DE3121449A1

DE3121449A1 - Halbleiter-festspeicher

Info

Publication number: DE3121449A1
Application number: DE19813121449
Authority: DE
Inventors: Masashi Urawa Saitama Ikeda; Kazuo Tokyo Kihara
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-06-02
Filing date: 1981-05-29
Publication date: 1982-04-15
Also published as: JPS5834945B2; DE3121449C2; US4428066A; JPS56169361A

Description

Be sehre ibung

Halbleiter-Festspeicher

Die Erfindung betrifft einen Halbleiter-Festspeicher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das heißt einen Festspeicher, der mit Hilfe von Schmelzbrücken

Ί0 programmierbar ist und nachfolgend in der üblichen Weise PROM genannt werden soll. Bei einem solchen PROM verwendet man normalerweise polykristallines Silicium, Aluminium, Nichrom, Molybdän etc. als Schmelzbrückenmaterial. Das Einschreiben von Daten in diesen PROM erfolgt dadurch, daß elektrische Schmelzbrücken oder Sicherungen, die mit Transistoren verbunden sind, welche an Kreuzpunkten einer Speichermatrix angeordnet sind, geöffnet oder kurzgeschlossen werden. Diese Schmelzbrücken werden durch ihnen zugeführte elektrische Leistung geschmolzen und aufgeschnitten oder oxidiert und kurzgeschlossen.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Schaltbildes eines solchen PROM für ein Bit. Die Basis 11 eines bipolaren Transistors 1 ist über einen Basiswiderstand 2 und eine Schmelzbrücke 3 an einen Anschluß 4 für eine X-Bit-Leitung verbunden. Der Kollektor 12 des Transistors 1 und Dioden 5 und 6 bilden einen Hauptschreibstrompfad für einen Schreibstrom If und sind an einen Anschluß für eine Y-Bit-Leitung angeschlossen. Der Emitter 13 des Transistors 1 ist über einen Emitterwiderstand 7 mit einem Masseanschluß 9 verbunden. Die Schmelzbrücke 3 wird mittels des Stroms If geschmolzen und aufgeschnitten, wenn man den Masseanschluß 9 von der Masse löst und die Plusspannung gegen den Anschluß 4 an den

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Anschluß 8 anlegt. Wenn die Schmelzbrücke 3 geöffnet ist, kann der Transistor 1 nicht mehr im Sättigungsbetrieb arbeiten, so daß das Ausgangssignal am Anschluß 8 ständig den Wert "1" besitzt. Dagegen können andere Transistoren, deren zugeordnete Schmelzbrücken nicht geöffnet sind, auch AusgangsSignaIe mit dem Wert "0" liefern.

Pig. 2 zeigt eine Schnittansicht einer die Anordnung von Fig. 1 umfassenden integrierten Schaltung. Der bipolare Transistor 1, die Schmelzbrücke 3, der Anschluß

4 für die X-Leitung, die Dioden 5 und 6, der Emitterwiderstand 7, der Anschluß 8 für die Y-Leitung und der Masseanschluß 9 von Fig. 1 sind in Fig. 2 gezeigt. Der Pfad zwischen der Schmelzbrücke 3 und der Basis 11 über den Widerstand 2 ist aus Gründen der einfacheren Darstellung in Fig. 2 fortgelassen.

Überdeckte (vergrabene) N -Zonen 21, 22 und 23 sind selektiv in einem P-Silicium-Substrat 20 ausgebildet, während auf dem Substrat 20 eine epitaxiale N-Schicht 24 ausgebildet ist. Die Schicht 24 ist durch P -Dammzonen 25 unterbrochen, so daß Inselzonen 31, 32 und gebildet werden. N -Verbindungszonen 41, 42 und 43 sind auf den überdeckten N -Zonen 21, 22 und 23 ausgebildet. In den Inselzonen 31, 32 und 33 sind PN -Dioden

5 und 6 bzw. der NPN-Transistor 1 ausgebildet. Der Schmelzbrückenwiderstand 3 ist unter Zwischenlage eines

Oxidfilms 26 auf der P -Dammzone 25 vorgesehen.

Der Schmelzbrückenwiderstand 3 besteht beispielsweise aus polykristallinem Silicium. Dieser Schmelzbrückenaufbau ist besser als eine durch innere Diffusion gebildete Schmelzbrücke, da das Einschreiben einfach ist und der Einfluß der parasitären Kapazität 10 (in Fig.

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die einen Leckstrom und das Entstehen eines starken elektrischen Feldes verhindert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter bezug auf die Zeichnungen naher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild eines herkömmlichen PROM für ein Bit,

Fig. 2 eine Sehnittansicht des PROM von

Fig. 1,

Fig. 3 ein Ersatzschaltbild und eine verein-•J5 fachte Schnittansicht von Fig. 2,

Fig. 4 eine Sehnittansicht einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 5 ein elektrisches Ersatzschaltbild der

Anordnung von Fig. 4.

In den Fig. 4 und 5 sind die gleichen Bezugszahlen zur Bezeichnung ähnlicher oder entsprechender Teile wie in den übrigen Figuren verwendet. Der Unterschied zwischen dem Aufbau gemäß Fig. 4 und demjenigen von Fig. 3 liegt in einer Inselzone 53, die dem Schmelzbrückenwiderstand 3 mit den Elektroden 51 und 52 gegenüberliegend unter diesem ausgebildet ist. Die Inselzone 53 hat eine N-Leitfähigkeit, die der Leitfähigkeit der umgebenden und mit dem Masseanschluß 9 verbundenen Zone 25 entgegengesetzt ist.

Wie in Fiq. 5 dargestellt, sind unter dem Schmelxbrückenwiderstand 3 der Oxidfilm 26 und eine parasitäre

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Diode 60 ausgebildet, die zwischen der Inselzone 53 (Fig. 4) und der P -Dammzone .25 (Fig. 4) gebildet ist. Der Hauptstrompfad für das Einschreiben eines Bits ist durch einen Pfeil dargestellt und verläuft vom Anschluß 4 für die X-Bit-Leitung über den Schmelzbrückenwiderstand 3 und die Dioden 5 und 6 zum Anschluß 8 für die Y-Bit-Leitung.

Bei dieser Ausführungsform ergibt sich eine Erfolgsquote beim Dateneinschreiben von 100%, und das Verbrennen der Aluminiumverdrahtung wird völlig vermieden. Dies beruht nicht nur auf der erhöhten Verlässlichkeit des Dateneinschreibens, die von der parasitären Diode 60 hervorgerufen ist, sondern auch auf der N-Inselzone 53, die als Pufferzone einer Metalldiffusion bei hoher Temperatur entgegenwirkt.

Die für den Schmelzbrückenwiderstand 3 in Frage kommenden Materialien schließen Aluminium, Nichrom und Molybdän ein. Die an den Kreuzpunkten der Speichermatrix angeordneten Halbleiterelemente können Dioden oder MOS-Transistoren sein.

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gezeigt) geringer ist. Der Widerstandswert des Schmelzbrückenwiderstands 3 wird durch den Zusatz des Dotierstoffs eingestellt. Der Schmelzbrückenwiderstand 3 ist auf der Oberfläche des Substrats 20 gegenüber der mit dem Masseanschluß 9 verbundenen P -Dammzone 25 angeordnet.

Fig. 3 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild und eine vereinfachte Schnittansicht von Fig. 2 zur Erläuterung des Weges des Stroms If, der durch die Schreibspannung hervorgerufen wird. An den Anschluß 4 für die X-Leitung wird ein gegenüber dem Anschluß 8 für die Y-Leitung positives Potential Vw angelegt. Falls der Durchlaßspannungsabfall· der parasitären Diode 10 (in Fig. 1 gezeigt), die von der P -Dammzone 25 und der Inselzone 33 gebildet wird, Vf ist, sind die Spannungen an den beiden Elektroden des Schmelzbrückenwiderstands 3 gegenüber der P -Dammzone 25 (Vw-Vf) bzw. Vf. Grundsätzlich ist (Vw-Vf) größer als Vf. Die Temperatur des Schmelzbrückenwiderstands steigt, wenn dieser durch die Schreibspannung Vw geschmolzen und aufgeschnitten wird, auf 1200 bis 1500⁰C.

Das heißt, daß die Temperaturen des Schmelzbrücken-Widerstands 3 und der Umgebung der Elektroden 51 und 52 sehr hoch sind. Es gibt Fälle, wo ein dielektrischer Durchbruch zwischen der Elektrode 51 und der P -Dammzone 25 unter dem Einfluß der hohen Temperatur und des hohen elektrischen Feldes auftritt, so daß die Elektrode 51 und die Dammzone 25 kurzgeschlossen werden. Oft wird bei Zerstörung der Schmelzbrücke 3 auch die Aluminiumverdrahtung verbrannt und aufgetrennt. Die Gründe für diese Zerstörung liegen in der Schmelzdiffusion aufgrund der Temperatur des Schmelzbrückenwiderstands 3 und der schlechten dielektrischen Festigkeit der

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-J Aluminiumverdrahtung. Die Tendenz der Aluminiumverdrahtung zu verbrennen, hängt eng mit ihrer dielektrischen Festigkeit zusammen. Beispielsweise wird die Aluminiumverdrahtung nicht verbrannt und ist ein stabiles Dateneinschreiben möglich, wenn die Spannung Vw zum Schmelzen des Schmelzbrückenwiderstands 3 nur an die Elektroden 51 und 52 angelegt wird.

Allerdings wird die Aluminiumverdrahtung oft aufgrund IQ eines Kurzschlusses zwischen der Elektrode 51 und der P -Dammzone 25 verbrannt und aufgebrochen, wenn ein starkes elektrisches Feld zwischen der Elektrode 51 und der Dammzone 25 besteht. Wenn der Oxidfilm 26 eine Dicke von 0,4 5 um aufweist, die angelegte Spannung Vw 25 Volt beträgt und Vf 0,7 Volt ist, dann erzielt man schlechte Dateneinschreibquoten von 5 bis 20%. Die dielektrische Festigkeit des Siliciumdioxidfilms fällt unter bestimmten Umständen hoher Temperatur auf unter 250 Volt/μΐη, obwohl sie nahezu 700 Volt/um bei Raumtemperatur beträgt.

Dieses Problem läßt sich durch Verwendung eines dicken Oxidfilms 26 verringern, der jedoch Schwierigkeiten bei der öffnung von Elektrodenlöchern macht und wobei immer noch die Aluminiumverdrahtung nahe den Kanten der Löcher im dicken Oxidfilm aufgetrennt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen PROM der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei dem eine Zerstörung seiner Oberfläche verhindert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Die hiernach vorgesehene Inselzone wirkt als Pufferzone,

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Claims

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-J " Patentansprüche

/ 1 Λ Halbleiter-Festspeicher umfassend ein Substrat (20) , auf dessen Oberfläche ein Isolierfilm (26) ausgebildet ist, sowie einen auf dem Isolierfilm (26) ausgebildeten Schmelzbrückenwiderstand (3), dadurch gekennzeichnet , daß auf der Oberfläche des Substrats (20) unterhalb des Schmelzbrückenwiderstands •JO (3) eine Inselzone (53) ausgebildet ist, deren Leitfähigkeit derjenigen der umgebenden Zone (25) entgegengesetzt ist.
2. Halbleiter-Festspeicher nach Anspruch 1, dadurch -J5 gekennzeichnet , daß der Schmelzbrückenwiderstand (3) aus polykristallxnem Silicium gebildet ist.