JPH07307389A - 半導体集積回路のヒューズ素子 - Google Patents

半導体集積回路のヒューズ素子

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JPH07307389A
JPH07307389A JP10891195A JP10891195A JPH07307389A JP H07307389 A JPH07307389 A JP H07307389A JP 10891195 A JP10891195 A JP 10891195A JP 10891195 A JP10891195 A JP 10891195A JP H07307389 A JPH07307389 A JP H07307389A
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transistor
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で集積性に優れ、信頼性の高いヒューズ
素子を提供する。 【構成】 電流源10から電流を受ける電気容断可能な
ヒューズFiと、ヒューズFiを介して流れる電流を接
地へ流すバイポーラトランジスタBTiと、ヒューズ切
断動作でトランジスタBTiのベース−エミッタ間に順
方向バイアスを提供するヒューズ選択用のMOSトラン
ジスタSTiと、トランジスタBTiに対し並列接続さ
れ、記憶したデータの読取り時に選択的にONする読取
用のMOSトランジスタRTiと、を備えたヒューズ素
子とする。バイポーラトランジスタの電流増幅作用によ
り、コレクタ端子を通じて接地へ流れる電流はトランジ
スタSTiを通じて流れるベース電流より多くなる。従
ってトランジスタSTiを小さくしても十分大きな切断
電流を流すことができる。データ読取動作ではトランジ
スタSTiはOFF、トランジスタRTiは選択的にO
Nとされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路(IC)
に関し、特に、特定データの記憶を行なうために電気溶
断可能なヒューズを備えたヒューズ素子に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路には、特定のデータを記
憶するための手段としてヒューズ素子が広く使用されて
いる。即ち、例えばメモリの場合には、不良救済用冗長
回路における不良発生アドレスを記憶する手段や、或い
は、所定のテストモードを指定するための選択手段……
等々として用いられている。このようなヒューズ素子
は、そのヒューズの切断状態、即ち回路の電気的切断状
態に応じて、特定の入力に対し指定された出力を発生す
るように動作する。
【0003】ヒューズ素子のヒューズ切断方法としては
現在、レーザビームを照射して切断するレーザビーム切
断、そして、溶断用電流を流して切断する電気切断法が
代表的である。前者のレーザビーム切断法は、ウェーハ
状態等のヒューズ素子が露出している状態でのみ適用可
能で、パッケージ終了後には適用できないという不具合
があり、従って後者の、パッケージ後でもヒューズ切断
可能な電気切断法が、より一般的に現在用いられてい
る。
【0004】図6に、半導体メモリの冗長プリデコーダ
における不良発生アドレスの記憶手段として用いられる
ヒューズ素子を一例として示し、従来のヒューズ素子に
ついて具体的に説明する。
【0005】最終出力信号Voutを発生するノードN
1は、電流源として動作するpチャネルMOSトランジ
スタ10を通じて昇圧電圧Vppを受け、そして並列接
続関係にあるn個のヒューズ素子12を介して接地電圧
Vssへ接地される。pチャネルMOSトランジスタ1
0のゲート端子に印加される制御信号φバーRは、ヒュ
ーズ素子12にデータを記憶するプログラムモードと、
ヒューズ素子12に記憶したデータに従って出力信号V
outを発生するデコードモードとにおいて論理“ロ
ウ”にエネーブルされる。尚、昇圧電圧Vppは、メモ
リの電源電圧Vccをチャージポンプ等を使用して所定
レベル昇圧して得るものである。
【0006】各ヒューズ素子12は、直列接続されたヒ
ューズFi(i=1〜n)及び選択トランジスタSiで
構成される。そして、nチャネルMOSFETからなる
各選択トランジスタSiのゲート端子には、それぞれ対
応するヒューズ選択信号Giが入力される。勿論、n個
のヒューズ素子12はすべて同じ構成を有する。
【0007】この例のヒューズ切断動作について、ヒュ
ーズF1をもつヒューズ素子12を代表的に説明する。
即ち、この選択対象のヒューズ素子12に対応するヒュ
ーズ選択信号G1を論理“ハイ”、例えば昇圧電圧Vp
pのレベルで供給して選択トランジスタS1をONさせ
ると、ノードN1−ヒューズF1−選択トランジスタS
1を通じて接地電圧Vssへ切断電流が流れる。このと
き、例えばヒューズF1が200〜300Ωの抵抗をも
つポリシリコンヒューズであれば、これを溶断するため
には1300℃以上の温度が必要となる。そこで、昇圧
電圧Vppを10V以上で供給し、150mA程度のピ
ーク電流値を有する切断電流がヒューズF1を通じて流
れるようにすると、ヒューズF1の抵抗が初期値より1
/5程度低くなるのでヒューズF1を流れる電流が多く
なり、この切断電流によって発生する温度でヒューズF
1を溶断できる。
【0008】この溶断に際してヒューズF1に切断電流
を十分流すのに必要な電流駆動能力を得るための、選択
トランジスタS1のサイズ(チャネル幅・長)を計算し
てみる。ゲート酸化膜の厚さが200Åで、移動度(mo
bility)が450cm2 /V・Sとするとき、飽和領域
で動作するトランジスタの駆動電流Idを求めるための
下記数式1において、ボディー効果まで考慮したしきい
値電圧VT が2.5Vの場合、選択トランジスタS1の
チャネルサイズ(W/L)は100以上でなければなら
ないことが分かる。従って、トランジスタがかなり大き
くならざるを得ず、この従来例のヒューズ素子12は高
集積化に向いているとはいえない。
【数1】 Id=μCox(W/L)(1/2)(VGS−VT 2
【0009】また、図6に示すヒューズ素子12は、ヒ
ューズ切断、即ちプログラムが完了した後、通常のメモ
リ読出/書込動作において記憶データの読取動作を行う
デコードモードでも大きな選択トランジスタSiを介し
て電流を流すので、プログラム時に切断しなかったヒュ
ーズが切れて誤動作を誘発してしまう、という問題点を
有している。これを解決するため提案されているヒュー
ズ素子の例を図7に示す。この図7に示すのも図6と同
様、メモリの冗長プリデコーダにおける場合の例であ
る。
【0010】この例のヒューズ素子14も上記従来例同
様に、ノードN1と接地電圧Vss端との間に並列接続
されたn個のヒューズ素子14を有している。そして、
各ヒューズ素子14は、ヒューズFi(i=1〜n)
と、互いに並列接続関係にある選択トランジスタSi及
び読取トランジスタRiと、から構成されている。選択
トランジスタSiの動作は上記図6の場合の動作と同様
である。但し、この例の場合には、メモリの読出/書込
動作に際するデコードモードで、選択トランジスタSi
はOFFに保たれる。
【0011】一方、読取トランジスタRiは、記憶デー
タを読取るデコードモードにおいて、対応するアドレス
信号Aiがゲート端子に印加されることで、ヒューズF
iを通じて接地電圧Vssへ流れる電流を制御する手段
として動作する。ヒューズ切断時に使用されないことか
ら、この読取トランジスタRiの電流駆動能力は小さく
てよいので、上記従来例に比べてデコードモードでヒュ
ーズFiに流れる読取電流を少なくすることができる。
従って、ヒューズ誤切断の可能性がほぼなくなり、ヒュ
ーズ素子14の信頼性が向上する。
【0012】しかしながら、この図7に示すヒューズ素
子14は、誤動作防止という信頼性の点は改善している
ものの、切断電流を駆動するための選択トランジスタS
iのサイズは図6と同じくそのままで、加えて読取トラ
ンジスタRiを設けているため、集積性については問題
点が残されている。
【0013】これを改善するために、MOSトランジス
タ形成で副次的に構成される寄生バイポーラトランジス
タを、切断電流を駆動するために併用し、それによりヒ
ューズ素子の面積を小さくする技術が、1986年のR
ungの米国特許第4,605,872号に開示されて
いる。この特許では、半導体基板とウェルで形成される
2個の寄生バイポーラトランジスタを駆動させ、そのラ
ッチアップ(latch-up)現象を用いた電流増幅、又は、
ウェル−基板−トランジスタの接合(junction)を利用
した寄生バイポーラトランジスタを駆動させての電流増
幅、を利用してヒューズ切断を行うヒューズ素子の技術
が開示されている。
【0014】しかし、このヒューズ素子を用いる場合に
は、副次的に生成される寄生バイポーラトランジスタを
付加的に併用するので、寄生バイポーラトランジスタの
増幅特性を維持するために基板濃度とウェル濃度をそれ
に合わせて調節しなければならず、基板濃度及びウェル
濃度を典型的なCMOSウェルとしての濃度に維持する
ことが難しいという改善点がある。また特に、基板−ウ
ェル−トランジスタの接合を利用した単(single)寄生
バイポーラトランジスタの場合、ベース幅として作用す
るウェルの深さを浅く調節しなければ良好な増幅特性を
得られないので、製造工程が難しくなる。更に、ラッチ
アップ現象を用いる場合、接地電圧へ接地される複数個
のヒューズ形成のために複数の接地線乃至は別途の素子
が必要となり、結局、集積性に影響するし、ラッチアッ
プ現象は他の半導体素子の動作信頼性に関わってくるの
で、できればラッチアップ現象が生じないようにする方
が好ましい。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来技術
に着目して本発明では、小型で集積性に優れ、信頼性の
高いヒューズ素子の提供を目的とする。また、比較的容
易に製造でき、信頼性に優れるバイポーラトランジスタ
を用いたヒューズ素子の提供を目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】このような目的のために
本発明は、電流を流すことで選択的に電気的切断可能と
され、その電気的切断状態により所定のデータを記憶す
るヒューズ素子について、電流源から電流を受ける電気
容断可能なヒューズと、該ヒューズを介して流れる電流
をコレクタ−エミッタ間を通じて接地へ流すバイポーラ
トランジスタと、該バイポーラトランジスタのベース−
エミッタ間にチャネルを介して順方向バイアスを提供す
るMOSトランジスタと、を備えた構成とすることを特
徴とする。
【0017】そして、このようなヒューズ素子におい
て、バイポーラトランジスタに対しチャネルが並列接続
され、記憶したデータの読取り時に選択的にONする第
2のMOSトランジスタを更に設ける、或いは、ヒュー
ズのバイポーラトランジスタ接続側とバイポーラトラン
ジスタのベース端子との間に抵抗を接続した構成とする
ことを特徴とする。
【0018】また、電流を流すことで選択的に電気的切
断可能とされ、その電気的切断状態により所定のデータ
を記憶するヒューズ素子について、電流源からの電流を
コレクタ−エミッタ間を通じて流すバイポーラトランジ
スタと、該バイポーラトランジスタのベース−エミッタ
間にチャネルを介して順方向バイアスを提供するMOS
トランジスタと、前記バイポーラトランジスタを介して
流れる電流を受けるヒューズと、を備えた構成とするこ
とを特徴とする。
【0019】上記のような各ヒューズ素子においては、
バイポーラトランジスタを、エミッタ端子から電流を受
けるpnp形バイポーラトランジスタとし、該バイポー
ラトランジスタのベース−エミッタ間に順方向バイアス
を提供するMOSトランジスタを、チャネルの一端を接
地させたnチャネルMOSトランジスタとするとよい。
【0020】即ち、この発明のヒューズ素子では、バイ
ポーラトランジスタを独立要素として形成し、このバイ
ポーラトランジスタの制御素子としてMOSトランジス
タを用いるようにしている。
【0021】このようなヒューズ素子のより具体的な構
成としては、電流源に接続されて出力信号を発生するノ
ードに対し接続して使用され、前記電流源から供給され
る電流により選択的に電気的切断されて所定のデータを
記憶するヒューズ素子であり、前記ノードに一端が接続
される電気溶断可能なヒューズと、該ヒューズの他端と
接地端との間に接続され、活性化信号に応答して予め設
定された増幅率の増幅電流を前記ヒューズを通じて流す
ことでヒューズの電気溶断を行うバイポーラトランジス
タと、切断用ヒューズ選択信号に応答してチャネルを通
じて電流を流し、該電流を前記活性化信号としてバイポ
ーラトランジスタのベース端子へ提供する第1のMOS
トランジスタと、読取用ヒューズ選択信号に応答して前
記ヒューズの他端から接地端へ電流路を形成する第2の
MOSトランジスタと、を備えるものとする。
【0022】また、電圧レベルを選択可能な電圧源に接
続されたノードに対し接続して使用され、前記電圧源か
ら供給される電流により選択的に電気的切断されて所定
のデータを記憶するヒューズ素子であり、前記ノードに
一端が接続された電気溶断可能なヒューズと、該ヒュー
ズの他端と接地端との間に接続され、活性化信号に応答
して予め設定された増幅率の増幅電流を前記ヒューズを
通じて流すことでヒューズの溶断を行うバイポーラトラ
ンジスタと、ヒューズ選択信号に応答してチャネルを通
じ電流を流し、該電流を前記活性化信号としてバイポー
ラトランジスタのベース端子へ提供するMOSトランジ
スタと、前記ヒューズの他端と前記バイポーラトランジ
スタのベース端子との間に接続された抵抗と、を備えて
なり、切断動作では、前記バイポーラトランジスタを通
じてヒューズ溶断可能な切断電流を流すことのできる第
1電圧を前記電圧源により前記ノードに供給し、そして
読取動作では、前記バイポーラトランジスタの活性化可
能な電圧より低く且つ前記ヒューズ及び前記抵抗を通じ
て読取電流を流すことのできる第2電圧を前記電圧源に
より前記ノードに供給するようにして使用するものとす
る。
【0023】或いは、切断電流を流すための第1電圧が
提供されるノードに接続して使用され、前記切断電流の
供給により電気的に切断されて所定のデータを記憶する
ヒューズ素子であり、前記ノードから電流を受ける電気
溶断可能なヒューズと、第1活性化信号に応答して前記
ヒューズを通じ接地端へ切断電流を流すことでヒューズ
溶断を行い、第2活性化信号に応答して前記ヒューズを
通じ接地端へ読取電流を流すように動作可能なバイポー
ラトランジスタと、切断動作では、第1電圧の切断用ヒ
ューズ選択信号に応答して前記バイポーラトランジスタ
のベース端子に第1活性化信号を供給し、読取動作で
は、第1電圧より低い第2電圧の読取用ヒューズ選択信
号に応答して前記バイポーラトランジスタのベース端子
に第2活性化信号を供給するMOSトランジスタと、を
備えるものとする。
【0024】或いはまた、切断電流を流すための第1電
圧と読取電流を流すための第2電圧とが提供されるノー
ドに接続して使用され、前記切断電流により電気的に切
断されて所定のデータを記憶するヒューズ素子であり、
切断電流の供給により電気溶断可能なヒューズと、該ヒ
ューズの一端と前記ノードとの間に接続され、ベース端
子に活性化信号が入力されるときに、前記第1電圧が提
供される場合には前記ヒューズを通じて接地端へ切断電
流を流してヒューズ溶断を行い、前記第2電圧が提供さ
れる場合には前記ヒューズへ読取電流を流すように動作
可能なバイポーラトランジスタと、切断動作では、切断
用ヒューズ選択信号に応答して前記バイポーラトランジ
スタのベース端子へ第1の活性化信号を入力し、読取動
作では、読取用ヒューズ選択信号に応答して前記バイポ
ーラトランジスタのベース端子へ第2の活性化信号を入
力するMOSトランジスタと、を備えるものとする。
【0025】このようなヒューズ素子を半導体基板に集
積するについて、本発明では、チャネル領域を間に挟ん
で離隔させて第1導電形半導体基板に形成した2つの第
2導電形不純物領域をドレイン及びソース端子とし、そ
して前記チャネル領域上に絶縁膜を介してゲート電極を
形成してMOSトランジスタを構成し、また、前記第2
導電形不純物領域の一方の不純物領域をベース端子と
し、そして該不純物領域内に形成した第1導電形不純物
領域及び第1導電形半導体基板をエミッタ及びコレクタ
端子としてバイポーラトランジスタを構成し、更に、電
流源と前記第1導電形不純物領域との間を接続するよう
にして、第1導電形半導体基板から絶縁させて延設しヒ
ューズを構成することを特徴とする。
【0026】以上のような本発明によるヒューズ素子の
作用効果等については、次に述べる実施例の説明から明
らかとなるであろう。
【0027】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を添付の図面を
参照して詳細に説明する。
【0028】図1の回路図に、本発明によるヒューズ素
子の一例として、半導体メモリの冗長プリデコーダに用
いた場合の実施例を示す。この冗長プリデコーダにおけ
るノードN1は、電流源としてスイッチ動作するpチャ
ネルMOSトランジスタ10を通じて昇圧電圧Vppを
受け、出力信号Voutを発生する。そして、このノー
ドN1は、互いに並列接続されたn個のヒューズ素子1
6を介して接地電圧Vssへ接地される。
【0029】各ヒューズ素子16は、一端がノードN1
に接続されたヒューズFi(i=1〜n)と、ヒューズ
Fiの他端にエミッタ端子が接続されると共にコレクタ
端子が接地されたバイポーラトランジスタBTiと、ゲ
ート端子に入力される切断用ヒューズ選択信号Giに応
じて動作し、バイポーラトランジスタBTiのベース端
子を接地電圧Vssへ接地させる選択トランジスタST
iと、ゲート端子に入力される、アドレスに基づく読取
用ヒューズ選択信号Ai(i=1〜n)に応じて動作
し、ヒューズFiの他端を接地させる読取トランジスタ
RTiと、から構成されている。読取トランジスタRT
iは、バイポーラトランジスタBTiに対し並列接続さ
れる。
【0030】図2に示す要部断面図は、図1に示すヒュ
ーズ素子16を半導体基板に集積したときの断面構造の
一例である。即ち同図には、読取トランジスタRTiを
除いた構成、ヒューズFi、バイポーラトランジスタB
Ti、そして選択トランジスタSTiの断面図が示して
ある。
【0031】選択トランジスタSTiは図2中のnチャ
ネルMOSトランジスタSTiで、そのドレイン端子及
びソース端子は、チャネル領域20を挟んで第1導電形
基板としてのp形半導体基板18に形成された第2導電
形不純物領域のn- 不純物領域22及びn+ 不純物領域
24から構成され、そしてそのゲート端子であるゲート
電極23は、チャネル領域20上にゲート絶縁膜を介し
て形成されている。更に、n- 不純物領域22内にはp
+ 不純物領域26が形成されており、このp+不純物領
域26がバイポーラトランジスタBTiのエミッタ端子
とされ、従って、n- 不純物領域22をベース端子、p
形半導体基板18をコレクタ端子としてpnpバイポー
ラトランジスタBTiが独立的に形成されている。
【0032】そして、絶縁層でp形半導体基板18等か
ら絶縁させるようにしてヒューズFiが延設されてい
る。このヒューズFiの一端は絶縁層に設けたコンタク
トホールを介して配線層28と接続され、またその他端
は絶縁層に設けた別のコンタクトホールを介して配線層
30と接続される。配線層30はp+ 不純物領域26へ
つながれている。配線層28は、切断電流又は読取電流
を供給する電流源(即ち、図1のノードN1を介してM
OSトランジスタ10のドレイン端子)へ接続される。
また、MOSトランジスタSTiのソース端子となるn
+ 不純物領域24に接続する配線層32が設けられてお
り、この配線層32が接地電圧Vssへ接地させてあ
る。
【0033】ヒューズFiは、予め設定された大きさの
電流によって溶断されるもので、例えばポリシリコン負
荷を利用して形成される。p+ 不純物領域26は、BF
2或いはホウ素(boron )を拡散させて1E20ions
/cm3 以上の不純物濃度を有するように形成し、また
- 不純物領域22は、燐或いはヒ素(arsenic )を注
入・拡散させて5E17〜5E18ions/cm3 の不純
物濃度を有するように形成する。
【0034】尚、この例においては、バイポーラトラン
ジスタBTiのコレクタ端子にp形半導体基板18を使
用しているが、n形基板でnチャネルMOSトランジス
タSTiを形成する場合等のp形ウェルを使用してもよ
いのは当然である(この場合のp形ウェルもp形半導体
基板と言える)。
【0035】これら図1、図2に示す実施例で、ヒュー
ズF1を切断する場合のプログラムモードを代表的に説
明する。ヒューズ切断動作でノードN1には、制御信号
バーREDの論理“ロウ”でONするpチャネルMOS
トランジスタ10により昇圧電圧Vppが供給されるの
で、選択対象のヒューズF1の一端には昇圧電圧Vpp
がかけられている。そして、対応する切断用ヒューズ選
択信号G1が電源電圧Vccのレベル(又は昇圧電圧V
ppのレベル)で供給されると選択トランジスタST1
がONし、それによりバイポーラトランジスタBT1の
ベース端子が接地電圧Vssへ接地され、ベース電流が
流れることになる。このときのバイポーラトランジスタ
BT1の動作について図2を参照してより詳細に説明す
る。
【0036】nチャネルMOSトランジスタST1のゲ
ート電極23に、切断用ヒューズ選択信号G1による導
通電圧が印加されると、チャネル領域20から電子がn
- 不純物領域22へ流入するので、これに従ってバイポ
ーラトランジスタBT1が活性化する。このとき、配線
層28、30及びヒューズF1を通じてバイポーラトラ
ンジスタBT1のp+ 不純物領域26(エミッタ端子)
に印加される昇圧電圧Vppにより、エミッタ−ベース
間は順方向バイアスされるので、バイポーラトランジス
タBT1は飽和領域で動作して電流増幅が起こる。ベー
ス電流をIB 、コレクタ電流をIC とするとき、バイポ
ーラトランジスタの電流増幅率hfeはIC /IB なの
で、電流増幅率hfeを10に設計した場合、コレクタ
端子(基板18)を通じて接地電圧Vssへ流れる電流
は、MOSトランジスタSTiを通じて流れるベース電
流の10倍となる。従ってMOSトランジスタSTiの
サイズを小さくしても、ヒューズ切断に十分な切断電流
を流すことができる。
【0037】次に、この実施例におけるデコードモード
について説明する。この場合、ノードN1には、論理
“ロウ”にエネーブルされる制御信号バーREDにより
pチャネルMOSトランジスタ10を介して昇圧電圧V
pp或いは電源電圧Vccが供給される。また、選択ト
ランジスタSTiの各ゲート端子に提供される切断用ヒ
ューズ選択信号Giはすべて論理“ロウ”の0V(基準
電位或いは接地電位)とされ、これにより、バイポーラ
トランジスタBTiのベース電流が抑止されてOFFと
なる。
【0038】そして、冗長に際して、ヒューズFiの切
断で記憶したデータに基づきアドレスのデコード、即ち
記憶データの読取動作を行うときには、読取用ヒューズ
選択信号Aiに応じて対応する読取トランジスタRTi
をONさせる。従って、ONした選択対象の読取トラン
ジスタRTiの接続しているヒューズFiがつながって
いれば、読取電流が流れてノードN1の電位が論理“ロ
ウ”へ遷移し、出力信号Voutは論理“ロウ”で出力
される。一方、対応するヒューズFiが切断されている
場合や、或いは読取用ヒューズ選択信号Aiに従って読
取トランジスタRTiのいずれもONされない場合に
は、ノードN1が昇圧電圧Vpp又は電源電圧Vccの
レベルを維持し、出力信号Voutは論理“ハイ”で出
力されることになる。当然ながら、読取トランジスタR
Tiのサイズは、前述の従来例のように小さくすること
が可能である。
【0039】以下、本発明によるヒューズ素子の他の実
施例を図3〜図5の各回路図に示して説明する。これら
各図に示すのは図1と同様に冗長プリデコーダに用いる
場合の例であり、n個のヒューズ素子16のうちの1つ
を代表的に示している。尚、図1と共通する部分には同
じ符号を付してある。
【0040】図3は、ヒューズF1のバイポーラトラン
ジスタ接地側であるバイポーラトランジスタBT1のエ
ミッタ端子とベース端子との間に抵抗R1を接続し、図
1の読取トランジスタRT1を除いた例である。この場
合のプログラムモードでは、十分な切断電流が供給され
得るように、ヒューズF1へ印加する電圧を、電源電圧
Vcc或いは電源電圧Vccを所定レベルへ昇圧した昇
圧電圧Vppの第1電圧とし、選択トランジスタST1
のゲート端子にもそれに対応する電圧を提供する。これ
により、バイポーラトランジスタBT1がエミッタ−ベ
ース間の順方向バイアスで飽和領域において動作し、上
述の図1のときと同様にバイポーラトランジスタBT1
の増幅作用によってヒューズF1の切断が行われる。
【0041】一方、デコードモードでは、ヒューズF1
に印加する電圧をバイポーラトランジスタBT1のビル
トイン(built-in)電圧以下の第2電圧として供給すれ
ば、バイポーラトランジスタBT1をOFFに保てる。
例えば、抵抗R1を105 Ωの値とし、バイポーラトラ
ンジスタBT1のビルトイン電圧を0.7Vとすると、
読取兼用の選択トランジスタST1(RT1)を通じて
流れる電流Iは0.7V/105 Ω、即ち7μAに設定
できる。従って、ヒューズF1がプログラムモードで切
断されたか否かを読取ることが可能であり、しかもこの
場合の読取電流は、ヒューズ切断に必要な電流に比べ非
常に少ないので、デコードモードでヒューズF1が切断
される可能性はほとんどない。以上から分かるように、
この例におけるヒューズFiへの電流源は、電圧レベル
の選択可能な電圧源とされる。
【0042】図4は、図3の回路から抵抗R1を除いた
例を示す。この例のプログラムモードでは、十分な切断
電流が供給され得るように、ヒューズF1へ印加する電
圧を電源電圧Vcc或いは昇圧電圧Vppの第1電圧と
し、選択トランジスタST1のゲート端子にもそれに対
応する電圧を供給して使用する。上記実施例と同様に、
バイポーラトランジスタBT1がエミッタ−ベース間の
順方向バイアスによって飽和領域で動作するので、バイ
ポーラトランジスタBT1の増幅作用によってヒューズ
F1が切断される。
【0043】一方、デコードモードでは、図3の実施例
のように電圧レベルを選択可能な電圧源を用いてヒュー
ズF1に印加する電圧を第2電圧へ低めて供給するか、
或いは、読取兼用の選択トランジスタST1(RT1)
のゲート端子へ提供するヒューズ選択信号G1をプログ
ラムモードのときより低い第2電圧で供給してバイポー
ラトランジスタBT1のベース電流を制御することによ
り、ヒューズF1を通じて流れる電流を制限し、ヒュー
ズF1の切断を防止することが可能である。
【0044】図5は、切断電流を流すための切断用印加
電圧を、バイポーラトランジスタBT1のエミッタ端子
に供給するようにした例である。バイポーラトランジス
タBT1のコレクタ端子はヒューズF1を介して接地電
圧Vssへ接地され、そしてベース端子は、ヒューズ選
択信号G1でゲート端子が制御される選択トランジスタ
ST1のチャネルを介して接地電圧Vssへ接地され
る。この例のヒューズ素子において、切断電流はバイポ
ーラトランジスタBT1のコレクタ電流だけである。
【0045】この例のプログラムモードでは、前記切断
用印加電圧とヒューズ選択信号G1を電源電圧Vcc或
いは昇圧電圧Vppの第1電圧とし、バイポーラトラン
ジスタBT1の増幅作用によって切断電流をヒューズF
1へ供給し、ヒューズ切断を行う。そしてデコードモー
ドでは、読取兼用の選択トランジスタST1(RT1)
のゲート端子に提供するヒューズ選択信号G1の電圧を
上記実施例のような第2電圧へ調整して当該選択トラン
ジスタST1(RT1)の抵抗を増やすと共にベース電
流を抑制し、コレクタ電流を少なくしてヒューズ切断を
防止するか、或いは、バイポーラトランジスタBT1の
エミッタ端子に供給する印加電圧を上記実施例のような
第2電圧へ低めてヒューズ切断を防止しつつ、読取を行
うことができる。
【0046】以上の実施例では、pnp構造のバイポー
ラトランジスタBTi及びnチャネルMOSFETの選
択トランジスタSTiを用いた構成を例として説明して
いるが、npnバイポーラトランジスタ及びpチャネル
MOSFETを利用することも可能である。即ち、例え
ばPMOSFETとした選択トランジスタを介してnp
nバイポーラトランジスタのベース端子へVpp又はV
ccを提供するようにして用いればよい。これについて
は詳しく説明するまでもなく理解できるであろう。ま
た、上記実施例以外にも、本発明のヒューズ素子は、独
立的に動作する単位セルやプログラム手段としてヒュー
ズ素子を利用する場合にも適用可能である。
【0047】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明によれば、
選択トランジスタによりバイポーラトランジスタのベー
ス電流を制御する構成としたことで、選択トランジスタ
を小型化して集積性を向上させることが可能であり、同
時に、ヒューズの誤切断発生を効果的に防止できるため
信頼性の高いヒューズ素子を提供可能である。また、バ
イポーラトランジスタを独立要素として形成し、選択ト
ランジスタを、バイポーラトランジスタのベース電流を
制御する手段として形成する構成としたので、バイポー
ラトランジスタを用いながらも比較的製造が容易であ
り、そして余分な素子やラッチアップ現象を必要とせず
にすみ、従来に比べ集積性に優れ、且つ信頼性の高いヒ
ューズ素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるヒューズ素子をメモリの冗長プリ
デコーダに適用した例を示す要部回路図。
【図2】図1に示すヒューズ素子の半導体基板における
断面構造を示す要部断面図。
【図3】本発明によるヒューズ素子の他の例を示す回路
図。
【図4】本発明によるヒューズ素子の他の例を示す回路
図。
【図5】本発明によるヒューズ素子の他の例を示す回路
図。
【図6】メモリの冗長プリデコーダに適用されたヒュー
ズ素子の従来例を示す要部回路図。
【図7】メモリの冗長プリデコーダに適用されたヒュー
ズ素子の別の従来例を示す要部回路図。
【符号の説明】
16 ヒューズ素子 18 p形半導体基板(コレクタ端子) 20 チャネル領域 22 n- 不純物領域(ドレイン端子・ベース端子) 23 ゲート電極(ゲート端子) 24 n+ 不純物領域(ソース端子) 26 p+ 不純物領域(エミッタ端子) 28,30,32 配線層 Fi(F1〜Fn) ヒューズ BTi(BT1〜BTn) バイポーラトランジスタ STi(ST1〜STn) 選択トランジスタ(NMO
SFET) RTi(RT1〜RTn) 読取トランジスタ(NMO
SFET) Gi(G1〜Gn) 切断用ヒューズ選択信号 Ai(A1〜An) 読取用ヒューズ選択信号

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電流を流すことで選択的に電気的切断可
    能とされ、その電気的切断状態により所定のデータを記
    憶するヒューズ素子であって、 電流源から電流を受ける電気容断可能なヒューズと、該
    ヒューズを介して流れる電流をコレクタ−エミッタ間を
    通じて接地へ流すバイポーラトランジスタと、該バイポ
    ーラトランジスタのベース−エミッタ間にチャネルを介
    して順方向バイアスを提供するMOSトランジスタと、
    を備えてなることを特徴とするヒューズ素子。
  2. 【請求項2】 バイポーラトランジスタに対し並列接続
    され、記憶したデータの読取り時に選択的にONする第
    2のMOSトランジスタを更に設けた請求項1記載のヒ
    ューズ素子。
  3. 【請求項3】 ヒューズのバイポーラトランジスタ接続
    側とバイポーラトランジスタのベース端子との間に抵抗
    を接続した請求項1記載のヒューズ素子。
  4. 【請求項4】 電流を流すことで選択的に電気的切断可
    能とされ、その電気的切断状態により所定のデータを記
    憶するヒューズ素子であって、 電流源からの電流をコレクタ−エミッタ間を通じて流す
    バイポーラトランジスタと、該バイポーラトランジスタ
    のベース−エミッタ間にチャネルを介して順方向バイア
    スを提供するMOSトランジスタと、前記バイポーラト
    ランジスタを介して流れる電流を受けるヒューズと、を
    備えてなることを特徴とするヒューズ素子。
  5. 【請求項5】 バイポーラトランジスタを、エミッタ端
    子から電流を受けるpnp形バイポーラトランジスタと
    し、該バイポーラトランジスタのベース−エミッタ間に
    順方向バイアスを提供するMOSトランジスタを、チャ
    ネルの一端を接地させたnチャネルMOSトランジスタ
    とした請求項1〜4のいずれか1項に記載のヒューズ素
    子。
  6. 【請求項6】 半導体集積回路で所定のデータを記憶す
    るために用いられるヒューズ素子であって、 チャネル領域を間に挟んで離隔させて第1導電形半導体
    基板に形成した2つの第2導電形不純物領域をドレイン
    及びソース端子とし、そして前記チャネル領域上に絶縁
    膜を介してゲート電極を形成してなるMOSトランジス
    タと、前記第2導電形不純物領域の一方の不純物領域を
    ベース端子とし、そして該不純物領域内に形成した第1
    導電形不純物領域及び第1導電形半導体基板をエミッタ
    及びコレクタ端子としてなるバイポーラトランジスタ
    と、電流源と前記第1導電形不純物領域との間を接続す
    るようにして、第1導電形半導体基板から絶縁させて延
    設したヒューズと、から構成されることを特徴とするヒ
    ューズ素子。
  7. 【請求項7】 ヒューズをポリシリコン抵抗で形成する
    請求項6記載のヒューズ素子。
  8. 【請求項8】 第1導電形不純物領域の不純物濃度を少
    なくとも1E20ions/cm3 とした請求項6記載の
    ヒューズ素子。
  9. 【請求項9】 第1導電形不純物領域の不純物としてB
    F2又はホウ素を用いる請求項8記載のヒューズ素子。
  10. 【請求項10】 第1導電形不純物領域を内部に形成す
    る第2導電形不純物領域の不純物濃度を5E17〜5E18
    ions/cm3 とした請求項6記載のヒューズ素子。
  11. 【請求項11】 第1導電形不純物領域を内部に形成す
    る第2導電形不純物領域の不純物として燐又はヒ素を用
    いる請求項10記載のヒューズ素子。
  12. 【請求項12】 電流源に接続されて出力信号を発生す
    るノードに対し接続して使用され、前記電流源から供給
    される電流により選択的に電気的切断されて所定のデー
    タを記憶するヒューズ素子であって、 前記ノードに一端が接続される電気溶断可能なヒューズ
    と、該ヒューズの他端と接地端との間に接続され、活性
    化信号に応答して予め設定された増幅率の増幅電流を前
    記ヒューズを通じて流すことでヒューズの電気溶断を行
    うバイポーラトランジスタと、切断用ヒューズ選択信号
    に応答してチャネルを通じて電流を流し、該電流を前記
    活性化信号としてバイポーラトランジスタのベース端子
    へ提供する第1のMOSトランジスタと、読取用ヒュー
    ズ選択信号に応答して前記ヒューズの他端から接地端へ
    電流路を形成する第2のMOSトランジスタと、を備え
    てなることを特徴とするヒューズ素子。
  13. 【請求項13】 バイポーラトランジスタは、エミッタ
    端子がヒューズの他端に接続されると共にコレクタ端子
    が接地端に接続されたpnp形バイポーラトランジスタ
    であり、第1のMOSトランジスタは、チャネルが前記
    バイポーラトランジスタのベース端子と接地端との間に
    接続され、ゲート端子が切断用ヒューズ選択信号に制御
    されるnチャネルMOSトランジスタである請求項12
    記載のヒューズ素子。
  14. 【請求項14】 電圧レベルを選択可能な電圧源に接続
    されたノードに対し接続して使用され、前記電圧源から
    供給される電流により選択的に電気的切断されて所定の
    データを記憶するヒューズ素子であって、 前記ノードに一端が接続された電気溶断可能なヒューズ
    と、該ヒューズの他端と接地端との間に接続され、活性
    化信号に応答して予め設定された増幅率の増幅電流を前
    記ヒューズを通じて流すことでヒューズの溶断を行うバ
    イポーラトランジスタと、ヒューズ選択信号に応答して
    チャネルを通じ電流を流し、該電流を前記活性化信号と
    してバイポーラトランジスタのベース端子へ提供するM
    OSトランジスタと、前記ヒューズの他端と前記バイポ
    ーラトランジスタのベース端子との間に接続された抵抗
    と、を備えてなり、 切断動作では、前記バイポーラトランジスタを通じてヒ
    ューズ溶断可能な切断電流を流すことのできる第1電圧
    を前記電圧源により前記ノードに供給し、そして読取動
    作では、前記バイポーラトランジスタの活性化可能な電
    圧より低く且つ前記ヒューズ及び前記抵抗を通じて読取
    電流を流すことのできる第2電圧を前記電圧源により前
    記ノードに供給するようにして使用することを特徴とす
    るヒューズ素子。
  15. 【請求項15】 バイポーラトランジスタは、エミッタ
    端子がヒューズの他端に接続されると共にコレクタ端子
    が接地端に接続されたpnp形バイポーラトランジスタ
    であり、MOSトランジスタは、チャネルが前記バイポ
    ーラトランジスタのベース端子と接地端との間に接続さ
    れ、ゲート端子がヒューズ選択信号に制御されるnチャ
    ネルMOSトランジスタである請求項14記載のヒュー
    ズ素子。
  16. 【請求項16】 切断電流を流すための第1電圧が提供
    されるノードに接続して使用され、前記切断電流の供給
    により電気的に切断されて所定のデータを記憶するヒュ
    ーズ素子であって、 前記ノードから電流を受ける電気溶断可能なヒューズ
    と、第1活性化信号に応答して前記ヒューズを通じ接地
    端へ切断電流を流すことでヒューズ溶断を行い、第2活
    性化信号に応答して前記ヒューズを通じ接地端へ読取電
    流を流すように動作可能なバイポーラトランジスタと、
    切断動作では、第1電圧の切断用ヒューズ選択信号に応
    答して前記バイポーラトランジスタのベース端子に第1
    活性化信号を供給し、読取動作では、第1電圧より低い
    第2電圧の読取用ヒューズ選択信号に応答して前記バイ
    ポーラトランジスタのベース端子に第2活性化信号を供
    給するMOSトランジスタと、を備えてなることを特徴
    とするヒューズ素子。
  17. 【請求項17】 バイポーラトランジスタは、エミッタ
    端子がヒューズの他端に接続されると共にコレクタ端子
    が接地端に接続されたpnp形バイポーラトランジスタ
    であり、MOSトランジスタは、チャネルが前記バイポ
    ーラトランジスタのベース端子と接地端との間に接続さ
    れ、ゲート端子が切断用ヒューズ選択信号及び読取用ヒ
    ューズ選択信号に制御されるnチャネルMOSトランジ
    スタである請求項16記載のヒューズ素子。
  18. 【請求項18】 切断電流を流すための第1電圧と読取
    電流を流すための第2電圧とが提供されるノードに接続
    して使用され、前記切断電流により電気的に切断されて
    所定のデータを記憶するヒューズ素子であって、 切断電流の供給により電気溶断可能なヒューズと、該ヒ
    ューズの一端と前記ノードとの間に接続され、ベース端
    子に活性化信号が入力されるときに、前記第1電圧が提
    供される場合には前記ヒューズを通じて接地端へ切断電
    流を流してヒューズ溶断を行い、前記第2電圧が提供さ
    れる場合には前記ヒューズへ読取電流を流すように動作
    可能なバイポーラトランジスタと、切断動作では、切断
    用ヒューズ選択信号に応答して前記バイポーラトランジ
    スタのベース端子へ第1の活性化信号を入力し、読取動
    作では、読取用ヒューズ選択信号に応答して前記バイポ
    ーラトランジスタのベース端子へ第2の活性化信号を入
    力するMOSトランジスタと、を備えてなることを特徴
    とするヒューズ素子。
  19. 【請求項19】 バイポーラトランジスタは、エミッタ
    端子がノードに接続されると共にコレクタ端子がヒュー
    ズの一端に接続されるpnp形バイポーラトランジスタ
    であり、MOSトランジスタは、チャネルが前記バイポ
    ーラトランジスタのベース端子と接地端との間に接続さ
    れ、ゲート端子が切断用及び読取用ヒューズ選択信号に
    制御されるnチャネルMOSトランジスタである請求項
    18記載のヒューズ素子。
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