JPS6127840B2 - - Google Patents

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JPS6127840B2
JPS6127840B2 JP13668574A JP13668574A JPS6127840B2 JP S6127840 B2 JPS6127840 B2 JP S6127840B2 JP 13668574 A JP13668574 A JP 13668574A JP 13668574 A JP13668574 A JP 13668574A JP S6127840 B2 JPS6127840 B2 JP S6127840B2
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JP
Japan
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base
transistor
memory cell
transistors
junction
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JP13668574A
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Japanese (ja)
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JPS5161743A (en
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Akisuke Mori
Kuniaki Makabe
Toshitaka Fukushima
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体記憶装置、特にプログラム可能
読出専用の半導体記憶装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor memory device, and particularly to a programmable read-only semiconductor memory device.

プログラム可能の読出専用半導体記憶装置
PROM(Programmable Read Only Memory)
には、ヒユーズ型や接合破壊型等があり、多量生
産した後に、使用目的に応じて情報を書込んで、
読出専用として用いるものである。接合破壊型は
PN接合を書込電流によつて破壊するものであ
り、通常半導体基板上のエピタキシヤル層内に記
憶セルをマトリツクス状に形成すると共に、周辺
回路のトランジスタも形成するものである。従つ
てベース拡散の深さは周辺回路のトランジスタも
記憶セルも同じものであつた。そしてこのベース
拡散の深さは、周辺回路におけるトランジスタの
特性を重視してベース幅が小となるように設計さ
れるものであるから、記憶セル用トランジスタに
おいては書込時にエミツタ・ベース間のPN接合
のみでなく、ベース・コレクタ間のPN接合まで
も破壊される場合がある。又第1図に示す構成に
於いて、記憶セルCL1〜CL6のうち既に記憶セ
ルCL2,CL4が書込みによつてベース・エミツ
タのPN接合が破壊されている場合、記憶セルCL
1を選択して書込みを行なうとき、線X1,Y1
間に書込電流を流しても、記憶セルCL5がサイ
リスタ作用によつて導通状態になることがあり、
それによつて矢印方向に電流が流れるので、選択
した記憶セルCL1への書込みができないことに
なる。
Programmable read-only semiconductor memory device
PROM (Programmable Read Only Memory)
There are fuse types and bond breaking types, and after mass production, information is written in according to the purpose of use.
It is used for reading only. The junction destruction type is
The PN junction is destroyed by a write current, and memory cells are usually formed in a matrix in an epitaxial layer on a semiconductor substrate, as well as transistors in peripheral circuits. Therefore, the base diffusion depth was the same for both peripheral circuit transistors and memory cells. The depth of this base diffusion is designed so that the base width is small with emphasis on the characteristics of the transistor in the peripheral circuit, so in memory cell transistors, the PN between the emitter and the base is Not only the junction but also the PN junction between the base and collector may be destroyed. In addition, in the configuration shown in FIG. 1, if the base-emitter PN junction of memory cells CL2 and CL4 among memory cells CL1 to CL6 has already been destroyed by writing, the memory cell CL
When selecting 1 and writing, the lines X1, Y1
Even if a write current is passed between them, memory cell CL5 may become conductive due to the thyristor action.
As a result, a current flows in the direction of the arrow, making it impossible to write to the selected memory cell CL1.

これは、エピタキシヤル層を共通コレクタ兼行
Y線として、その共通コレクタ内に複数の記憶セ
ルを構成するための領域及びエミツタ領域複数を
配設するのが普通であり(例えば特開昭47−2760
号参照)、その結果隣接セルのベース領域同志と
その間の共通コレクタ領域部とによつて、寄生ト
ランジスタ作用が生じることによるものである。
例えば第2図に示すサイリスタの等価回路で示さ
れるPNPのトランジスタQ2が記憶セルCL4と
記憶セルCL5との間の寄生トランジスタで構成
される一方、Q1が記憶セルCL5としてのNPN
のトランジスタで構成され、そしてトランジスタ
Q1,Q2の電流利得の和が1に等しいときに、
PNPNの4層ダイオードとしてのスイツチング動
作が生じるもので、これが前述のサイリスタ作用
となつて現われる。その場合の寄生サイリスタ作
用による導通電圧は、記憶セル書込に要するエミ
ツタ・ベース逆方向降伏電圧(例えば7V位)と
ベース・コレクタ順方向電圧(0.7V位)の和よ
りずつと低くなり、書込電流はほぼ全部側路され
てしまう。
In this case, it is common practice to use the epitaxial layer as a common collector and row Y line, and to arrange a plurality of regions for configuring a plurality of memory cells and a plurality of emitter regions in the common collector.
As a result, a parasitic transistor effect occurs due to the base regions of adjacent cells and the common collector region between them.
For example, the PNP transistor Q2 shown in the thyristor equivalent circuit shown in FIG.
When the sum of the current gains of transistors Q1 and Q2 is equal to 1,
A switching action occurs as a PNPN four-layer diode, and this appears as the thyristor action described above. In this case, the conduction voltage due to the parasitic thyristor action becomes lower than the sum of the emitter-base reverse breakdown voltage (for example, about 7V) and the base-collector forward voltage (about 0.7V) required for writing to the memory cell. Almost all of the incoming current is bypassed.

従つて従来のPROMに於いては、所望の情報を
確実に書込むことができない場合が生じる欠点が
あつた。
Therefore, conventional PROMs have the disadvantage that desired information cannot be reliably written in some cases.

本発明は前述の如き欠点を改善した新規な発明
であり、その目的は、周辺回路トランジスタの特
性を犠性にすることなしに、前述の如きサイリス
タ作用を抑制して確実な書込みが可能な半導体記
憶装置を提供することにある。
The present invention is a novel invention that improves the above-mentioned drawbacks, and its purpose is to suppress the thyristor action as described above without sacrificing the characteristics of the peripheral circuit transistors, thereby making it possible to reliably write to a semiconductor. The purpose is to provide a storage device.

その目的を達成する為、本発明の半導体記憶装
置は、一導電型半導体基板上の反対導電型エピタ
キシヤル層内に、記憶セルを構成するトランジス
タ複数と周辺回路のトランジスタとを形成して成
る接合破壊型のプログラム可能読出専用の半導体
記憶装置に於いて、記憶セルを構成するトランジ
スタのベースの深さを、周辺回路を構成するトラ
ンジスタのベースの深さよりも深く形成したこと
を特徴とするものであり、以下実施例について詳
細に説明する。
In order to achieve this object, the semiconductor memory device of the present invention provides a junction structure in which a plurality of transistors constituting a memory cell and transistors of a peripheral circuit are formed in an epitaxial layer of an opposite conductivity type on a semiconductor substrate of one conductivity type. A destructive programmable read-only semiconductor memory device characterized in that the base depth of a transistor constituting a memory cell is formed deeper than the base depth of a transistor constituting a peripheral circuit. Examples are described below in detail.

第3図は本発明の実施例の要部説明図であり、
P型の半導体基板1上にN型のエピタキシヤル層
2を形成し、このエピタキシヤル層2にトランジ
スタを形成するものであり、3は素子分離のP型
拡散領域、C1,B1,E1は周辺回路のトラン
ジスタのコレクタ、ベース、エミツタ、C2,B
2,E2は記憶セルのトランジスタのコレクタ、
ベース、エミツタを示し、周辺回路のトランジス
タはベース・コレクタの耐圧及び電流増幅率の開
係で、例えばそのベースB1の深さは2〔μ〕で
あり、記憶セルのトランジスタのベースの深さは
それよりも深く例えば3〔μ〕とする。図示しな
いが記憶セル用トランジスタ列は行線用共通コレ
クタ領域C2内にベース、エミツタを複数配列し
てアレイ状に構成してあることは従来の斯種記憶
装置一般と全く同じである。
FIG. 3 is an explanatory diagram of main parts of an embodiment of the present invention,
An N-type epitaxial layer 2 is formed on a P-type semiconductor substrate 1, and a transistor is formed in this epitaxial layer 2. 3 is a P-type diffusion region for element isolation, and C1, B1, and E1 are peripheral regions. Circuit transistor collector, base, emitter, C2, B
2, E2 is the collector of the transistor of the memory cell,
The base and emitter are shown, and the transistors in the peripheral circuit have a base-collector breakdown voltage and current amplification ratio.For example, the depth of the base B1 is 2 [μ], and the base depth of the memory cell transistor is For example, the depth is set to 3 [μ]. Although not shown, the memory cell transistor column is configured in an array with a plurality of bases and emitters arranged in the row line common collector region C2, which is exactly the same as in general conventional memory devices of this type.

このような構成にすることにより、記憶セルの
トランジスタの電流増幅率hFEを下げることがで
きるので、第2図に示した回路の寄生PNPトラン
ジスタと記憶セル用トランジスタの電流利得の和
が1より小さくなり、第1図について説明したよ
うなサイリスタ導通による書込電流の側路が生じ
なくなり、従つて隣接の記憶セルが既に書込れた
状態に於いても、確実な書込みが可能となる。又
書込電流によりエミツタE2とベースB2との接
合を破壊してもベースB2・コレクタC2接合は
破壊時の発熱の影響が小さく破壊され難いものと
なるので、読出専用の半導体記憶装置の信頼性を
向上することができる。
With this configuration, the current amplification factor h FE of the memory cell transistor can be lowered, so that the sum of the current gain of the parasitic PNP transistor and the memory cell transistor in the circuit shown in Figure 2 is less than 1. As a result, write current bypass due to thyristor conduction as explained with reference to FIG. 1 does not occur, and therefore reliable writing is possible even in a state where adjacent memory cells have already been written. Furthermore, even if the junction between emitter E2 and base B2 is destroyed by a write current, the base B2/collector C2 junction is less affected by the heat generated at the time of destruction and is less likely to be destroyed, which improves the reliability of the read-only semiconductor memory device. can be improved.

第4図は縦軸に電流増幅率hFEを示して、書込
試験を通過したものと、しなかつたものとの分布
を示すものであり、a1,a2は従来例のベース
の深さを約1.8〔μ〕とした場合の合格と不合格
との分布をそれぞれ示し、hFEが高に為に寄生ト
ランジスタが影響して書込歩留は約57〔%〕であ
つた。又b1,b2は本発明の実施例によるもの
で、ベースの深さを2.4〔μ〕とした場合の合格
と不合格との分布をそれぞれ示し、hFEが低くな
つたことにより書込歩留は約89〔%〕であつた。
即ち本発明の如く記憶セルのトランジスタのベー
スを周辺回路のトランジスタのベースより深くす
ることによりhFEを下げ、それによつて書込みが
確実に行なわれることになるものである。
Figure 4 shows the current amplification factor h FE on the vertical axis, and shows the distribution of those that passed the writing test and those that did not, and a1 and a2 represent the base depth of the conventional example. The pass and fail distributions are shown when the value is about 1.8 [μ], and the writing yield was about 57 [%] due to the influence of the parasitic transistor due to the high hFE . Also, b1 and b2 are according to the embodiment of the present invention, and show the distribution of pass and fail when the base depth is 2.4 [μ]. was approximately 89%.
That is, as in the present invention, by making the base of the transistor in the memory cell deeper than the base of the transistor in the peripheral circuit, h FE is lowered, thereby ensuring that writing is performed.

既述の如く寄生サイリスタ作用による電流回り
込みを抑止するには、記憶セル用NPNトランジ
スタと隣接記憶セルの各ベース間寄生PNPトラン
ジスタ対の合計電流利得を1より小さくすればよ
く、その目的を達成するだけでよければ種々の方
策がある。寄生PNPトランジスタのhFEを下げて
もよい訳である。またhFEを下げるには、上記実
施例のようにベース深さを大とすることのみでな
く、エミツタ深さを小とする、エミツタ・ベー
ス・コレクタの各不純物濃度の関係を調整する、
エミツタ・コレクタの対向面積を変える等種々の
方策が可能である。しかしこれらいずれの方策
も、上記実施例の如く記憶セル用トランジスタの
ベースを周辺回路トランジスタのベースより深く
する方策と比べると、実用性は全くない。即ち、
先ず不純物濃度の関係を調整するという方策は、
接合の降伏電圧等トランジスタの他の特性に及ぼ
す影響が大であり、変化させ得る幅が狭く効果は
あまりない。記憶セル・トランジスタのエミツタ
を浅くすることは、書込み動作時以外の通常動作
時においても電極金属のエミツタ領域中への合金
化によつてエミツタ・ベース接合破壊を生じる事
態を招くことになり、高速動作のために既に限界
近くまで浅くされているエミツタをこれ以上浅く
することはこのエミツタ・ベース接合破壊を頻発
することから無理である。記憶セル・トランジス
タ又は寄生PNPトランジスタのエミツタ・コレク
タ対向面積を変化させることは、高集積密度化の
ために最密配例パターンとなつている記憶セル・
トランジスタの形状乃至配列パターンを変更する
ことにつながり、集積密度低下を必ずじてしま
う。寄生PNPトランジスタのベース幅拡大もその
FE減少に有効であるが、これは記憶セル・トラ
ンジスタ間隔の拡大を意味し、集積密度低下の悪
影響が非常に大きい。
As mentioned above, in order to suppress the current leakage due to the parasitic thyristor action, it is sufficient to make the total current gain of the NPN transistor for the storage cell and the parasitic PNP transistor pairs between the bases of the adjacent storage cells smaller than 1, and this purpose can be achieved. If that's all you need, there are various measures you can take. This means that the h FE of the parasitic PNP transistor can be lowered. In order to lower h FE , it is necessary not only to increase the base depth as in the above embodiment, but also to decrease the emitter depth and adjust the relationship between the emitter, base, and collector impurity concentrations.
Various measures are possible, such as changing the facing area of the emitter and collector. However, none of these measures is practical at all compared to the measure of making the base of the memory cell transistor deeper than the base of the peripheral circuit transistor as in the above embodiment. That is,
First, the strategy of adjusting the relationship between impurity concentrations is as follows:
It has a large effect on other characteristics of the transistor, such as the breakdown voltage of the junction, and the range in which it can be changed is narrow, so it is not very effective. Shallowing the emitter of a memory cell/transistor will lead to failure of the emitter-base junction due to alloying of the electrode metal into the emitter region even during normal operation other than during write operations. It is impossible to make the emitter shallower, which has already been shallowed to near the limit for operation, because this emitter-base junction breakdown will occur frequently. Changing the emitter-collector opposing area of a memory cell transistor or a parasitic PNP transistor is effective in improving memory cell transistors, which have a close-packed pattern for higher integration density.
This leads to changes in the shape or arrangement pattern of transistors, which inevitably leads to a reduction in integration density. Increasing the base width of the parasitic PNP transistor is also effective in reducing hFE , but this means increasing the storage cell-to-transistor spacing, which has a very large negative effect on lowering the integration density.

このように、本発明の如く記憶セル・トランジ
スタのベースを周辺回路トランジスタより深くす
る方策以外にも、寄生サイリスタ作用による悪影
響抑止のためには様々な策があるが、いずれも本
発明と比較すると実用性には乏しい。更に本発明
の如くすれば、書込み時にベース・コレクタ接合
まで破壊される誤動作も防止できる効果も生じ
る。本発明において記憶セル・トランジスタのベ
ース深さを周辺回路トランジスタとの比較におい
て期定する理由は、実際的にはPROMでは同一エ
ピタキシヤル層内に両トランジスタが作り込まれ
るからであり、書込後は単なるダイオードアレイ
として機能する記憶セルアレイに比べて、周辺回
路トランジスタはベース・コレクタ接合近傍の特
性がトランジスタ特性に効いて来るため、コレク
タ底面にあまり近づけることができないからであ
る。更にまた、周辺回路トランジスタでは動作速
度向上の要求からベースを可及的に浅くする必要
があるからでもある。逆に、記憶セル・トランジ
スタのベースが周辺回路トランジスタのベースと
同等の深さ乃至はより浅い場合でも、例えば隣接
セル間隔を十分広げれば寄生サイリスタ作用によ
る書込不良は抑止できるが、これは集積密度が著
しく低くなるので非現実的であることは既述の如
くである。即ち、両トランジスタのベース深さを
本発明の如くに規定するのは、書込み不良の防止
のみならず、書込み時のベース・コレクタ接合破
壊防止、通常動作時におけるエミツタ・ベース接
合破壊防止、周辺回路トランジスタの動作速度向
上及びコレクタ耐圧確保、集積密度向上等の様々
な目的を達成するうえで、最も優れた効果が得ら
れるためである。
In this way, in addition to the method of making the base of the memory cell transistor deeper than the peripheral circuit transistor as in the present invention, there are various methods for suppressing the adverse effects caused by the parasitic thyristor action, but none of them compare with the present invention. It lacks practicality. Furthermore, according to the present invention, it is possible to prevent malfunctions in which even the base-collector junction is destroyed during writing. The reason why the base depth of the memory cell transistor is determined in comparison with the peripheral circuit transistor in the present invention is that in practice, in PROM, both transistors are built in the same epitaxial layer, and after writing This is because, compared to a memory cell array that functions simply as a diode array, peripheral circuit transistors cannot be placed very close to the bottom of the collector because the characteristics near the base-collector junction affect the transistor characteristics. Furthermore, it is also necessary to make the base of peripheral circuit transistors as shallow as possible in order to improve operating speed. Conversely, even if the base of the memory cell/transistor is as deep as or shallower than the base of the peripheral circuit transistor, write failures due to parasitic thyristor action can be suppressed by sufficiently widening the spacing between adjacent cells, but this As mentioned above, this is unrealistic since the density becomes extremely low. In other words, the reason why the base depths of both transistors are defined as in the present invention is not only to prevent writing failures, but also to prevent base-collector junction breakdown during writing, emitter-base junction breakdown during normal operation, and peripheral circuits. This is because the most excellent effect can be obtained in achieving various objectives such as improving the operating speed of the transistor, securing the collector breakdown voltage, and increasing the integration density.

以上説明したように、本発明は接合破壊型のプ
ログラム可能の半導体記憶装置に於いて、記憶セ
ルを構成するトランジスタのベースを周辺回路を
構成するトランジスタのベースより深くすること
により、集積密度や動作速度に対する悪影響を最
小限に止めながら、記憶セルを構成するトランジ
スタのhFEを下げ、それによつてサイリスタ作用
による書込電流の回り込みが阻止されるので書込
みが確実になる利点がある。又前述の如く記憶セ
ルを構成するトランジスタのベース・コレクタ接
合の破壊が防止されるので信頼性を向上すること
ができる利点がある。
As explained above, the present invention improves integration density and operation by making the bases of transistors constituting memory cells deeper than the bases of transistors constituting peripheral circuits in a junction-destructive programmable semiconductor memory device. This has the advantage of lowering the h FE of the transistors constituting the memory cell while minimizing the adverse effect on speed, thereby preventing the write current from flowing around due to the thyristor action, thereby ensuring reliable writing. Further, as described above, since the base-collector junction of the transistor constituting the memory cell is prevented from being destroyed, there is an advantage that reliability can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は書込時のサイリスタ作用による回り込
み電流の説明図、第2図は記憶セルの寄生トラン
ジスタを含む等価回路、第3図は本発明の実施例
の要部説明図、第4図は従来例と本発明の実施例
とのhFEによる書込合格、不合格の分布説明図で
ある。
FIG. 1 is an explanatory diagram of the bypass current due to thyristor action during writing, FIG. 2 is an equivalent circuit including a parasitic transistor of a memory cell, FIG. 3 is an explanatory diagram of the main part of an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram of the distribution of write passes and fails by h FE in the conventional example and the embodiment of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 一導電型半導体基板上の反対導電型エピタキ
シヤル層内に、記憶セルを構成するトランジスタ
複数と周辺回路のトランジスタとを形成して成る
接合破壊型のプログラム可能読出専用の半導体記
憶装置に於いて、記憶セルを構成するトランジス
タのベースの深さを、周辺回路のトランジスタの
ベースの深さよりも深く形成したことを特徴とす
る半導体記憶装置。
1. In a junction-destructive programmable read-only semiconductor memory device in which a plurality of transistors constituting a memory cell and peripheral circuit transistors are formed in an epitaxial layer of an opposite conductivity type on a semiconductor substrate of one conductivity type. A semiconductor memory device characterized in that the base depth of a transistor constituting a memory cell is deeper than the base depth of a transistor in a peripheral circuit.
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