전기적으로 프로그램가능한 랜덤 액세스 ｅ－퓨즈 롬 document_id A220623107302

전기적으로 프로그램 가능한 퓨즈(e-퓨즈)는 제조 수율을 증가시키고 논리 회로 및 주문형(custom) ROM/디코더의 표준 디자인의 맞춤화(customization)를 위해 메모리 등의 복잡한 집적 회로에서 회로를 여유있게 수행시키기 위한 용장 회로(redundant circuitry)의 대체와 같은 많은 전자 응용에서 고도로 신뢰성 있고 편리한 수단으로 입증되었다. 특히 후자 유형의 응용에서, e-퓨즈를 예를 들면 장치 맞춤화 및 수리를 위해 필드에서 프로그램할 수 있는 더 큰 용량의 OTPROM에 적용하는 것에 흥미가 있다. 전형적인 OTPROM은 퓨즈가 용단(blow)되지 않는 한 일반적으로 각각의 위치에서 논리 "0"의 기억에 대응하는 워드 라인과 비트 라인 간의 퓨즈 링크를 사용한다. 이 기억 셀은 그 다음에 워드 라인과 비트 라인 접속을 개방하기 위해 퓨즈에 대전류를 인가하여 퓨즈를 전기적으로 용단시킴으로써 논리 "1"을 기억하도록 선택적으로 변경된다. 대전류 필요조건 때문에, 종래의 OTPROM은 바이폴라 장치인 쇼트키 다이오드(Schottky diode)를 사용한다. 진보된 CMOS 기술의 소형화는 폴리실리콘 퓨즈가 바이폴라 장치의 퓨즈와 유사하게 용단될 수 있게 하고 있다. 그러나, 확장성(scalability) 문제 때문에 장치 밀도는 제한된다. 또한, 선택된 장치에 대전류를 인가함으로써 퓨즈를 용단되게 하는 상기 공지의 종래 OTPROM 방법은 초기에는 성공적으로 프로그램될 수 있지만, 부분적으로 용단된 퓨즈 및 퓨즈 재성장(regrowth)은 퓨즈 링크가 완전히 또는 부분적으로 이동(migrate)되기 때문에 중대한 실패 구조이다. 따라서, 사이즈를 줄이고 프로그래밍의 신뢰도를 높이기 위해 e-퓨즈 구성요소에 대한 많은 기술이 연구되고 있다. 이러한 e-퓨즈 기술 중의 하나는 고전도성 물질로서 퓨즈 링크에서 니켈 실리사이드를 사용하는데, 여기서 실리사이드는 폴리실리콘 퓨즈 링크를 용단시키지 않고 고전류에 의해 퓨즈 링크 밖으로 이동될 수 있다. 실리사이드만을 성공적으로 용단시키기 위해, 퓨즈가 용단되기 시작하는 비교적 높은 용단 전류(blow current)(즉, 10~15 mA)가 필요하다. 그러나, e-퓨즈의 저항에서 충분한 변화를 얻기 위해, 퓨즈가 용단된 후 퓨즈 단말에 고전압(즉, 3.3V±0.3V)이 인가되어야 한다. 용단 전류는 사용하는 기술에 따라 달라지고 따라서 가능한 한 엄격하게 제어되어야 한다. 퓨즈가 용단되는 동안 퓨즈에 신뢰성있는 전류 및 전압 조건을 제공하기 위해, 현재의 e-퓨즈 기술은 선택 장치의 게이트에 대하여 엄격하게 제어된 전압 및 선택 장치의 소스의 높은 프로그래밍 전압(예를 들면, 3.5 볼트), 또는 회로의 정격 동작 전압보다 훨씬 더 높은 어떤 다른 전압을 필요로 하는데, 이것은 일반적으로 상기 높은 프로그래밍 전압을 제공하고 프로그래밍 조건 및 프로그래밍 사후 테스팅을 적절히 제어해야 하는 필요성 때문에 제조 동작 중에만 수행되는 프로그래밍을 제한시키게 되고, 이러한 필요조건이 대부분의 응용에서 필드 프로그래밍을 방해한다. 이러한 고전류 및 고전압의 사용은, 퓨즈 프로그래밍 회로에서의 저항에 기인하는 큰 IR 전압 강하 때문에 적절한 프로그래밍 전류를 발생하기 위한 적절히 큰 전압의 공급에 있어서의 어려움과, 퓨즈 구성요소/용단 장치의 5.2 nm 게이트 산화물 및 퓨즈 회로에서의 기타 구성요소를 위한 고전압 보호 장치에 기인하는 약 100 ㎛2/퓨즈의 대면적의 집적 회로에 대한 필요조건 때문에 어레이로서 및/또는 집적 회로 칩상의 다른 회로들과의 퓨즈 통합에 있어서의 어려움을 또한 내포한다. 각 퓨즈 및 관련 회로를 위한 상기 대면적 필요조건은 일반적으로 2차원(2-D) 어레이에서 소수 이상의 퓨즈 제작을 방해한다. 예를 들면, 프로그램된 e-퓨즈의 저항 변동은 신뢰성있는 판독을 보장하기 위해 각각의 e-퓨즈에 감지 증폭기(sense amplifier) 회로를 제공할 것을 필요로 한다. 또한, 높은 프로그래밍 전압을 사용할 때, 일반적으로 개개의 퓨즈에 제공되는 감지 증폭기를 보호하기 위해 용단 경로(blow path)에서 두꺼운 산화물이 필요하고, 따라서 각 비트 또는 e-퓨즈용으로 요구되는 면적의 감소를 제한한다. 상기 고전압을 사용할 때 동작상의 문제점이 발생하였고, 그리고 소망하는 퓨즈만이 프로그램되도록 보장하는 것은 또한 e-퓨즈의 큰 2-D 어레이를 방해해왔다. 이러한 기술적 어려움 때문에, 폴리실리콘 지지체를 용단 또는 파열시키지 않고 실리사이드 이동을 사용하는 현재 알려진(그러나 종래 기술로 인정되지는 않음) e-퓨즈 기술은 각 퓨즈 링크에 대하여 감지 및 용단 회로를 필요로 한다. 폴리실리콘을 용단시키지 않고 실리사이드를 전기적으로 이동시키는 e-퓨즈에 대하여 2차원(2-D)이 가능하게 하는 것은 중요하다. 이것은 충분한 정확도를 가지고 프로그래밍 전류 및 전압을 제어하고 비트 밀도를 개선하면서 저전압에서 신뢰성있는 감지를 가능하게 하는 다른 방법을 요구한다. e-퓨즈 기반 OTPROM의 가장 중요한 문제는 임베디드 응용을 가능하게 하는 것이다. 이것은 새로운 프로세스 추가를 필요로 하지 않고 기존 로직 기술에 대한 프로세스 호환성을 요구한다. OTPROM은 또한 고장난 e-퓨즈 및 감지 회로를 검출하기 위해 신호 여유(signal margin)를 검증하는 기능을 가져야 한다. 이러한 임베디드 시스템 관련 문제는 어떠한 공지의 OTPROM에 대해서도 다루어지지 않았다.