JP2010182365A - アンチヒューズ回路及び半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低電圧で動作する半導体集積回路においても十分動作マージンが確保できるアンチヒューズ回路及びアンチヒューズ回路を備えた半導体記憶装置を提供する。
【解決手段】書き込み時に電位が高いほうから順番に第1乃至第5の電源電圧となる第1乃至第5の電源を使用するアンチヒューズ回路であって、第2乃至第4の電源に接続され、第3の電源電圧と第4の電源電圧との間で変化する第1の論理信号を第2の電源電圧と第4の電源電圧との間で変化する第2の論理信号に変換する第1のレベルシフト回路と、第1、第2及び第4の電源に接続され、第2の論理信号を第1の電源電圧と第4の電源電圧との間で変化する第3の論理信号に変換する第2のレベルシフト回路と、ソースに第1の電源が接続され、ゲートに第3の論理信号が接続されたトランジスタと、一端がトランジスタのドレインに接続され、他端が第5の電源に接続されたアンチヒューズ素子と、を備える。
【選択図】図3
【解決手段】書き込み時に電位が高いほうから順番に第1乃至第5の電源電圧となる第1乃至第5の電源を使用するアンチヒューズ回路であって、第2乃至第4の電源に接続され、第3の電源電圧と第4の電源電圧との間で変化する第1の論理信号を第2の電源電圧と第4の電源電圧との間で変化する第2の論理信号に変換する第1のレベルシフト回路と、第1、第2及び第4の電源に接続され、第2の論理信号を第1の電源電圧と第4の電源電圧との間で変化する第3の論理信号に変換する第2のレベルシフト回路と、ソースに第1の電源が接続され、ゲートに第3の論理信号が接続されたトランジスタと、一端がトランジスタのドレインに接続され、他端が第5の電源に接続されたアンチヒューズ素子と、を備える。
【選択図】図3
Description
本発明は、アンチヒューズ回路及び半導体記憶装置に関する。
半導体装置の分野では、通常は絶縁状態にあり、書き込み工程で、高電圧を印加して絶縁状態を破壊すると導通状態になるアンチヒューズ回路が用いられている。アンチヒューズ回路は、プログラミングの方法が、絶縁状態を破壊させることにより行うので、書き込みは1回限りであり、一度書き込んだデータを元に戻すことはできない。しかし、他の不揮発性のプログラミング素子に比べると導通抵抗が低いため、フィールドプログラマブルゲートアレイやその他の半導体装置の不揮発性プログラムマブル回路として広く用いられるようになってきている。
特に半導体メモリ等の不良ビット救済用の冗長回路の置換アドレスを指定する回路やトリミング回路としては、レーザヒューズが一般的であるが、レーザヒューズは、半導体装置をパッケージに組み立てた後は、プログラミングができないのに対して、アンチヒューズ回路は、電気的に書き込みを行うため、半導体装置をパッケージに組み立てた後も、プログラミングが可能であることから、注目されている。
図1は、特許文献1の図3に記載されている従来のアンチヒューズ回路を備えた半導体装置である。図1において、アンチヒューズ素子をプログラムミングする際には、アンチヒューズ素子32の一端に高電圧(vpgm)を印加し、アンチヒューズ素子の他端は、Nチャンネル保護トランジスタ34とNチャンネルドライバトランジスタ38を介してグランドGND電位に接続し、アドレス等で選択されるNチャンネルドライバトランジスタ38のゲートに与える電圧によって、アンチヒューズ素子を絶縁破壊させるか否かをプログラムする半導体装置が記載されている。
また、図2は、特許文献2の図7に記載されている従来のアンチヒューズ回路である。図2において、アンチヒューズ素子AF1をプログラミングする際は、端子N11に書き込み電圧を印加し、選択信号AFSElにハイレベルを与える。すると、Q13がオンし、アンチヒューズ素子AF1に高電圧が印加されてゲート酸化膜が絶縁破壊され導通する。また、トランジスタQ11、Q12は、プログラミング時にトランジスタQ13がオンしない場合、キャパシタ構造のアンチヒューズ素子AF1によるカップリング作用によりトランジスタQ13やN12に接続される他の回路に高い電圧Vrrが直接印加させないように、分圧する機能を有している。
また、特許文献3には、2系統の電源電圧のみで動作可能であり、かつ、大きなレベルシフト能力を有するレベルシフト回路が記載されている。
以下の分析は本発明において与えられる。アンチヒューズ回路が用いられる半導体記憶装置等の半導体集積回路の分野において、システムの大容量化、大規模化や低消費電力化の市場の要求がある。この市場の要求に答えるため、トランジスタをさらに微細加工するとともに、微細加工に伴う耐圧低下の問題に対処し、さらに低消費電力化を容易にするため、半導体集積回路自体の動作電圧をさらに低い電圧で動作させるようになってきている。一方、アンチヒューズ回路には、書き込みのプログラミング時に、ヒューズ素子に高電圧を印加する回路が必要である。
本発明の1つの側面によるアンチヒューズ回路は、書き込み時に電位が高いほうから順番に第1乃至第5の電源電圧となる第1乃至第5の電源を使用するアンチヒューズ回路であって、前記第2乃至第4の電源に接続され、前記第3の電源電圧と第4の電源電圧との間で変化する第1の論理信号を前記第2の電源電圧と第4の電源電圧との間で変化する第2の論理信号に変換する第1のレベルシフト回路と、前記第1、第2及び第4の電源に接続され、前記第2の論理信号を前記第1の電源電圧と前記第4の電源電圧との間で変化する第3の論理信号に変換する第2のレベルシフト回路と、ソース・ドレインの一方に前記第1の電源が接続され、ゲートに前記第3の論理信号が接続されたトランジスタと、一端が前記トランジスタのソース・ドレインの他方に接続され、他端が前記第5の電源に接続されたアンチヒューズ素子と、を備える。
さらに、他の側面による半導体記憶装置は、メモリセルアレイと、書き込み時に電位が高いほうから順番に第1乃至第5の電源電圧となる第1乃至第5の電源を使用するアンチヒューズ回路であって、前記第2乃至第4の電源に接続され、前記第3の電源電圧と第4の電源電圧との間で変化する第1の論理信号を前記第2の電源電圧と第4の電源電圧との間で変化する第2の論理信号に変換する第1のレベルシフト回路と、前記第1、第2及び第4の電源に接続され、前記第2の論理信号を前記第1の電源電圧と前記第4の電源電圧との間で変化する第3の論理信号に変換する第2のレベルシフト回路と、ソースに前記第1の電源が接続され、ゲートに前記第3の論理信号が接続されたトランジスタと、一端が前記トランジスタのドレインに接続され、他端が前記第5の電源に接続されたアンチヒューズ素子と、前記第2の電源を前記第1の電源と第2の電源との中間電圧まで昇圧し、昇圧した電圧を前記メモリセルアレイに供給する第1の昇圧回路と、前記アンチヒューズ回路の書き込み動作時に前記第1の昇圧回路が昇圧した電圧をさらに、第1の電源まで昇圧する第2の昇圧回路と、を含むアンチヒューズ回路と、を備える。
本発明によれば、低電圧で動作する回路にアンチヒューズが用いられる場合であっても、他の回路に余計なストレスを与えることなく確実にアンチヒューズ回路に書き込みを行うことができる。
本発明の実施形態について、必要に応じて図面を参照して説明する。なお、実施形態の説明において引用する図面及び図面の符号は実施形態の一例として示すものであり、それにより本発明による実施形態のバリエーションを制限するものではない。
本発明の一実施形態によるアンチヒューズ回路7は、例えば図3に示すように、書き込み時(プログラミング時)に電位が高いほうから順番に第1乃至第5の電源電圧となる第1乃至第5の電源(VPPSVT、VDD1、VDD2、VSS、VBBSVT)を使用するアンチヒューズ回路であって、第2乃至第4の電源(VDD1、VDD2、VSS)に接続され、第3の電源電圧VDD2と第4の電源電圧VSSとの間で変化する第1の論理信号L1を第2の電源電圧VDD1と第4の電源電圧VSSとの間で変化する第2の論理信号L2に変換する第1のレベルシフト回路LS1と、第1、第2及び第4の電源(VPPSVT、VDD1、VSS)に接続され、第2の論理信号を第1の電源電圧VPPSVTと第4の電源電圧VSSとの間で変化する第3の論理信号L3に変換する第2のレベルシフト回路と、ソースに第1の電源VPPSVTが接続され、ゲートに第3の論理信号が接続されたトランジスタP31と、一端がトランジスタP31のドレインに接続され、他端が第5の電源VBBSVTに接続されたアンチヒューズ素子Fuseと、を備える。上記構成によれば、第1のレベルシフト回路LS1と第2のレベルシフト回路LS2とを使用して2段階で第1の論理信号L1の論理振幅を昇圧させ、この昇圧した論理信号L3をアンチヒューズ素子Fuseと直列接続するトランジスタP31のゲートに印加している。2段階でゲートに与える論理信号を昇圧しているので、元の論理信号の論理振幅が小さい場合でも十分動作マージンを確保することができる。さらに、アンチヒューズ素子Fuseに対する書き込み動作時に、高電圧電源VPPSVTと低電圧電源VBBSVTとの電位差を利用して、大きな電位差を生成して書き込みを行うので、上記高電圧電源より低く、かつ、上記低電圧電源より高い範囲の電源電圧で動作する周辺回路に加わる電圧ストレスを低減することができる。
また、本発明の一実施形態によるアンチヒューズ回路は、例えば図3に示すように、トランジスタP31を第1トランジスタP31としたときに、ソースドレインの一方がアンチヒューズ素子Fuseの一端に、ソースドレインの他方が読み出し回路I1に接続され、ゲートには、書き込み時にオフさせ読み出し時にオンさせる制御信号VREADBが接続された第2トランジスタP32をさらに含む。この第2のトランジスタによって、読み出し回路I1を書き込み時にアンチヒューズから切り離し過大な電圧が印加されるのを防ぐと共に、読み出し時には、読み出し回路をアンチヒューズに接続してアンチヒューズの導通/非導通を検出することができる。なお、読み出し回路I1は、VDD2系の回路であり、電源VDD2とVSSが供給されている。
また、本発明の一実施形態によるアンチヒューズ回路7は、例えば図3に示すように、ドレインが第4の電源VSSに接続され、ソースが第1トランジスタP31のドレインに接続され、書き込み動作時に、第1のトランジスタP31がオンするときにオフし、第1のトランジスタP31がオフするときにオンするようにゲート電圧が制御される第3トランジスタP33をさらに含む。
また、本発明の一実施形態によるアンチヒューズ回路7は、例えば図3に示すように、ソースが第1の電源VPPSVTに、ゲートが第3の論理信号L3に、ドレインが第3トランジスタP33のゲートに接続された第4トランジスタP34と、ソースが第4の電源VSSに、ゲートが第3の論理信号に接続された第5トランジスタN32と、ソースが第5トランジスタN32のドレインに、ゲートが前記第2の電源VDD1に、ドレインが前記第4トランジスタのドレイン及び第3トランジスタのゲートに接続された第6トランジスタN31をさらに含み、第1乃至第4トランジスタ(P31〜P34)が、第一導電型のMOSトランジスタであり、第5及び第6トランジスタ(N32、N31)が、第一導電型とは逆導電型のMOSトランジスタである。
また、本発明の一実施形態によるアンチヒューズ回路は、第1の電源VPPSVが、読み出し時には電源が供給されず、第1トランジスタP31、第3トランジスタP33はいずれもオフする。
また、本発明の一実施形態による半導体記憶装置は、例えば図3、図5、図6に示すように、メモリセルアレイ10と、アンチヒューズ回路7と、を備え、アンチヒューズ回路7が、書き込み時に電位が高いほうから順番に第1乃至第5の電源電圧となる第1乃至第5の電源(VPPSVT、VDD1、VDD2、VSS、VBBSVT)を使用するアンチヒューズ回路7であって、第2乃至第4の電源(VDD1、VDD2、VSS)に接続され、第3の電源電圧VDD2と第4の電源電圧VSSとの間で変化する第1の論理信号L1を第2の電源電圧VDD1と第4の電源電圧VSSとの間で変化する第2の論理信号L2に変換する第1のレベルシフト回路LS1と、第1、第2及び第4の電源(VPPSVT、VDD1、VSS)に接続され、第2の論理信号L2を第1の電源電圧VPPSVと第4の電源電圧VSSとの間で変化する第3の論理信号L3に変換する第2のレベルシフト回路LS2と、ソースに第1の電源VPPSVが接続され、ゲートに第3の論理信号L3が接続されたトランジスタP31と、一端がトランジスタP31のドレインに接続され、他端が第5の電源VBBSVTに接続されたアンチヒューズ素子Fuseと、を有し、第1の昇圧回路20が、第2の電源VDD1を第1の電源VPPSVTと第2の電源VDD1との中間電圧VHまで昇圧し、昇圧した電圧VHをメモリセルアレイ10と第2の昇圧回路22に供給し、第2の昇圧回路22が、アンチヒューズ回路7の書き込み動作時に第1の昇圧回路20が昇圧した電圧VHをさらに、第1の電源VPPSVTまで昇圧する。すなわち、第1の昇圧回路によりメモリセルアレイの通常動作に必要な電圧まで昇圧し、その昇圧した電圧をさらに第2の昇圧回路によりアンチヒューズの書き込みに必要な電圧まで昇圧することができる。
また、本発明の一実施形態による半導体記憶装置は、例えば図5に示すように、メモリセルアレイ10は冗長セルを含み、アンチヒューズ回路7が、冗長セルの選択に用いられるものであってもよい。以下、実施例について、図面を参照して詳しく説明する。
図3は、実施例1によるアンチヒューズ書き込み回路の回路図である。その構成と動作について説明する。図3のアンチヒューズ書き込み回路には、書き込み動作時に、電源電圧が高いほうから、VPPSVT、VDD1、VDD2、VSS、VBBSVTの5種類の電源が供給される。好ましくは、VPPSVTは、6.5V、VDD1は、1.8V、VDD2は1.2V、VSSは0V、VBBSVTは、−3.5Vである。
STORE信号は、アンチヒューズ回路7に対するVDD2系の書き込みデータ信号である。書き込み動作時に、STORE信号がローレベルであれば、アンチヒューズ素子Fuseが導通し、オン状態となる。STORE信号がハイレベルであればアンチヒューズ素子Fuseが導通せず、ハイインピーダンス状態を維持する。レベルシフタLS1は、電源としてVDD1、VDD2、VSSが供給され、VDD2系の論理信号であるSTORE信号をVDD1系の論理信号L2に昇圧する。また、レベルシフタLS2は、電源として、VPPSV、VDD1、VSSが供給され、VDD1系の論理信号L2をさらに、VPPSV系の論理信号L3に昇圧する。論理信号L3は、PMOSトランジスタP31のゲートに接続される。PMOSトランジスタP31のソースは、電源VPPSVTに、ドレインは、アンチヒューズ素子Fuseの一端に接続される。アンチヒューズ素子Fuseの他端は、電源VBBSVTに接続される。
さらに、論理信号L3は、PMOSトランジスタP34とNMOSトランジスタN32のゲートにも接続される。PMOSトランジスタP34のソースは、電源VPPSVTに、ドレインは、PMOSトランジスタP33のゲートとNMOSトランジスタN31のドレインに接続される。NMOSトランジスタN31のゲートは電源VDD1に接続され、ソースは、NMOSトランジスタN32のドレインに接続される。NMOSトランジスタN32のソースは、電源VSSに接続される。さらに、PMOSトランジスタP33のソースは電源VSSに、ドレインは、PMOSトランジスタP31のドレインとアンチヒューズ素子Fuseの一端とPMOSトランジスタP32のソースドレインの一方に接続される。PMOSトランジスタP32のソースドレインの他方は読み出し回路となるインバータI1のゲートに接続される。なお、インバータI1は、電源VDD2系の回路であり、図示は省略しているが、インバータI1には、電源VDD2とVSSが接続されている。
なお、レベルシフタLS1の内部回路の一例を図4に示す。この図4に示すレベルシフタの内部回路自体は周知の回路であるので、詳細な説明は省略する。また、レベルシフタLS2についても、電源VDD2が電源VDD1に、電源VDD1が電源VPPSVに置き換わるだけで、回路の構成自体は、図4のレベルシフタLS1と同一の回路で実現できる。
次に、図3の動作について説明する。アンチヒューズ回路7に対する書き込み動作時には、すでに述べたとおり、電源電圧が高いほうから、VPPSV、VDD1、VDD2、VSS、VBBSVTの5種類の電源には、それぞれ、6.5V、1.8V、1.2V、0V、−3.5Vが供給される。書き込み動作時には、VREADB信号はハイレベル(電源VPPSVT同電位)が与えられ、インバータI1はアンチヒューズ素子Fuseから切り離される。STORE信号がローレベル(0V)であれば、第3の論理信号L3もローレベル(0V)となる。第3の論理信号L3がローレベルであるので、PMOSトランジスタP31が導通する。このとき、PMOSトランジスタP34も導通し、NMOSトランジスタN32がオフするので、PMOSトランジスタP33のゲートには、VPPSVTが印加され、PMOSトランジスタP33はオフする。なお、このとき、NMOSトランジスタN31のゲートには、VDD1が印加されているので、VPPSVTの電圧が直接NMOSトランジスタN32のドレインに印加されることはなく、NMOSトランジスタN31によって、NMOSトランジスタN32のドレインに印加される電界が緩和されている。
このとき、PMOSトランジスタP31がオンし、PMOSトランジスタP33がオフするので、アンチヒューズ素子Fuseの端子間には、VPPSVTとVBBSVTの電位差が印加される。すると、アンチヒューズ素子Fuseには絶縁耐圧を超える電圧が印加されることになり、アンチヒューズ素子Fuseの端子間が破壊され、アンチヒューズ素子Fuseは導通する。このアンチヒューズ素子の導通は、不可逆的であり、一度導通状態になると、再び絶縁状態に戻ることはない。
このアンチヒューズ素子Fuseを導通させるときに、PMOSトランジスタP33のソース、PMOSトランジスタP32のソースドレイン端の一方にも高電圧VPPSVTが印加されるが、PMOSトランジスタP33、P32のソースドレイン間の電圧より、アンチヒューズ素子Fuseの端子間に印加される電圧の方が大きい。アンチヒューズ素子の他端には、負の電源電圧VBBSVTが印加されるからである。従って、アンチヒューズ素子Fuseを絶縁破壊させるときであっても、PMOSトランジスタP32やP33が過大な電圧ストレスを受けることはない。
一方、STORE信号がハイレベル(VDD2)であれば、レベルシフタLS1、LS2により2段階に昇圧され、第3の論理信号L3はハイレベル(VPPSV)となる。図4に示すレベルシフト回路は、昇圧すべき電源間の電位差が大きい場合には、動作マージンが狭くなるが、ここでは、2段階の昇圧回路により、2段階に昇圧しているので、元の論理信号の電圧レベルと昇圧した後の論理信号の電圧レベルの電位差が大きくても確実に動作させることができる。必要があれば、レベルシフト回路を3段以上重ねても良い。第3の論理信号L3がハイレベルであれば、PMOSトランジスタP31はオフする。また、PMOSトランジスタP34もオフする一方、NMOSトランジスタN32はオンする。NMOSトランジスタN31にも固定バイアスが与えられているので、PMOSトランジスタP33のゲート電圧はローレベルとなり、PMOSトランジスタP33がオンし、アンチヒューズ素子Fuseの一端の電圧はVSSとなる。アンチヒューズ素子Fuseの他端に負電圧VBBSVTが与えられたとしても、アンチヒューズ素子Fuseの端子間の電圧はアンチヒューズ素子Fuseの絶縁耐圧を超えないため、アンチヒューズ素子Fuseは絶縁状態を維持する。
読み出し動作時には、電源VPPSVTには、電源が供給されず、電源VBBSVTには、電源VSSと同じ電圧が供給される。電源VPPSVTが供給されないので、PMOSトランジスタP31、P33は共にオフ状態となる。読み出し動作の初期時には、VREADB信号はハイレベルが印加され、PMMOSトランジスタP32はオフ状態となる。この状態で、PMOSトランジスタP32の読み出し回路側は図示しないプリチャージ回路よりVDD2にプリチャージされる。その後、VREADBはローレベルとなり、PMOSトランジスタP32はオフからオン状態になる。アンチヒューズ素子Fuseがオン状態であれば、プリチャージしたVDD2レベルの電荷は、PMOSトランジスタP32とアンチヒューズ素子Fuseを介してVSS(VBBSVT=VSS)へ抜け、インバータI1には、ローレベルが入力される。一方、アンチヒューズ素子Fuseがオフ状態であれば、プリチャージしたVDD2レベルの電荷は維持され、インバータI1には、ハイレベルが入力される。この様にして、アンチヒューズ素子Fuseのオン/オフ状態を検出することができる。なお、アンチヒューズ素子Fuseへの書き込みプログラム動作以外のときは、レベルシフタLS1、レベルシフタLS2はいずれもオフし、消費電力を低減することができる。
次に、アンチヒューズ回路をDRAMメモリ等の半導体記憶装置に適用した実施例について説明する。図5は、実施例2による半導体記憶装置全体のブロック図である。図5の半導体記憶装置31は、同期式のDRAMである。図5の半導体記憶装置31の構成について、概略を説明する。クロックジェネレータ1は外部からクロック信号CK、/CK、クロックイネーブル信号CKEを入力し、半導体記憶装置31全体にクロックを供給する。アドレスバス3は、外部からアドレス信号A0〜A13、バンクアドレス信号BA0〜BA2を入力し、モードレジスタ2、ロウアドレスバッファ・リフレッシュカウンタ6、カラムアドレスバッファ・バーストカウンタ8へ伝える。モードレジスタ2はアドレスバス3からアドレスデータを受けて内部の動作モードを設定する。コマンドデコーダ4は、外部からチップセレクト信号/CS、ロウアドレスストーブ信号/RAS、カラムアドレスストローブ信号/CAS、ライトイネーブル信号/WEを入力し、外部から与えられるコマンドをデコードする。コントロールロジック5は、コマンドデコーダでデコードしたコマンドに基づいて、半導体記憶装置31全体を制御する。ロウアドレスバッファ・リフレッシュカウンタ6はアドレスバス3からロウアドレスを受け付けると共に、リフレッシュアドレスをカウントする。カラムアドレスバッファ・バーストカウンタ8はアドレスバス3からカラムアドレスを受け付けると共にバースト転送のカラムアドレスをカウントする。メモリセルアレイ10には、行列上にDRAMセルが配列され、そのアドレスは、ロウデコーダ11とカラムデコーダにより指定される。なお、メモリセルアレイ10は、Bank0からBank7の8つのバンクを有している。センスアンプ12は、メモリセルアレイからデータを読み出す場合やリフレッシュを行うときに、メモリセルアレイからビット線を介して読み出したデータを増幅する。データコントロール回路14はメモリセルアレイに対して入出力を行うデータを制御する。ラッチ回路15は、外部と入出力を行うデータを一時的に保持する。DLL16は、クロック信号CK、/CKから外部と同期を取るためのクロック信号を生成し、入出力バッファ17へ供給する。入出力バッファ17は、外部のデータバスDQに接続され、データストローズ信号DQS、/DQS、差動データストローブ信号RDQS、/RDQSに同期してデータの入出力を行う。また、入出力バッファ17へは、終端抵抗制御信号ODT、データマスク信号DMが入力される。
各バンクのメモリセルアレイ10には、図示しない冗長メモリセルロウ、冗長メモリセルカラムが含まれる。メモリセルアレイ10をテストした結果、一部のメモリセルに欠陥が見つかった場合には、その不良メモリセルが含まれるロウまたは、カラムを単位に、冗長メモリセルロウ、冗長メモリセルカラムに置き換えられる。ロウデコーダ11、カラムデコーダ13にそれぞれ対応して設けられたアンチヒューズ回路7は、それぞれ不良メモリセルが含まれるロウ、カラムを冗長メモリセルロウ、冗長メモリセルカラムに置き換えるべきロウアドレス、カラムアドレスを記憶し、ロウアドレスバッファ・リフレッシュカウンタ6、カラムアドレスバッファ・バーストカウンタ8から不良メモリセルが含まれるロウアドレス、カラムアドレスが指定された場合にそのロウアドレス、カラムアドレスに代えて、冗長メモリセルロウ、冗長メモリセルカラムをロウアドレス、カラムアドレスとして出力する。従って、アンチヒューズ回路7は、置き換えるロウアドレス、カラムアドレスのビット数に対応したビット数を有している。また、冗長メモリセルロウ、冗長メモリセルカラムを複数設ける場合は、それぞれに対応して設けられる。また、図5では図示を省略しているが、アンチヒューズ回路7はバンク毎に設けられる。なお、アンチヒューズ回路7の回路構成は、実施例1で説明したアンチヒューズ回路をそのまま用いることができる。
また、電源電圧発生回路18は、外部から供給される第一の電源VDD、第二の電源VSSからアンチヒューズ回路の書き込みや、メモリセルアレイのリードライト動作に必要な電源VPPSVT、VH、VDD1、VDD2、VSS、VBBSVTが生成される。なお、外部から供給される電源VDDがVDD1又はVDD2と同電位である場合は、外部から供給させない電圧を外部から供された電圧から生成すればよい。なお、電源VHは、通常2.7Vの電圧であるVPPSVTとVDD1の中間電位の高電圧電源であり、メモリセルアレイのデコード回路等の電源に使用される。なお、電源電圧発生回路18は、半導体記憶装置31の1箇所に配置されてもよいし、必要な電源に同じて半導体記憶装置31の各部に分散して配置してもよい。なお、電源電圧発生回路18が生成する電源VPPSVT、VH、VDD1、VDD2、VSS、VBBSVTはそれぞれ必要なときに必要な電源を生成すればよく、必要がないときは、電源毎に電源電圧生成を停止することにより消費電力を低減することができる。たとえば、VPPSVT、VBBSVTはいずれもアンチヒューズ素子Fuseへの書き込みプログラミング動作時にしか使用しない場合は、書き込みプログラミング動作時以外電源電圧の生成を中止することにより、消費電力を低減することができる。
図6は、実施例3の半導体記憶装置における電源供給の経路を示す電源経路図である。実施例3は、実施例2の電源電圧発生回路18を半導体記憶装置31の各部に分散して配置した実施例である。図6では、VDD2、VDD1、VH、VPPSVT系の電源経路のみを図示している。図6では、外部端子VDD1とVDD2により外部からVDD1とVDD2の両方の電源が与えられている。ただし、これは一例であり、VDD1又はVDD2の一方のみの電源が外部から供給され、残りの電源は半導体記憶装置31の内部で電源を生成してもよい。なお、実施例3においても実施例1、2と同様に、VDD2、VDD1、VH、VPPSVTの電圧はそれぞれ、好ましくは、1.2V、1.8V、2.7V、6.5Vである。
外部電源端子VDD1から与えられた電源は、メモリセル用昇圧回路20とスイッチSW1に供給される。メモリセル用昇圧回路20は、与えられた電源VDD1を昇圧し、VH電源を生成し、通常動作時にメモリセルアレイ10に供給するために生成されているが、さらに、アンチヒューズ回路7にも供給されている。アンチヒューズ回路7は、図3の構成に加え、内部にアンチヒューズ回路専用の昇圧回路22を備えており、与えられた電源VHから書き込み用電源VPPSVTを生成している。このアンチヒューズ回路専用の昇圧回路22はアンチヒューズ素子Fuseへの書き込みプログラミング動作時のみ機能し、書き込みプログラミング動作時以外のときは、動作を停止し、消費電力を低減している。また、メモリセルアレイ10、周辺回路19、アンチヒューズ回路7の動作に必要な電源VDD2は、それぞれ、外部端子VDD2から各部に供給されている。さらに、周辺回路19からアンチヒューズ回路7には、制御信号(例えば、STORE信号)が与えられる。
ここで、メモリセルアレイ用の高電圧電源VH(2.7V系)は、メモリセルアレイへのアクセス時に使用される電源であって、アンチヒューズ回路7では、直接は使用しない電源であるが、高電圧電源VHよりさらに高電圧な電源VPPSVTをアンチヒューズ回路7内部で生成するためにメモリセル用昇圧回路20から供給されている。アンチヒューズ回路7内の昇圧回路22は、このメモリセル用昇圧回路20から供給された高電圧電源VHを基にさらに高電圧な電源VPPSVTを内部で生成することにより、高電圧電源生成の効率を高めている。
以上、実施例について説明したが、本発明は上記実施例の構成にのみ制限されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
1:クロックジェネレータ
2:モードレジスタ
3:アドレスバス
4:コマンドデコーダ
5:コントロールロジック
6:ロウアドレスバッファ・リフレッシュカウンタ
7:アンチヒューズ回路
8:カラムアドレスバッファ・バーストカウンタ
10:メモリセルアレイ
11:ロウデコーダ
12:センスアンプ
13:カラムデコーダ
14:データコントロール回路
15:ラッチ回路
16:DLL
17:入出力バッファ
18:電源電圧発生回路
19:周辺回路
20:メモリセル用昇圧回路
22:昇圧回路
31:半導体記憶装置
32、AF1、AF2、Fuse:アンチヒューズ素子
I1、I2:インバータ
L1:第1の論理信号
L2:第2の論理信号
L3:第3の論理信号
LS1、LS2:レベルシフタ
P31、P32、P33、P34、P35、P41、P42:PMOSトランジスタ
N31、N32、N41、N42:NMOSトランジスタ
SW1:スイッチ
2:モードレジスタ
3:アドレスバス
4:コマンドデコーダ
5:コントロールロジック
6:ロウアドレスバッファ・リフレッシュカウンタ
7:アンチヒューズ回路
8:カラムアドレスバッファ・バーストカウンタ
10:メモリセルアレイ
11:ロウデコーダ
12:センスアンプ
13:カラムデコーダ
14:データコントロール回路
15:ラッチ回路
16:DLL
17:入出力バッファ
18:電源電圧発生回路
19:周辺回路
20:メモリセル用昇圧回路
22:昇圧回路
31:半導体記憶装置
32、AF1、AF2、Fuse:アンチヒューズ素子
I1、I2:インバータ
L1:第1の論理信号
L2:第2の論理信号
L3:第3の論理信号
LS1、LS2:レベルシフタ
P31、P32、P33、P34、P35、P41、P42:PMOSトランジスタ
N31、N32、N41、N42:NMOSトランジスタ
SW1:スイッチ
Claims (9)
- 書き込み時に電位が高いほうから順番に第1乃至第5の電源電圧となる第1乃至第5の電源を使用するアンチヒューズ回路であって、
前記第2乃至第4の電源に接続され、前記第3の電源電圧と第4の電源電圧との間で変化する第1の論理信号を前記第2の電源電圧と第4の電源電圧との間で変化する第2の論理信号に変換する第1のレベルシフト回路と、
前記第1、第2及び第4の電源に接続され、前記第2の論理信号を前記第1の電源電圧と前記第4の電源電圧との間で変化する第3の論理信号に変換する第2のレベルシフト回路と、
ソース・ドレインの一方に前記第1の電源が接続され、ゲートに前記第3の論理信号が接続されたトランジスタと、
一端が前記トランジスタのソース・ドレインの他方に接続され、他端が前記第5の電源に接続されたアンチヒューズ素子と、
を備えたことを特徴とするアンチヒューズ回路。 - 前記トランジスタを第1トランジスタとしたときに、
ソースドレインの一方が前記アンチヒューズ素子の一端に、ソースドレインの他方が読み出し回路に接続され、ゲートには、書き込み時にオフさせ読み出し時にオンさせる制御信号が接続された第2トランジスタをさらに含むことを特徴とする請求項1記載のアンチヒューズ回路。 - ドレインが第4の電源に接続され、ソースが前記第1トランジスタのドレインに接続され、書き込み動作時に、前記第1のトランジスタがオンするときにオフし、前記第1のトランジスタがオフするときにオンするようにゲート電圧が制御される第3トランジスタをさらに含むことを特徴とする請求項2記載のアンチヒューズ回路。
- ソースが前記第1の電源に、ゲートが前記第3の論理信号に、ドレインが前記第3トランジスタのゲートに接続された第4トランジスタと、
ソースが前記第4の電源に、ゲートが前記第3の論理信号に接続された第5トランジスタと、
ソースが前記第5トランジスタのドレインに、ゲートが前記第2の電源に、ドレインが前記第4トランジスタのドレイン及び第3トランジスタのゲートに接続された第6トランジスタをさらに含み、前記第1乃至第4トランジスタが、第一導電型のMOSトランジスタであり、前記第5及び第6トランジスタが、前記第一導電型とは逆導電型のMOSトランジスタであることを特徴とする請求項3記載のアンチヒューズ回路。 - 前記第1の電源は、読み出し時には電源が供給されず、前記第1トランジスタ、第3トランジスタはいずれもオフすることを特徴とする請求項4記載のアンチヒューズ回路。
- メモリセルアレイと、
書き込み時に電位が高いほうから順番に第1乃至第5の電源電圧となる第1乃至第5の電源を使用するアンチヒューズ回路であって、前記第2乃至第4の電源に接続され、前記第3の電源電圧と第4の電源電圧との間で変化する第1の論理信号を前記第2の電源電圧と第4の電源電圧との間で変化する第2の論理信号に変換する第1のレベルシフト回路と、前記第1、第2及び第4の電源に接続され、前記第2の論理信号を前記第1の電源電圧と前記第4の電源電圧との間で変化する第3の論理信号に変換する第2のレベルシフト回路と、ソースに前記第1の電源が接続され、ゲートに前記第3の論理信号が接続されたトランジスタと、一端が前記トランジスタのドレインに接続され、他端が前記第5の電源に接続されたアンチヒューズ素子と、前記第2の電源を前記第1の電源と第2の電源との中間電圧まで昇圧し、昇圧した電圧を前記メモリセルアレイに供給する第1の昇圧回路と、前記アンチヒューズ回路の書き込み動作時に前記第1の昇圧回路が昇圧した電圧をさらに、第1の電源まで昇圧する第2の昇圧回路と、を含むアンチヒューズ回路と、を備えることを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記メモリセルアレイは冗長セルを含み、前記アンチヒューズ回路が、前記冗長セルの選択に用いられることを特徴とする請求項6記載の半導体記憶装置。
- 第1の電源電圧によって動作する周辺回路と、
前記第1の電源電圧及び前記第1の電源電圧とは異なる第2の電源電圧によって動作するメモリセルアレイと、
前記第2の電源電圧とは異なる第3の電源電圧に基づいて前記第2の電源電圧を生成するメモリセル用昇圧回路と、
前記第2の電源電圧に基づいて前記第2の電源電圧とは異なる第4の電源電圧を生成するアンチヒューズ用昇圧回路と、
前記第1の電源電圧に基づいて前記周辺回路から出力された制御信号を受けてアンチヒューズのプログラミングを行うアンチヒューズ回路であって、前記第1の電源電圧に基づく制御信号を前記第4の電源電圧に基づいてレベルシフトするレベルシフト回路を含むアンチヒューズ回路と、を備えることを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記レベルシフト回路は、前記第1の電源電圧の制御信号を前記第3の電源電圧の制御信号にレベルシフトする第1のレベルシフト回路と、前記第3の電源電圧の制御信号を前記第4の電源電圧の制御信号にレベルシフトする第2のレベルシフト回路を備えることを特徴とする請求項8記載の半導体記憶装置。
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US10276253B2 (en) * | 2017-08-04 | 2019-04-30 | Micron Technology, Inc. | Apparatuses and methods including anti-fuses and for reading and programming of same |
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JP2002134620A (ja) * | 2000-10-27 | 2002-05-10 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
JP2004363843A (ja) * | 2003-06-04 | 2004-12-24 | Seiko Epson Corp | 半導体集積回路 |
US6965251B1 (en) * | 2004-02-18 | 2005-11-15 | Altera Corporation | Input buffer with hysteresis option |
US7224630B2 (en) * | 2005-06-24 | 2007-05-29 | Freescale Semiconductor, Inc. | Antifuse circuit |
FR2894373B1 (fr) * | 2005-12-07 | 2008-01-04 | Atmel Corp | Cellule anti-fusible autonome |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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