Brevet FR2422224A1 — publié le 19791102

La présente invention concerne une mémoire morte programmable dont chaque cellule comporte au moins une diode a jonction P/N et un élément destructible par fusion sous l'effet d'un courant de programmation. On connalt les mémoires mortes dites programmables qui sont des circuits intégrés de semiconducteurs dans lesquelles des informations peuvent être inscrites en établissant ou en coupant définitivement certains points de circuits, selon un programme déterminé, au moyen d'impulsions électriques adressées depuis l'exte- rieur. On connaît d'autres ensembles semiconducteurs intégrés comportant aussi des cellules du meme type, qui sont également programmables, par exemple certains dispositifs de décodage, certains dispositifs de traitement de groupe de données. Ces dispositifs seront aussi désignés ci-apres sous le terme générique de mémoires.. Un procédé de programmation consiste a établir au préalable, aux points de liaison possibles, une connexion comportant un point faible où une impulsion de courant envoyée sélectivement peut provoquer une fusion ouvrant définitivement le circuit intéressé. Pour éviter les difficultés de dépôt de métaux résistants fusibles sur un circuit intégré en matériau semiconducteur, on a réalisé des fusibles en matériau semiconducteur, notamment en silicium polycristallin déposés en couche mince sur un substrat, avec interposition d'une couche isolante. Les diodes, ou les composants plus complexes, qui constituent les cellules, sont en série avec les fusibles. C'est le cas notamment pour les mémoires décrites dans le brevet français 2 168 368, dont lesdiodes ou les composants plus complexes sont intégrés dans le substrat sous-jacent. Mais les circuits annexes de ces mémoires tels que les circuits de décodage, d'adressage, de lecture, les amplificateurs, doivent être aussi intégrés dans le substrat.La surface de la plaquette nécessaire au logement de tous ces éléments est importante et il y a intérêt a la réduire et å améliorer la densité d'intégration, en particulier pour les mémoires qui comportent un grand nombre de cellules. Un des buts de l'invention est d'améliorer les possibilités d'intégration, dans une plaquette de surface minimale, des cellules de mémoires mortes programmables, en libérant la totalité du substrat de façon a la laisser disponible pour les circuits annexes. Il est a noter qu'une jonction est dite latérale lorsqu'elle est limitée â une surface sensiblement normale au plan de la couche plane de matériau semiconducteur dans laquelle elle est réalisée. Selon l'invention, la memoire morte programmable dont chaque cellule comporte au moins une diode à jonction P/N et un élément destructible par fusion sous l'effet d'un courant de programmation, est remarquable principalement en ce que, ladite jonction étant une jonction latérale entre deux régions d'une couche mince de matériau semiconducteur s'étendant sur un lit isolant recouvrant un substrat semiconducteur, l'élément fusible est constitué par la diode elle-même et en ce que la mémoire comporte des moyens pour envoyer sélectivement dans chaque diode un courant déterminé pour fondre la jonction de ladite diode et ouvrir le circuit entre ses deux régions. Chaque cellule de la mémoire est essentiellement constituée par une simple diode a jonction plane latérale dont la jonction est située dans la couche mince d'un matériau semiconducteur. Lors d'une impulsion de courant d'intensité suffisante, il y a une concentration de la puissance dissipée dans la zone au droit de la jonction et la température peut s'élever suffisamment pour atteindre le point de fusion du matériau constituant la jonction. L'ensemble des cellules de la mémoire peut être logé dans la même couche mince de matériau semiconducteur, au-dessus du substrat. Celui-ci reste libre pour y intégrer les différents circuits annexes que la mémoire nécessite. De préférence, la section au droit de la jonction de la diode cation Xfus1iie est réduite par rapport a la section droite des régions de la diode. On améliore ainsi la concentration de la puissance dissipée dans la zone située au droit de la jonction et la fusion se produit pour une intensité de courant de programmation plus faible que dans le cas ou la section de la jonction de la diode n'est pas restreinte. La diode et l'élément destructible de programmation de chaque cellule étant confondus, la surface de la plaquette occupée par les cellules d'une mémoire est réduite au minimum. De préférence, la mémoire est constituée d'une matrice de cellules constituées par les différentes plages, distinctes les unes des autres, d'une même couche de silicium polycristallin deposee sur une couche de matériau isolant recouvrant un substrat de silicium monocristallin dans lequel sont réalisés les circuits annexes. Chaque plage comprend au moins une région de type de conductivité N et une région de type de conductivité P. La disposition des diodes est par exemple prévue selon une matrice XY. Le lit isolant peut éventuellement présenter des ouvertures traversées par des connexions reliant des diodes de ladite couche mince à des points de circuits annexes. La fabrication de la mémoire fait appel à des techniques connues de dépôt, d'implantation, de diffusion, d'attaque sélective avec localisation au moyen de masques obtenus par photogravure. Le lit isolant entre le substrat et la couche mince dans laquelle sont formées les diodes à jonction fournit, en particulier s'il est fait d'oxyde de silicium, une isolation thermique appréciable entre les jonctions fusibles et le substrat et de ce fait la puissance nécessaire à la fusion de la jonction de la diode est plus faible qu'en l'absence d'une telle isolation. Les régions des diodes à jonction fusible sont obtenues de préférence par dopage localisé, soit par diffusion, soit par implantation ionique notamment. Par exemple une couche de silicium polycristallin dopé au bore est déposée, puis après photogravure et formation d'un masque de nitrure de silicium, les régions de type de conductivité N sont obtenues par implantation ionique suivie d'un recuit. Avantageusement la jonction fusible d'une diode est située à égale distance des deux électrodes et cellesci sont constituées le plus souvent par des dépôts métalliques d'interconnexion ; par exemple dans une mémoire à matrice en XY, la jonction est située à égale distance du conducteur métallique de ligne et du conducteur métallique de colonne, disposition qui permet de diminuer au mieux la dissipation thermique par les électrodes. Dans une forme de réalisation de mémoire à matrice en XY, deux diodes voisines ont en commun une région formée dans la couche mince de matériau semiconducteur. La région commune est munie d'une électrode commune aux deux diodes. Cette disposition divise par deux le nombre de conducteurs soit de colonnes, soit de lignes et procure un gain de place supplémentaire, d'où une plus grande densité d'intégration. La description qui va suivre en regard des dessins annexés fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure I est une coupe schématique d'une cellule de mémoire morte selon l'invention, selon la droite Il de la figure 2. La figure 2 est une vue en plan de la cellule de la figure 1. La figure 3 est un schéma d'une matrice de mémoire morte programme. I1 est à noter que sur les figures, les proportions n'ont pas été respectées, des dimensions, notamment en épaisseur ayant été exagérées à seule fin de rendre les figures plus claires et que, sur les vues en plan, les couches isolantes ont été considérées comme transparentes. Une mémoire morte programmable est réalisée sur un substrat 1 (figures 1 et 2) de silicium monocristallin recouvert d'une couche de dioxyde de silicium 2. Le substrat 1 est par exemple de type de conductivité P et il comporte une couche épitaxiale de type de conductivité N dans laquelle sont formés des composants des circuits annexes tels que des circuits de décodage, d'adressage ou des circuits amplificateurs nécessaires à l'écriture ou à la lecture de la mémoire.Cette couche épitaxiale et les composants qui y sont intégrés n'ont pas été repré sentés. Une mince couche de silicium polycristallin a été déposée sur la couche isolante 2. La couche mince de silicium polycristallin comporte différentes plages, distinctes les unes des autres, dont chacune comprend une région 3 de type de conductivité N et une région 4 de type de conductivité P formant entre elles une jonction latérale 5, l'ensemble des deux régions 3 et 4 présente une partie plus étroite, la jonction 5 est située dans cette partie plus étroite. Ainsi la surface de la jonction, qui est sensiblement normale au plan de la face supérieure du substrat est réduite. Les régions 3 et 4 et leur jonction 5 sont recouvertes d'une couche isolante 6, dans laquelle sont ouvertes des fenêtres 9 et 10. Ces fenêtres sont ouvertes sur les parties plus larges des régions respectivement 3 et 4 et les connexions sur les régions 3 et 4 de la diode sont prises à travers les fenêtres 9 et 10 au moyen de conducteurs d'aluminium déposé par évaporation sous vide, par exemple un conducteur de colonne 7 et un conducteur de ligne 8. La mémoire programmable est le plus souvent réalisée sous la forme d'une matrice XY comportant des lignes et des colonnes entre lesquelles les diodes constituent les points mémoires. Avant programmation, chaque colonne de la mémoire est reliée à chaque ligne par une diode à jonction, telle que par exemple les diodes représentées sur le schéma de la figure 3 entre la colonne C3 et les lignes L1, L2 L3, L4 Apres programmation, certaines diodes sont supprimées et les liaisons correspondantes coupées par la fusion du matériau semiconducteur de leur zone étroite de jonction comme par exemple les liaisons entre la colonne C2 et la ligne L3 ou entre la colonne C5 et la ligne L2 du schéma de la figure 3. Le procédé de fabrication d'une mémoire dont les cellules sont conformes a l'exemple représenté schématiquement sur les figures 1 et 2, comporte des opérations qui ressortent des techniques classiques mises en oeuvre pour la fabrication des semiconducteurs. Partant d'une plaquette substrat de silicium monocristallin, on réalise dans cette plaquette les circuits annexes de la mémoire avec les composants et les connexions nécessaires. Ces circuits sont réalisés selon une des techniques connues choisie en vue d'obtenir les meilleures performances et en fonction des caractéristiques voulues, les conditions dont il y a lieu de tenir compte étant, d'une part, que ces composants et ces connexions puissent subir sans dommage les traitements thermiques que nécessitent les opérations de formation des diodes de la mémoire, d'autre part, que la méthode choisie permette d'obtenir une surface de la plaquette présentant une très bonne planéité, susceptible de recevoir dans de bonnes conditions un dépôt de matière isolante, puis de silicium polycristallin. La plaquette dans laquelle ont été créés les circuits nécessaires est alors recouverte d'un lit isolant de silice SiO2, de préférence déposé par voie chimique en phase vapeur, d'une épais- seur de l'ordre de 1000 t. Ce lit peut être remplacé par un lit de nitrure de silicium sur une sous-couche de SiO2, déposé par voie chimique en phase vapeur. On effectue ensuite le dépôt de silicium polycristallin dans lequel seront formées les diodes des cellules de la mémoire ; le dépôt est effectué à partir de silane SiH4, additionné de borane B2H6 pour que le dépôt soit dopé au bore, dans un réacteur à une température comprise entre 600 et 7000C. Le dépôt est limité à une épaisseur de 3000 et la teneur en borane est ajustée pour obtenir une concentration de bore de l'ordre de 1017 atomes/cm3. Dans le cas où les composants et/ou les connexions déjà réalisés dans la plaquette ne peuvent supporter de hautes tempéra- tures, le lit isolant peut être obtenu par une des méthodes connues d'oxydation sous pression à basse température, et le dépôt de silicium polycristallin peut être obtenu par une méthode mettant en oeuvre les techniques de plasma gazeux, à des températures ne dépassant pas 400 OC. Les diodes sont ensuite localisées par gravure de la couche de silicium à l'aide d'un masque d'oxyde de silicium photogravé. Le silicium polycristallin est attaqué au moyen d'un mélange d'acides fluorhydrique, nitrique et acétique ou par gravure au moyen d'un plasma à base de fluorure. Un nouveau masque, de préférence si possible en nitrure de silicium, est créé pour localiser les régions de type de conductivité N des diodes, par implan- tation d'ions arsenic avec une zone déterminant une concentration 17 de 5.10 17 atomes/cm . 3 d'arsenic de 5.1017 atomes/cm3. Le dispositif est complété par un dépôt isolant de silice dans lequel sont ouvertes des fenêtres de contact et par un dépôt d'aluminium suivi d'une gravure déterminant les conducteurs de liaison. - REVENDLCATIONS 1.- Mémoire morte programmable dont chaque cellule comporte ail diode moins une /à jonction P/N et un élément destructible par fusion sous l'effet d'un courant de programmation, caracrérisée en ce que ladite jonction étant une jonction latérale entre deux régions d'une couche mince de matériau semiconducteur s'étendant sur un lit isolant recouvrant un substrat semiconducteur, l'élément fusible est constitué par la diode elle-même et en ce que la mémoire comporte des moyens pour envoyer sélectivement dans chaque diode un courant déterminé pour fondre la jonction de ladite diode et# ouvrir le circuit entre ses deux régions. 2.- Mémoire morte programmable selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément fusible est constitué par la diode elle-même dont la section au droit de la jonction est réduite par rapport à la section droite des régions de la diode. 3.- Mémoire morte programmable selon 11 une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que deux diodes voisines à jonction fusible chacune formée par une jonction entre deux régions d'une couche mince de matériau semiconducteur, ont en commun une région formée dans ladite couche mince. 4.- Mémoire morte programmable selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la couche mince dans laquelle sont formées les diodes à jonction fusible est en silicium polycristallin. 5.- Mémoire morte programmable selon la revendication 4, caractérisée en ce que les diodes à jonction fusible sont formées dans une couche mince de silicium polycristallin déposé sur un lit d'oxyde de silicium recouvrant un substrat de silicium monocristallin. 6.- Mémoire morte programmable selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend, disposées selon une matrice XY, des diodes à jonction P/N formées chacune par une jonction latérale entre deux régions d'une couche mince de matériau semiconducteur, formée sur un lit isolant recouvrant un substrat semiconducteur dans lequel sont intégrés des circuits annexes de la mémoire.