JPS5877096A - プログラマブル・リ−ド・オンリ・メモリ素子 - Google Patents

プログラマブル・リ−ド・オンリ・メモリ素子

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Publication number
JPS5877096A
JPS5877096A JP56172539A JP17253981A JPS5877096A JP S5877096 A JPS5877096 A JP S5877096A JP 56172539 A JP56172539 A JP 56172539A JP 17253981 A JP17253981 A JP 17253981A JP S5877096 A JPS5877096 A JP S5877096A
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JP
Japan
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wiring layer
layer
current
prom
melting point
Prior art date
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Pending
Application number
JP56172539A
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English (en)
Inventor
Yukimasa Uchida
内田 幸正
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
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Priority to EP82305624A priority patent/EP0078165B1/en
Publication of JPS5877096A publication Critical patent/JPS5877096A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02Details
    • H01H85/04Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/041Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges characterised by the type
    • H01H85/046Fuses formed as printed circuits
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W20/00Interconnections in chips, wafers or substrates
    • H10W20/40Interconnections external to wafers or substrates, e.g. back-end-of-line [BEOL] metallisations or vias connecting to gate electrodes
    • H10W20/49Adaptable interconnections, e.g. fuses or antifuses
    • H10W20/493Fuses, i.e. interconnections changeable from conductive to non-conductive

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く技術分野〉 本発明は、プロダツマプル拳す−P参オンリ・メ毫り素
子(以下、FROM素子という。)K係り、特にオープ
ン方式(溶断方式)のFROM素子に関するものである
〈従来技術〉。
近年、FROM素子を含む半導体L8Iの進歩とともに
その需要が増大しつつある。PROM素子の場合、単に
FROM−L8Iとしてだけでなく、メモリIJIIや
論111JIのいわゆるりIンtンシイ(Radun−
dan@y ! 冗長度)回路、すなわち不良救済回路
に利用されつつある。
従来のPIIOM素子の代表的なものとしては、■ I
イオーPのPN接合に過大電流を流すことによりPN接
合間をシ璽−トさせて書込みを行う接合シ璽−ト方式の
もの、 ■ 7エーズ素子に電流を流して溶断するととKより書
込みを行う電流7工−ズ方式のもの、■ 7エーズ素子
をレーザ光線により切断して書込みを行うレーザフェー
ズ方式のもの、が5ある。
このうち、■の接合シ冒−ト方式PItOM素子および
■の電流フェーズ方式FROM素子は、共にプログラム
するのに非常に大きな電流を必要とする。
例えば、必要とするプロ/2ム電流の具体的数値を示す
と、■の接合シl−ト方式では約100−)。
■の電流フェーズ素子では数10 (mA)が必要であ
る。このような大きな電流を駆動するためには、通常1
.高増幅度の2イ4−ラトランジスタが必要となる。ま
た、fl・L8IにかかるPROM素子を適用するには
、非常に大きなチャネル幅の電流駆動用MD8 )ラン
ジスタが必要となり、したがって大きな面積が占有され
てしまうこととなる。このようなことから、上記■およ
び■の方式のPROM素子では高集積化が困難であった
一方、■のレーザフェーズ方式のPROM素子の場合、
レーザ光線を用いて所定のゾpダラム位置を切断すると
とKよりプ田グラムするわけ受あるが、レーザ光線を当
てる位置は非常に接近してお 。
す、したがって高精度の自動位置検出装置が必要となる
など高価なプロダラ(ンダ装置が必要となる。− かかる状況下にあって、PROM素子とし【は最も代表
的な■の電流7工−メ方式のPROM素子は、上述の如
き欠点を有するもののプログラム処理は最も簡便であり
、そのメリットはFROM素子活用に当って十分評価に
値する。そこで、電流フェーズ方式につき検討する。
第1図は従来の電流フェーズ方式の7具−ズ素子部を示
した図であり、(a)はその等価回路、(b)は平面的
にみた構造図である。(1)の等価回路において、端子
1.2間に電流を流すと7二−ズ素子Fが溶断し、この
溶断によってゾ四ダラ建ンダがされたこととなる。(b
)の構造図においズ、フェーズ素子Fは、例えば多結晶
シリプン層で形成される。
フェーズ素子Fの端部5,6は、アルζ蟲りム(以下、
AIと略記する。)配線7.8とコンタクトをとるため
に17エーズ素子FK対し相対的に広げて設けられてい
る。端部5,6には;ンタクト穴3,4が設けられ、こ
の穴においてM配線7゜8と接続されている。
このような従来のPROM素子は上述した欠点(高集積
化の困難性)k加え、さらに詳しくは通電による溶断と
いう点に基づきフェーズ素子Fの設計性、加量性、信頼
性にも問題がある。つまり、かかる問題は、第1にフェ
ーズ素子の溶断メカニズムが十分に解明されていないこ
と、菖2に7二−ズ素子をその融層以上に加熱する必要
があることから7:L−ズ素子周囲に熱ダメージを与え
ること、などから引起こされるものである。
〈発明の目的〉 そこで、本発明は、上述した如き欠点を解消するととも
に、高密度性に優れ、ゾログラムに要する電流を小さく
することができ、信頼性に優れ、かつ設計余裕度の高い
PROM素子を提供することを目的とする。、 〈発明の構成の概要〉 上記目的を達成するために、本発明によるPROM素子
は、通電により発熱する導電性の第1の物質よりなる第
1の配線層上に、絶縁膜(薄膜)を介して、第1の物質
より低融点であって第1の配線層の発熱により溶融する
第2の配線層を交叉して重ね合わせてなる。
このような構造によれば、フェーズ素子は第2の配線層
によって形成され、発熱体(ヒータ)となる第1の配線
層にプログラミング電流を流すことにより熱が発生し、
その熱が絶縁膜を介してフェーズ素子である第2の配線
層を加熱するOこの加熱により第2の配線層は第1の配
線層との交叉部において溶断し、プ田グラムが完了する
このとき、第2の物質は第1の物質より低融点であって
第1配線層の発熱によって容易に溶融し、しかもその溶
融は局所的に生せしめる程度でよいから、ゾシグラオン
グ電流は少なくてよく、がっ、発熱も少なくてよい。し
たがって、周囲への熱的ダメージを抑制することができ
るから高密度化が可能となる。また、プログラミング処
理を駆動するトランジスタも小容量のものでよいことか
ら高密度化、すなわち高集積化に寄与する。
〈発明の実施例〉 以下、本発明を図示する実施例に基づいて説明する。
〔構成〕 第2図は本発明によるFROM素子の実施例
の要部を示す平面図、第3図はその璽−璽断面図、第4
図はW−W断面図を示している。
半導体基板10上には、例えば酸化シリコン膜または窒
化シリコン膜等からなる絶縁膜加が成長されている(第
3図、第4図)。
絶縁膜9上には、厚さ約8000Aの一形又は?形の低
抵抗多結晶シリフンからなる第1の配線層Iが帯状KA
ターン化されている。この第1配線層(資)に用いられ
る物質としては、その他に高融点金属(M@、 Pt、
 W、 TI、 Ta等)又はそのシリサイP(硅化物
)を用いることができ、さらkは単結晶シリコンを用い
てもよい。
第1配線層(資)上には、例えば酸化シリコン膜又は窒
化シリコン膜またはこれらの二層膜等よりなる絶縁膜伯
が約数百Xの厚さで設けられ【いる(第3図、第4図)
この絶縁膜40を介して第1配線層(至)上には、厚さ
約5ooo!の第2配線層父が第1配線層Iと交叉する
ように蒸着等の手段により重ね合わせて配設されている
なお、第1配線層Iの両端部にはそれぞれ接点領域60
.60が設けられ、この接点領域ωにおいて電極70.
70に接続され【いる。この電極70は第1配線層(9
)にプロゲラ電ング電流を供給するためのものである。
以上のように構成されるFROM素子はプログラミング
処理の後従述するようにパッジページ冒ン用の保饅膜閏
により覆われることとなる。
〔ゾ四グラム動作〕 次に1以上の構成からなるFRO
M素子のゾ四グツム動作について説明する。
プロダツ電ングは第1配線層30に数mAの電流を流す
ととkより行われる。第1配線層Iはこのプa/lsン
グ電流の通電により発熱し、発熱体(ヒータ)として作
用する。発生した熱は絶縁膜40f:介して第2配線層
(資)の交叉部(イ)を加熱する。
ここで、注意すべきは第1配線層I自体の融点(例えば
、1420℃)に達しないよう電流をコントロールする
ことである。
このような第1配線層30による加熱によって、絶縁腹
切が介在しているとしても交叉部美における第2配線層
の融点(660℃)以上まで温度上昇が可能である。こ
れにより、交叉部頭は溶融し、表面張力によって第5図
に示すように第2配線層50を断線せしめ、第2配線層
団の電気抵抗を短絡状態からはとんと無限大の開放状態
にすることができる。こうして、ゾログラ人前とゾログ
ラ人前とでは、電気抵抗値を1Ω以下から1016Ω以
上へと変化させることができる。
以上のようにしてゾ四グラムされたのち、第1配線層美
、第2配線層父上には/lツシベーション用の保瞳膜(
リンガラス膜)が1μmの厚さにて付着される(第5図
)。
次に、以上のFROM素子の等価回路を第6図(a)(
b) K示す、(a)はゾログラ人前の短絡状態におけ
るFROM素子を示し、(b)はゾログラ人前の開放状
態におけるFROM素子を示し【いる0図中、Hは第1
配線層Iに相当する発熱体、Fは#I2I2配線層相当
するフェーズ素子を示している。
以上の説明では単一のFROM素子について説明したが
、このFROM素子を複数用いることによりメモリセル
アレイを構成できる。第7図に、FROM素子を行列配
列したメモリセルアレイの例を示す。
プログラムするにはR1el’xe・・・、RiとC1
,c!、・・・。
C4の組み合せを選択し、RとCMK電圧を印加すると
とkより任意の7二−ズ素子’tie開放して行う、各
7ユーズ素子IP1jの端子(lj、)、(Sj、)は
それぞれ他のび1回路部に接続され、メモリ素子と・し
て利用に供せられる。なお、第7図はゾログラム前の状
態を示している。
〈発明の効果〉 以上の通り、本発明によれば、フェーズ素子(第2の配
線層)とゾルグラ建ング電流を流す発熱体(第1の配線
層)とは絶縁膜を介して絶縁分離されているため、7ニ
ーズ素子はこれを利用するL8I回路に接続したままの
状態で7二−メ素子自身に通電することなくプログラム
することができる。この点において、従来の電流7工−
ズ方式のようにフユーズ素子に直接通電してプ〒グラム
を行うものとは異なり、FROM素子活用上の自由度を
増大し5る。
また、プログラミンダミ流は発熱体となる第1配線層に
対し、7:s−一ズ素子となる第2配線層を溶融させる
に必要な温度(例えば、660℃)以上に加熱するため
の電流を流せばよ(、一般にはamム以下と従来の電流
7sL−メ方式の場合に比べて約170で十分である。
したがって、プロダラ建ング電流のPライゾ素子(トラ
ンジスタ)K小容量のものが使殿るから高密度化が可能
となる。
また、発熱体に要求される温度が低いので周囲への熱的
Iメークも従来の電流フユーズ方式に比べて著しく低減
化でき、FROM素子の微細化、高密度化に適している
【図面の簡単な説明】
第1図は従来電流溶断形フユーズ素子を示すもので、(
1)はその等価回路図、(b)はその平面図、第2図は
本発明によるFROM素子の要部構造を示す平面図、 第3図は第2図におけるW−W断面図、第4図は第2図
におけるM−Vl断面図、第5図は本発明によるFRO
M素子のプログラム後の状態を示す断面図、 第6図は本発明によるFROM素子の等価回路図T、 
(a)はプログ2ム前の状態を示す回路図、(b)はプ
ログラム後の状態を示す回路図、 第7図は本発明によるFROM素子を用いた行列メモリ
セルアレイの例を示す等価回路図である。 I・・・第1配線層、切・・・絶縁膜、聞・・・#!2
配線層、美・・・交叉部。 出願人代理人   猪 股    清 第1図 第2図 ■ コー 1」

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、通電によって発熱する導電性の第1の物質よりなる
    第1の配線層と、 前記第1の物質より低融点を有し、第1の配線層の発熱
    によって溶融する第2の物質よりなる第2の配線層とを
    備え、 前記第1の配線層と第2の配線層とが絶縁膜を介して交
    叉状に重ね合わせられていることを特徴とするプログラ
    マゾル・リーP・オンリ・メモリ素子。 2、特許請求の範囲第1項記載の素子において、第1の
    物質は低抵抗の多結晶シリコンであることを特徴とする
    ゾロ/9ffプル拳リーP・オンリ・メモリ素子。 3、特許請求の範囲第1項記載の素子において、第1の
    物質は高融点金属又は高融点金属のシリサイドであるこ
    とを特徴とするプログラマゾル・リーP・オンリ・メ毫
    り素子。 4、特許請求の範囲第1項記載の素子において、第1の
    物質はN形又はP形の単結晶シリコンであることを特徴
    とするゾレグラYfル・リーP・オンリ・メモリ素子。 5、%許請求の範囲第1項、第2項、第3項または第4
    項記載の素子において、第2の物質はアル1=ウム金属
    であることを特徴とするプログラマゾル・リーP・オン
    リ・メモリ素子。
JP56172539A 1981-10-28 1981-10-28 プログラマブル・リ−ド・オンリ・メモリ素子 Pending JPS5877096A (ja)

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JP56172539A JPS5877096A (ja) 1981-10-28 1981-10-28 プログラマブル・リ−ド・オンリ・メモリ素子
US06/428,614 US4814853A (en) 1981-10-28 1982-09-30 Semiconductor device with programmable fuse
DE8282305624T DE3278653D1 (en) 1981-10-28 1982-10-22 A semiconductor device having a control wiring layer
EP82305624A EP0078165B1 (en) 1981-10-28 1982-10-22 A semiconductor device having a control wiring layer

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5987736A (ja) * 1982-11-12 1984-05-21 富士通株式会社 半導体記憶装置
CN104659013A (zh) * 2013-11-19 2015-05-27 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 电熔丝结构及半导体器件
JP2015109305A (ja) * 2013-12-03 2015-06-11 富士電機株式会社 ポリシリコンヒューズおよびポリシリコンヒューズを有する、半導体装置およびポリシリコンヒューズの分断方法

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