクは開路または閉路さ
れ、これにより「0」または「1」の値を有効に記憶す
る。これらのリンクは、一般に溶断可能リンクに対して
直接予め定めた電圧を加えるか、あるいは溶断可能リン
クに対してレーザ・ビームの如き外部エネルギ源を提供
することによりプログラムされる。米国特許第4,04
2,950号および同第4,135,295号は、リン
クに加えられる予め定めた電圧により閉路される溶断可
能リンクを開示しており、このリンクは所要の溶断電流
より大きな電流密度を生じ、これにより絶縁層を除去し
て溶断可能リンクを閉路即ち短絡する。米国特許第4,
670,970号は、シリコン層に対する金属の固相拡
散により閉路して導電状態のシリコン層を生じる常開溶
断可能リンクを開示している。米国特許第4,446,
534号は、正規極性の比較的高い電圧の代わりに反対
の極性の電圧を加えることによりプログラムされる溶断
可能リンクを含む回路を開示している。米国特許第4,
455,495号は、非導電要素がレーザ・ビームの印
加により短絡される第2の形式の溶断可能リンクを開示
している。無論、米国特許第4,912,066号に開
示される如き、溶断可能リンクが予め定めた電圧および
レーザ・ビームの両方の印加によりプログラムされるデ
バイスもまた公知である。
【0007】最近の数年、印加レーザ・ビームを用いる
冗長プログラミングが優れたプログラミング法となって
きた。しかし、このプログラミング法は、幾つかの短所
を有する。この種のプログラミングのためのプログラミ
ング機構は高価であり、しばしばワークステーション当
たり数億円(数百万ドル)を越えるコストを要する。更
に、レーザ冗長プログラミングは、プログラムされる個
々の溶断可能リンクを選択する必要があると共に、溶断
可能リンク周囲の領域、例えばブラスト・クレータ(b
last crater)の清掃などのプログラミング
後の製造工程を必要とする故に比較的遅い。また、止ま
ることなく増加するデバイス密度が、ついには隣接する
要素に対して少なくとも部分的な破損を生じることなく
レーザ・プログラミングを実施することはできないほど
小さな要素間隙を生じることになり、これが無論これら
の高密度デバイスの故障間の平均時間を短くする結果と
なることが理解されよう。更に、レーザ・スポットと溶
断するヒューズとの間の不整列が不完全あるいは不正確
なヒューズの溶断を生起し、これが全体的なプロセスの
歩留まりを実際に低下させ得る。プログラム可能溶断可
能リンクと関連する他の問題は、米国特許第4,54
6,454号に述べられている。
【0008】冗長プログラミングのための溶断可能リン
クを含む制御回路が、米国特許第4,571,707号
および同第4,609,830号に開示されている。更
に、溶断可能リンクの条件即ち状態を検出するための回
路は、米国特許第4,707,806号の一致検出回
路、ならびに米国特許第4,837,520号に開示さ
れる複数の従来のヒューズを含むフリップフロップを使
用する回路を含む。
【0009】最近の数年、強くドープされたポリシリコ
ン抵抗器における電流により誘起される抵抗の低下があ
り得ることが報告されている。Kato等の「強くドー
プされたポリシリコン抵抗における電流により誘起され
る抵抗の低下の物理的機構(A Physical M
echanism of Current−Induc
ed Resistance Decrease in
Heavily Doped Polysilico
n Resistors)」(IEEE Transa
ction on Electron Device
s、第ED28巻、第8号、1154〜61頁、198
2年8月)を参照されたい。0.01%の精度内で制御
可能な50%以下の抵抗の低下が報告された。別のアン
チヒューズ思想は、Hamdy等の「論理ICおよびメ
モリーIC用の誘電作用に基くアンチヒューズ(Die
lectric Based Antifusefor
Logic and Memory IC)」(Tra
nsactions of the Internat
ional Electron DeviceMeet
ing、786〜789頁、San Francisc
o、1988年12月)により記述され、これは2つの
導電層間の絶縁体を高電圧(18V)で破壊することに
よりプログラムされるポリシリコン絶縁体拡散サンドイ
ッチの使用法およびプログラミングを開示している。別
のプログラム可能方式が、Y.Shacham−Dim
and等の「斬新なイオン注入アモルファス・シリコン
のプログラム可能要素(A Novel Ion−Im
planted Amorphous Silicon
Programmable Element)」(I
nternational Elctron Devi
ce Meeting, Digest 1987、1
94〜197頁、Washington,D.C.、1
987年)により記載されている。この方法は、多量の
イオン注入により大きな抵抗のアモルファス層を生成
し、プログラミング電圧をこの層に加えることにより層
を低インピーダンスに切換えることからなる。
【0010】米国特許第4,210,996号に開示さ
れる如き電気的に同調可能な抵抗、ならびに米国特許第
4,821,091号に開示された如き光導電体サイト
を含む他の構造を作るために半導体デバイスにおける多
結晶シリコンを使用することは公知である。一旦閾値電
圧が加えられると、多結晶シリコン抵抗の抵抗値が印加
電圧の大きさに従って直線的に変化するという事実もま
た、米国特許第4,146,902号に開示された読出
し専用メモリー(ROM)デバイスの如きスイッチング
回路、および米国特許第4,399,372号に開示さ
れた制御信号生成回路において使用されている。多結晶
シリコンから半導体デバイスを製造する方法が、米国特
許第4,229,502号および同第4,309,22
4号に開示されている。しかし、アンチヒューズ・ポリ
シリコン・デバイスのプログラミングは、ポリシリコン
における抵抗の変化を誘起するため必要な所要の電流密
度を生じるためには一般に数十ボルトの印加を必要とす
る。現在の集積回路の高い密度および短いチャンネル長
さを仮定すると、このような高電圧/電流ストレスの印
加はできるだけ避けねばならない。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主目的は、低
い電流値でプログラム可能な抵抗を有するプログラム可
能アンチヒューズ回路を提供することにある。
【0012】本発明の別の目的は、短い期間でプログラ
ムが可能なプログラム可能記憶素子を提供することにあ
る。
【0013】本発明の更に別の目的は、プログラム可能
記憶素子のプログラミング状態を決定するための回路を
有するプログラム可能記憶素子を提供することにある。
【0014】本発明の他の目的は、現場でプログラム可
能なプログラム可能記憶素子を提供することにある。
【0015】本発明の更に他の目的は、低コストでプロ
グラム可能であるプログラム可能記憶デバイスを提供す
ることにある。プログラム可能記憶素子は、従来のベン
チ・テスト設備を用いてプログラムが可能であることが
望ましく、これにより更に資本のかかるプログラミング
装置の必要を回避する。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明の上記および他の
目的、特徴および利点は、複数の第1の抵抗と、第1の
抵抗のプログラミングを可能にするため複数の第1の制
御信号に応答して第1の抵抗を直列に接続し、かつ複数
の第2の制御信号に応答して第1の抵抗を並列に接続す
るスイッチング回路と、第1の抵抗がプログラムされた
かどうかを検出する検出回路とを含むプログラム可能記
憶素子が提供される。本発明の一特質によれば、このプ
ログラム可能記憶素子は更に、複数の第2の抵抗と、こ
の第2の抵抗を複数の第3の制御信号に応答して直列に
接続し、かつ第2の抵抗を複数の第4の制御信号に応答
して並列に接続して、第2の抵抗のプログラミングを可
能にする第2のスイッチング回路とを含み、検出回路が
第1および第2の抵抗のうちの少なくとも1つがプログ
ラムされたかどうかを検出する。
【0017】対応するスイッチング回路により接続され
た複数の抵抗の各々は、本発明によるプログラム可能ア
ンチヒューズ回路を含む。この複数の抵抗は各々、予め
定めた閾値電流の印加により、好都合に第2の直列抵抗
に減少し得る予め定めた直列抵抗を有する。このスイッ
チング回路は、抵抗のプログラム状態を決定するため複
数の第1の制御信号に応答して抵抗を直列に接続し、か
つ抵抗をプログラミングするため抵抗に対する予め定め
た閾値電流の印加を可能にするように複数の第2の制御
信号に応答して抵抗を並列に接続する。
【0018】本発明によれば、冗長度をプログラミング
するためのプログラム可能記憶素子を備えた半導体デバ
イスは、複数の第1の抵抗と、複数の第2の抵抗と、第
1の抵抗のプログラミングを可能にするため、複数の第
1の制御信号に応答して第1の抵抗を直列に接続し、か
つ複数の第2の制御信号に応答して抵抗を並列に接続す
る複数の第1のトランジスタと、第2の抵抗のプログラ
ミングを可能にするため、複数の第3の制御信号に応答
して第2の抵抗を直列に接続し、かつ複数の第4の制御
信号に応答して第2の抵抗を並列に接続する複数の第2
のトランジスタと、第1および第2の抵抗のうちの少な
くとも一方がプログラムされたかどうかを決定するた
め、第1の抵抗に跨る第1の電圧降下を第2の抵抗に跨
る第1の電圧降下と比較するラッチを生じるように接続
された複数の第3のトランジスタとを含む。本発明の特
質によれば、第1および第2の抵抗は、予め定めた閾値
電流より大きいかあるいはこれと等しい大きさを持ち、
かつ予め定めた期間より長いパルス幅を持つプログラミ
ング電流の印加によりプログラムされる。
【0019】
【実施例】本発明によるプログラム可能記憶素子1の望
ましい実施態様は、図1に示され、ノードN1およびN
2を持つ検出ラッチ2を構成するため接続された複数の
トランジスタQL1乃至QL4と、トランジスタQP1および
P2の対応するものを介してそれぞれノードN1および
N2と接続されたアンチヒューズ要素F1およびF2と
からなる。アンチヒューズ要素F1は、望ましくはプロ
グラミング・アンチヒューズ要素F1において使用され
るトランジスタQPR1と接続された、以下に更に詳細に
述べるプログラム可能アンチヒューズ回路であることが
望ましい。しかし、アンチヒューズ要素F1はまた、以
下に述べる特性を持つ1つのポリシリコン素子でもよ
い。
【0020】アンチヒューズ要素F1およびF2は、ト
ランジスタQS1およびQS2の各ドレーンと接続され、こ
のドレーンはアンチヒューズ要素F1およびF2間の抵
抗差をアンチヒューズ要素F1およびF2間の電圧差に
変換するため、アンチヒューズ要素F1およびF2に流
れる等しい電流量を引出す。検出ラッチ2は、アンチヒ
ューズ要素F1およびF2に跨る電圧差を増幅する。望
ましくは、検出ラッチ2の最終状態は、より高い抵抗値
を持つアンチヒューズ要素F1、F2を表わす。ノード
N1およびN2の一方は、検出ラッチ2の出力をバッフ
ァする1対のトランジスタQb1およびQb2から構成され
るインバータを介して出力端子Foutと接続されてい
る。図1に示されるプログラム可能記憶素子1では、F
1の抵抗値がF2の抵抗値より大きい時は、Foutにお
ける信号が電圧Vddと等しいが、F1およびF2の抵抗
値が逆になる時は、Foutにおける信号は接地電位GN
Dと等しい。
【0021】変更されたプログラム可能記憶素子1'が
図2に示され、この要素は2つの点で図1に示された回
路とは異なる。第1に、図1のアンチヒューズ要素F2
は、プログラミングのためトランジスタQPR2と接続さ
れることが望ましいプログラム可能アンチヒューズ回路
F2'により置換されている。第2に、アンチヒューズ
要素F1およびF2'の初期抵抗値は、プログラム可能
記憶素子1'において相互に等しい。
【0022】図1において、アンチヒューズ要素F1お
よびF2の抵抗値は、最初は約10%だけずらされ、F
1は最も大きな初期抵抗値を持つことが望ましい。以下
に述べる理由のため、10%はプログラミングの後のア
ンチヒューズ要素F1における最小の抵抗値の変化の約
半分である。アンチヒューズ要素F1とF2の抵抗値間
のこの初期の不一致は、アンチヒューズの抵抗の初期順
序を提供し、これが好都合に検出ラッチ2により検出で
きる。しかし、アンチヒューズ要素F1および図2のF
2'の初期抵抗値は等しい。アンチヒューズ要素F1と
F2'の一方がアンチヒューズ要素の抵抗の順序を提供
するようにプログラムされねばならないことは明らかで
あろう。また、アンチヒューズ要素F1およびF2'の
抵抗値が最初等しいため、プログラミング後の2つの抵
抗値間のマージンは図1の回路におけるよりも図2の回
路における方が大きくなることも注意すべきである。従
って、プログラム可能記憶素子1'は、プログラム可能
記憶素子1よりもプロセスの変化に感応しない。
【0023】図1および図2に示されたプログラム可能
記憶素子1および1'の両形態が種々の半導体デバイス
に使用できることに注意すべきである。プログラム可能
記憶素子1は、初期の状態表示を必要とする半導体デバ
イスにおいて使用されるが、プログラム可能記憶素子
1'はより高い動作マージンを必要とする半導体デバイ
スにおいて使用されることが望ましい。
【0024】図1および図2に示される回路の4つの動
作モードについては、図3に示される波形に関して説明
する。時間t0で開始するチップのパワーアップ・モー
ドの期間、SETNの値は電圧Vddまで上昇するが、他
の全てのモード値は低いままである。
【0025】時間t1で開始するように示される「冗長
呼び込み」モードの期間、SETNはハイの状態を維持
するが、「PASS」はハイになる。信号「PASS」
はトランジスタQP1およびQP2の選択された一方に検出
ラッチ2からプログラミングのため選定された要素F1
およびF2(F2')を切離させるため、SETNの値
が「ドント・ケア」値であることが明らかであろう。冗
長アドレス復号回路(図示せず)により選択されるプロ
グラミング信号PRGn(但し、nは1または2に等し
い)はハイとなり、トランジスタQPR1およびQPR2の対
応する1つに与えられて、これらのトランジスタの選択
された1つに、少なくとも予め定めた閾値電流を選択さ
れたアンチヒューズ要素F1およびF2(F2')を経
て引かせる。望ましくは、予め定めた閾値電流のパルス
幅は、アンチヒューズ要素F1およびF2(F2')の
選択された1つに抵抗変化を生じさせるのに充分な広さ
を持つ。
【0026】時間t2で始まるように示される「状態の
初期化」動作モードの期間、SETNがハイとなり、そ
の後トランジスタQP1、QP2、QS1、QS2がそれぞれ制
御信号Pass1、Pass2、S1、S2によりオン
にされる。トランジスタQS1、QS2がアンチヒューズ要
素F1およびF2(F2')に跨る各電圧降下を生じた
後、SETNは従来の低速セット・デバイス(図示せ
ず)によりGNDに徐々に引張られる。次いで、SET
Nは、低速セット・デバイスより大きいことが望ましい
従来の高速セット・デバイス(図示せず)によりGND
に引張られる。GNDになるSETNは、好都合なこと
に信号Pass1およびPass2をハイにさせ、これ
により検出ラッチ2をアンチヒューズ要素F1およびF
2(F2')から切離す。好都合にも、端子Foutにおけ
る検出ラッチ2の反転出力は、この時、検出ラッチ2の
状態をサンプルするため接続された別の回路により検出
することができる。
【0027】検出ラッチ2を予め定めた状態にセットす
ることによりアンチヒューズ要素F1およびF2(F
2')とそれに関連する回路とその対応する記憶素子ア
ンチヒューズ要素とのテストを許容する「状態ソフト・
セット」動作モードもまた、時間t2で開始する。この
「状態ソフト・セット」モードは、「状態ソフト・セッ
ト」モードではトランジスタQS1、QS2の一方のみがオ
ンになることを除いて、すぐ先に述べた「冗長状態初期
化」モードと類似している。選択されないアンチヒュー
ズ要素に跨る電圧降下が略々ゼロとなるため、トランジ
スタQS1、QS2の選択された一方と対応するアンチヒュ
ーズ要素F1およびF2(F2')の一方が、検出ラッ
チ2により高い方の抵抗値を持つと判定されることが明
らかであろう。このため、「状態ソフト・セット」動作
モードでは、好都合にも検出ラッチ2をいずれか一方の
動作状態にセットできる。
【0028】本発明によるプログラム可能アンチヒュー
ズ要素F1は図4に示され、複数のスイッチング・トラ
ンジスタQFa乃至QFdにより電圧供給源Vddおよび出力
端子Tおよび接地電位GNDと接続される3つの抵抗F
1a、F1bおよびF1cを含む。トランジスタQFa
至QFdの各々は、それぞれ制御端子Ta〜Tdにおいて
複数の制御信号を受取る。望ましくは、抵抗F1a乃至
F1cの各々は、非ケイ素化(unsilicide
d)ポリシリコン導体ストリップから形成され、等しい
抵抗値を有する。例えば、プログラム可能アンチヒュー
ズ回路F1の全直列抵抗が2000Ωである時、各抵抗
は約670Ωの個々の抵抗値を有する。望ましくは、非
ケイ素化ポリシリコン導体のドーパントは、リン、ホウ
素あるいはヒ素である。
【0029】回路F1のプログラミング状態を検出する
と、トランジスタQFa、QFbおよびQFcはオフとなる
が、トランジスタQFdはオンとなる。この第1の状態に
おいては、抵抗F1a乃至F1cはVddと端子T間に直
列に接続されることが判るであろう。QFdは好都合にも
オンになって抵抗F1a乃至F1cに流れる電流を閾値
電流より小さな値に制限し、これについては以下に更に
詳細に述べる。抵抗F1a乃至F1cが直列接続抵抗に
流れる電流を著しく制限するほど充分な直列抵抗を提供
する時、トランジスタQFdは省くことができ、トランジ
スタQFcが検出およびプログラミングの両方の期間にお
いて電流の制御を行うことが判るであろう。アンチヒュ
ーズ要素F1のプログラミングの間、制御信号が加えら
れてトランジスタQFa乃至QFcをオンにし、これにより
抵抗F1a乃至F1cを並列に接続して抵抗F1a乃至
F1cの各々に閾値電流より大きな電流を生じる。
【0030】先に述べたKato等の文献に開示された
ように、約0.5μ秒の期間にわたり少なくとも1.0
×106A/cm2の電流密度Jを受ける時、1020/c
3より大きなNa、Ndドーパント濃度を持つポリシ
リコン導体の抵抗値は、ドーパントの再分布により約5
0%までの抵抗の低下を呈する。この抵抗の変化は、導
体が再び0.5μ秒より長い期間にわたってJより大き
な電流密度を受けなければ、非揮発性であり非破壊性で
ある。ポリシリコン導体が一例として0.3×10-4
mおよび0.35×10-4cmの断面寸法を持つものと
すれば、約1.05mAの閾値電流ITHが所要のJ値を
生じることになる。別の事例として、F1の直列抵抗が
2000Ωであり溶断要素の断面が350ナノメータ×
600ナノメータである場合、閾値電流ITHは少なくと
も5.0mAとなり、このため、少なくとも10Vの印
加電圧を必要とする。この所要電圧はチップ全体に加え
るには高すぎることが判るであろう。
【0031】図5および図6において、非ケイ素化ポリ
シリコン導体による実際の実験では、約20%の抵抗値
の変化を生じるように、アンチヒューズ要素で使用され
る非ケイ素化ポリシリコン導体を変性させるのに約2.
5×106アンペア程度の電流密度が要求されることが
判る。例えば、図5は、電流密度と、印加された変更電
流により生じる初期抵抗比との関係を示す。図6は、印
加された変更電流のパルス幅と抵抗値の変化との関係を
示している。
【0032】図4においては、トランジスタQFa乃至Q
Fcにより並列に接続される時、抵抗F1a乃至F1cは
著しく低い印加電圧で所要の電流密度を達成できること
が判る。10Vが加えられて所要の閾値電流ITHを生じ
る事例では、これまで必要であった10Vの代わりに、
約4Vの印加電圧により並列の抵抗F1a乃至F1cに
おいて相等の電流密度が達成できる。
【0033】プログラム可能記憶素子1の予め定めた初
期化電流が閾値電流より著しく低い、即ち、閾値電流の
約1/10であることに注意すべきである。また、閾値
電流より遥かに短い期間、即ち、閾値電流の印加時間の
約1/100だけ初期化電流が加えられることに注意す
べきである。従って、初期化電流および初期化期間が常
にF1の抵抗値を変化させるに必要なよりも小さな大き
さの少なくとも1つの大きさであるため、F1の抵抗値
は、プログラム可能記憶素子1の初期化数とは無関係に
安定することになる。この結果は、閾値電流ITHの約5
0%の大きさを持つ初期化電流を使用するプログラム可
能記憶素子1のストレス状態を示す図7に明瞭に示され
る。図7はまた、約200℃の温度におけるベーキング
に対するプログラム可能記憶素子1の安定度を示してい
る。
【0034】図8は、本発明によるプログラム可能記憶
素子10の別の望ましい実施例を示しており、その構成
はアンチヒューズ回路F1、第2のアンチヒューズ要素
F2、アンチヒューズ要素F1をプログラミングするト
ランジスタQP1、ノードN1およびN2を持つ検出ラッ
チ20を提供する複数のトランジスタQL1乃至QL4、お
よび1対のトランジスタQTS1およびQTS2からなってい
る。アンチヒューズ要素F2の抵抗値は、アンチヒュー
ズ要素F1の初期抵抗値の約0.9倍であるのが好まし
い。
【0035】プログラム可能記憶素子10の種々の動作
モードについては、図9を参照しながら説明する。時間
0で始まるように示される「チップ・パワーアップ」
モードの期間、信号PRGおよびSETNは、印加電圧
CCと共に上昇するが、信号Rはアクティブローの状態
のままであり、ノードN1およびN2がVCCと共に上昇
することを許容する。時間t1において、「冗長度初期
化」モードが始まり、SETNが従来の低速セット・デ
バイス(図示せず)を介して接地電位GNDに引張られ
るが、Rはアクティブローのままである。アンチヒュー
ズ要素F1およびF2間の抵抗差、および結果として生
じるフィードバックの故に、ノードN1はハイの状態に
とどまろうとするが、ノードN2はSETNになるよう
に放電する。次いで、Rがハイとなり、トランジスタQ
TS1、QTS2をオフにする。Rがハイになることはまた従
来の高速セット・デバイスを可能状態にし、これはラッ
チの初期化を完了してノードN1がVCCとなりノードN
2がGNDとなる。
【0036】時間t2で始まるように示される「冗長度
呼び込み」動作モードの期間、SETNおよびN2がロ
ーのままであるが、N1およびRはハイのままである。
トランジスタQP1に対する入力信号PRGは冗長アドレ
スと対応してアクティブローになり、予め定めた閾値電
流を約0.5マイクロ秒の期間だけアンチヒューズ要素
F1に流れさせ、これがF1の抵抗値を20乃至50%
の範囲内の量だけ減少させる。
【0037】時間t3で示されるアンチヒューズ要素F
1のプログラミングの完了時に、トランジスタQL1乃至
L4から形成されたヒューズ検出ラッチがアクティブロ
ーになるRによりリセットされるが、SETNはハイの
値に回復される。次いで、ラッチは先に述べた「冗長度
初期化」に略々似た方法で再初期化されるが、F1の抵
抗値がプログラミングの間減少したため、ラッチは反対
の状態にセットされてN1をロー、N2をハイにする。
【0038】図1および図2のプログラム可能記憶素子
1、1'を図8のプログラム可能記憶素子10と比較す
ると、アンチヒューズ要素F1およびF2が検出ラッチ
2において電流から切離されるが、アンチヒューズ要素
F1およびF2は検出ラッチ20において電流を受ける
ことが判る。図1および図2に示される実施例から、ア
ンチヒューズ要素F1およびF2が検出ラッチ2のセッ
トに必要な電流を通さないため、より高い抵抗のアンチ
ヒューズ要素F1およびF2が使用できることが明らか
になろう。更に、図1および図2のアンチヒューズ要素
F1およびF2に流れるピーク電流を好都合にも低い値
に限定できることが判るであろう。
【0039】当業者は、焼付け後、あるいは焼付け電圧
より小さな電圧で現場において、本発明によるプログラ
ム可能アンチヒューズ要素F1がプログラミングの冗長
を可能にすることが理解されよう。半導体デバイスにお
ける専用ピンの必要なくこのプログラミング冗長度が達
成されることが判るであろう。
【0040】また、本発明のプログラム可能記憶素子
が、現在使用されるレーザ・プログラミングより早い速
度および著しく低い資本コストで冗長プログラミングを
有効に提供できることも明らかであろう。例えば、更に
高価なレーザ冗長プログラム装置の代わりに、従来のプ
ログラム可能なコンピュータ駆動ベンチ・テスタを用い
て、プログラム可能記憶素子を使用する半導体デバイス
をプログラムすることが可能である。ミリ秒当たり約1
個のヒューズ選択速度を有し、かつレーザ冗長プログラ
ミングを必要とする機械的な段階移動が除去される故
に、本発明によって更に高速なプログラム速度が達成さ
れる。
【0041】また、本発明のプログラム可能記憶素子を
含む半導体デバイスがレーザ・プログラムされる類似の
デバイスよりも本質的に安定であることも判るであろ
う。好都合にも、本発明によるプログラミングはレーザ
・プログラミングと関連するブラスト・クレータを生じ
ず、このため、レーザ・ヒューズ・サイトから再び固形
化した溶解Si屑の除去を必要としない。更に、ヒュー
ズの「ベイ・ウインドウ」を開くため必要な別の処理工
程がない。一般に、本発明のヒューズ要素は、従来技術
のレーザ・ヒューズよりも遥かに高密度のパターンでレ
イアウトすることが可能である。
【0042】
【発明の効果】以上、この発明を詳細に説明したところ
から明らかなとおり、この発明はアンチヒューズ回路を
低い電流値で短期間にプログラムすることができるとい
う効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるプログラム可能記憶素子の望まし
い実施例を示す概略図である。
【図2】図1に示されるプログラム可能記憶素子の変更
例を示す図である。
【図3】図1および図2に示される回路の複数の動作モ
ードの期間に生じる複数の波形を示すグラフである。
【図4】図1および図2に示されるプログラム可能アン
チヒューズ回路の概略図である。
【図5】複数の印加された変更電流による、図4に示さ
れたプログラム可能アンチヒューズ回路の抵抗の抵抗値
変化を示すグラフである。
【図6】変化するパルス幅を持つ複数の印加された変更
電流による、図4に示されたプログラム可能アンチヒュ
ーズ回路の抵抗の抵抗値変化を示すグラフである。
【図7】図4に示されたプログラム可能アンチヒューズ
回路のアンチヒューズ要素の安定度を示すグラフであ
る。
【図8】本発明によるプログラム可能記憶素子の別の望
ましい実施例を示す概略図である。
【図9】幾つかの動作モードの期間に図8のプログラム
可能記憶素子により生じる複数の波形を示すグラフであ
る。
【符号の説明】
1 プログラム可能記憶素子 2 検出ラッチ 10 プログラム可能記憶素子 20 検出ラッチ Q トランジスタ F アンチヒューズ要素 N ノード T 端子 ITH 閾値電流
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G11C 17/06 29/00 301 B 9288−5L H01L 27/10 491 8728−4M 9191−5L G11C 17/06 Z (72)発明者 バデイー・エル−カー アメリカ合衆国05468、バーモント州 ミ ルトン、ウエストフオード・ロード 504 番地 (72)発明者 ウエイン・フレデリツク・エリス アメリカ合衆国05465、バーモント州 ジ エリコ、スノウフレイク・リツジ、ボツク ス 163 (72)発明者 デユエイン・エルマー・ガルビ アメリカ合衆国05452、バーモント州 エ セツクス・ジヤンクシヨン、ターシヤ・レ ーン 38番地、アパートメント ビー8 (72)発明者 ネーザン・ラフアエル・ヒルテベイテル アメリカ合衆国05452、バーモント州 エ セツクス・ジヤンクシヨン、パーク・スト リート 48 1/2番地、ナンバー4ビー (72)発明者 ウイリアム・ロバート・トンテイ アメリカ合衆国05452、バーモント州 エ セツクス・ジヤンクシヨン、グリーンフイ ールド・コート 5番地 (72)発明者 ジヨセフ・サミユエル・ワツツ アメリカ合衆国05403、バーモント州 サ ウス・バーリントン、メイプルウツド・ド ライブ 13番地

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プログラム可能アンチヒューズ回路にお
    いて、 加えられる予め定めた閾値電流に応答して予め定めた第
    2の抵抗値に減少することができる直列の予め定めた第
    1の抵抗値を有する複数の抵抗と、 前記予め定めた閾値電流の前記抵抗に対する印加を許容
    するため、複数の第1の制御信号に応答して前記抵抗を
    直列に接続し、複数の第2の制御信号に応答して該抵抗
    を並列に接続するスイッチング手段とを具備することを
    特徴とするプログラム可能アンチヒューズ回路。
  2. 【請求項2】 複数の第1の要素と、 前記第1の要素のプログラミングを許容するため、複数
    の第1の制御信号に応答して前記第1の要素を直列に接
    続し、かつ複数の第2の制御信号に応答して前記第1の
    要素を並列に接続するスイッチング手段と、 前記第1の要素がプログラムされたかどうかを決定する
    手段とを設けてなることを特徴とするプログラム可能記
    憶装置。
  3. 【請求項3】 複数の第2の要素と、 前記第2の要素のプログラミングを許容するため、複数
    の第3の制御信号に応答して前記第2の要素を直列に接
    続し、かつ複数の第4の制御信号に応答して前記第2の
    要素を並列に接続する第2のスイッチング手段とを更に
    設け、 前記決定手段が、前記第1および第2の要素のうちの少
    なくとも1つがプログラムされたかどうかを決定する手
    段を含むことを特徴とする請求項2記載のプログラム可
    能記憶装置。
  4. 【請求項4】 第2の要素を更に設け、前記決定手段
    が、前記第1の要素に跨る第1の電圧降下を前記第2の
    要素に跨る第2の電圧降下と比較する手段を含むことを
    特徴とする請求項2記載のプログラム可能記憶装置。
  5. 【請求項5】 冗長プログラミング用プログラム可能記
    憶素子を備えた半導体デバイスにおいて、 複数の第1の抵抗と、 複数の第2の抵抗と、 予め定めた閾値電流より大きいかこれと等しい大きさを
    有しかつ予め定めた期間より長いパルス幅を有するプロ
    グラミング電流を用いて前記第1の抵抗のプログラミン
    グを可能にするため、複数の第1の制御信号に応答して
    前記第1の抵抗を直列に接続し、かつ複数の第2の制御
    信号に応答して前記抵抗を並列に接続する複数の第1の
    トランジスタと、 前記プログラミング電流を用いて前記第2の抵抗のプロ
    グラミングを可能にするため、複数の第3の制御信号に
    応答して前記第2の抵抗を直列に接続し、かつ複数の第
    4の制御信号に応答して前記第2の抵抗を並列に接続す
    る複数の第2のトランジスタと、 ラッチを生じるように接続され、前記第1の抵抗に跨る
    第1の電圧降下を前記第2の抵抗に跨る第2の電圧降下
    と比較して、前記第1の抵抗および前記第2の抵抗のう
    ちの少なくとも一方がプログラムされたかどうかを決定
    する複数の第3のトランジスタとを設けてなることを特
    徴とする半導体デバイス。
  6. 【請求項6】 半導体デバイスを冗長プログラミングす
    る方法において、 印加された予め定めた閾値電流に応答して第2の電圧降
    下に減少し得る第1の電圧降下を有する複数の抵抗を提
    供し、 複数の第1の制御信号に応答して前記抵抗を直列に接続
    し、 第1のプログラミング状態および第2のプログラミング
    状態にそれぞれ対応する、前記第1および第2の電圧降
    下のうちの1つを検出し、 前記抵抗を前記第1のプログラミング状態から前記第2
    のプログラミング状態へ変化させることが要求される
    時、前記抵抗に対する前記予め定めた閾値電流の印加を
    可能にするため、複数の第2の制御信号に応答して該抵
    抗を並列に接続するステップを含むことを特徴とする方
    法。
  7. 【請求項7】 プログラム可能ポリシリコン手段と、 比較手段と、 前記プログラム可能ポリシリコン手段と前記比較手段と
    の間に配置されて、その間の抵抗の差を検出する検出手
    段と、 抵抗値を離散量だけ減少させるに充分な電流を通すこと
    により、前記プログラム可能ポリシリコン手段をプログ
    ラミングする手段と、 前記検出手段と接続されて、前記プログラム可能ポリシ
    リコン手段が前記比較手段より大きな抵抗値を有するな
    らば第1の信号を生じ、前記比較手段が前記プログラム
    可能ポリシリコン手段より大きな抵抗を有するならば第
    2の信号を生じる出力手段とを設けてなることを特徴と
    するメモリー要素。
  8. 【請求項8】 前記プログラム可能ポリシリコン手段
    が、プログラミングに先立ち前記比較手段より大きな抵
    抗を有することを特徴とする請求項7記載のメモリー要
    素。
  9. 【請求項9】 前記プログラム可能ポリシリコン手段お
    よび前記比較手段が、プログラミングに先立ち実質的に
    等しい抵抗値を有することを特徴とする請求項7記載の
    メモリー要素。
  10. 【請求項10】 前記検出手段が交差接続されたラッチ
    を含むことを特徴とする請求項7記載のメモリー要素。
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