Brevet FR2758007A1 — publié le 19980703

RESISTANCE BI-COUCHE PROGRAMMABLE La présente invention concerne la conception de circuits intégrés et concerne plus particulièrement une résistance programmable bi-couche. Il existe un nombre important d'applications utilisant des circuits intégrés qui nécessitent une sorte de mémoire programmable électriquement avec la puce de circuit intégré. Ces applications vont par exemple des applications qui nécessitent plusieurs bits de mémoire programmable (par exemple nombres d'identification de programmation) jusqu'aux applications qui requièrent plusieurs mégabits de mémoire programmable (par exemple code d'opération de stockage). Dans la technique antérieure, une grande diversité de technologies ont été utilisées pour mettre en oeuvre une mémoire programmable dans des circuits intégrés. Par exemple, celles-ci comprennent des mémoires non volatiles à grille flottante et des anti-fusibles. Un problème avec la plupart des approches de la technique antérieure visant à proposer une mémoire programmable est qu'un traitement supplémentaire des plaquettes est nécessaire pour les mettre en oeuvre, ce qui accroit le coût du produit. Le traitement supplémentaire des plaquettes se justifie particulièrement difficilement lorsque seules des quantités relativement petites de mémoire électriquement programmable sont requises sur chaque circuit intégré. Il est très avantageux d'identifier un élément programmable qui puisse être produit dans le procédé de fabrication d'un circuit intégré logique de base, ce qui élimine ainsi tout coût supplémentaire dû à un traitement des plaquettes. On a tenté de développer des éléments programmables pouvant être produits dans le procédé de fabrication d'un circuit intégré logique de base. Cette approche à coût zéro qui a été utilisée par le passé consiste à créer un fusible à partir des couches existantes en polysilicium ou en métal et ensuite de faire fondre le fusible en faisant passer un courant de programmation important. La chaleur dissipée provoque la fusion et la vaporisation locales du matériau fusible, ce qui a pour effet de faire passer le fusible de l'état de résistance relativement faible à l'état de circuit ouvert. Il existe plusieurs problèmes importants qui limitent l'applicabilité des fusibles en polysilicium ou en métal de la technique antérieure. Les dommages liés au claquage d'un fusible constituent le problème le plus crucial. Le claquage du fusible est en général associé à la vaporisation du matériau fusible, ce qui conduit à une rupture catastrophique de toutes les couches de diélectrique ou de métal qui se trouvent normalement sur la partie supérieure du fusible dans le procédé fabrication d'un circuit intégré classique. La rupture des couches supérieures risque grandement de nuire à la fiabilité car elle peut entraîner directement un dysfonctionnement de circuit ou permettre la pénétration de contaminants extérieurs dans le circuit intégré. L'approche la plus commune de ce problème est de créer une ouverture de passivation sur la partie supérieure du fusible afin de garantir l'absence de toute couche supérieure. De cette façon, tout matériau vaporisé peut s'échapper facilement sans créer de dommages. Le problème de cette approche est que la zone de perforation détruit l'intégrité de la couche de passivation supérieure sur la plaquette et permet ainsi à des contaminants extérieurs de pénétrer dans la plaquette et de créer des problèmes de fiabilité à long terme. Dans la pratique, lorsque des ouvertures de passivation sont utilisées, il est nécessaire d'envelopper le produit fini dans un emballage hermétique coûteux. L'emballage lui-même protège la plaquette d'une contamination extérieure. On rencontre fréquemment quelques autres problèmes secondaires avec les fusibles en métal ou en polysilicium. La résistance par carré d'une couche de polysilicium dopé est typiquement comprise dans la gamme allant de 25 à 60 Q/carré. La puissance dissipée dans le fusible est donnée par V2/R o V est la tension appliquée au fusible et R la résistance du fusible. Pour des conceptions de fusible typiques, la tension V requise pour générer une chaleur suffisante permettant de détruire le fusible est supérieure aux tensions d'alimentation utilisées par les circuits intégrés élaborés. Ceci entraîne la nécessité de fournir une alimentation supplémentaire et dans certains cas, des transistors spéciaux à forte tension doivent être insérés dans le procédé afin de traiter cette tension. Un tel ajout au procédé compromet l'objectif général qui est d'accroître la capacité de programmation sans entraîner de frais supplémentaires dus au traitement des plaquettes. Les fusibles en métal posent le problème inverse. La résistances par carré du métal est très faible (comprise typiquement entre 40 et 50 mW/carré) et donc l'ensemble du fusible présente une résistance inférieure à un ohm. La tension requise pour programmer est par conséquent très faible. Cependant, la dissipation de puissance peut être donnée par I2*R o I représente l'intensité du courant traversant le fusible. En raison de la faible résistance du fusible, une très grande quantité de courant de programmation est nécessaire pour dissiper suffisamment de puissance afin de programmer le fusible. Le courant de programmation doit être conduit jusqu'au fusible requis par une série de transistors sélectionnés. Afin de s'adapter à ce courant de programmation très élevé, ces transistors sélectionnés doivent être de grandes dimensions, occupant ainsi une partie importante de la surface de la plaquette et augmentant le coût du produit. RESUME DE L'INVENTION Conformément au mode de réalisation de la présente invention, une résistance programmable est présentée. La résistance programmable se compose de deux couches. Une première couche de la résistance programmable présente une résistance sensiblement inférieure à celle d'une seconde couche de la résistance programmable. La résistance programmable est programmée en plaçant un signal dans la résistance programmable. Par exemple, le signal est un signal de courant continu avec une tension sensiblement constante. Un courant résultant généré par le signal de courant continu traverse en parallèle la première couche de la résistance programmable et la seconde couche de la résistance programmable. La tension constante est d'un niveau suffisant pour qu'une première partie du courant résultant qui traverse la première couche provoque une rupture dans la première couche de la résistance programmable. Cependant, la tension constante n'est pas d'un niveau suffisant pour permettre à une seconde partie du courant résultant qui traverse la seconde couche de provoquer une rupture dans la seconde couche de la résistance programmable. Dans le mode de réalisation préféré de la présente invention, la seconde couche de la résistance programmable peut être composée de polysilicium et la première couche de la résistance programmable peut être composée d'un siliciure de métal. Par exemple, dans un mode de réalisation de la présente invention, le siliciure de métal est un siliciure de tungstène. Dans le mode de réalisation préféré de la présente invention, le signal de courant continu peut être généré par un dispositif de programmation qui présente une valeur de résistance de sortie qui est significativement plus faible qu'une valeur de résistance à travers la résistance programmable avant la programmation de la résistance programmable. La tension constante est par exemple comprise dans une gamme allant de 1,2 volts à 3,5 volts et dans un mode de réalisation préféré de 1,7 volts à 2,5 volts. La présente invention propose une structure pour une résistance programmable qui garantit que la résistance va se programmer à un état de résistance moyenne plutôt que se détruire et passer à l'état de circuit ouvert. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente une vue de dessus d'une résistance programmable bi-couche conformément à un mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 2 représente une vue en coupe transversale de la résistance programmable bi-couche représentée sur la figure 1 conformément à un mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 3 représente une vue schématique d'un circuit simplifié utilisé pour programmer une résistance programmable bi-couche conformément à un mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 4 représente une vue en coupe transversale d'une résistance programmable bi-couche après avoir été programmée conformément à un mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention. DESCRIPTION DU MODE DE REALISATION PREFERE La figure 1 représente une vue de dessus d'une résistance programmable conformément à un mode de réalisation préféré de la présente invention. La résistance programmable, lorsqu'elle est programmée, établit une transition prévisible entre une résistance faible et une résistance moyenne. Ceci s'oppose à un fusible classique qui devient un circuit ouvert après avoir été programme. La vue de dessus représente une couche de siliciure 20 (dans le présent document, le siliciure est également compris comme un siliciure de métal). La couche de siliciure 20 constitue la couche supérieure d'une bi--couche de matériau composé de polysilicium et de siliciure. Un contact 21 et un contact 22 sont utilisés pour connecter électriquement la résistance programmable aux couches supérieures. La résistance programmable est conçue pour être aussi petite que possible, étant donné les restrictions des règles de conception du procédé. Ceci minimise la masse thermique de l'élément et facilite sa programmation. La résistance programmable présente un rétrécissement au niveau d'une région 23 jusqu'à la largeur minimum (L) autorisée dans les règles de conception. Ce rétrécissement crée un chauffage localisé au niveau de la région 23 en dissipant la majorité de la puissance dans un faible volume. Dans un procédé CMOS typique, la résistance de la double couche de siliciure et de polysilicium est typiquement de 10 Q/carré environ. Ainsi, la résistance totale de la résistance programmable représentée sur la figure 1 est par exemple de 50 Q environ. La figure 2 représente une vue en coupe transversale de la résistance programmable bi-couche représentée sur la figure 1. La résistance programmable est représentée comme étant un film bi-couche composé d'une couche 20 de siliciure de résistance modérément faible superposée sur une couche 28 de polysilicium dopé de résistance plus élevée. La résistance programmable peut être construite à n'importe quel stade de la fabrication d'un circuit intégré. Cependant, la structure bi-couche utilisée pour former la résistance programmable représentée sur la figure 1 est communément utilisée pour créer l'électrode de grille dans un procédé CMOS de pointe. Ainsi, dans un procédé CMOS de pointe, il est avantageux de former la résistance programmable au-dessus d'un oxyde épais 29 disposé sur un substrat de silicium 30. Des diélectriques intercouche 25, 26 et 27 sont disposés autour de la résistance programmable conformément aux étapes de fabrication d'un circuit intégré classique. La couche de siliciure 20 est par exemple du siliciure de tungstène de 150 nm (1500 A) d'épaisseur. En variante, le métal utilisé pour la composition de siliciure de métal de la couche de siliciure 20 peut se composer par exemple de titane (Ti), molybdène (Mo), chrome (Cr), nickel (Ni), cobalt (Co) ou tantale (Ta). La couche de polysilicium 28 présente, par exemple, une épaisseur de 100 nm (1000 A) et est dopée avec du phosphore. Par exemple, la résistance par carré d'une couche en siliciure de tungstène est typiquement de 12 Q/carré, contrairement à la résistance d'une couche de polysilicium qui est comprise par exemple entre 50 et 100 Q/carré (en fonction, entre autres facteurs, de la concentration du phosphore dopant dans le polysilicium). Ainsi la résistance du matériau composite constitué de la couche de siliciure 20 et de la couche de siliciure 28 est par exemple de Q/carré environ. La figure 3 représente une vue schématique d'un circuit de programmation simplifié 31 utilisé pour programmer une résistance programmable bi-couche 34. Le circuit de programmation 31 comprend une source de tension 32 et une impédance de sortie (Rp) 33. La source de tension 32 est par exemple la tension d'alimentation qui est, par exemple, de 3,3 volts, 2,5 volts ou une quelconque autre tension utilisée comme alimentation sur un circuit intégré. Dans le mode de réalisation préféré, le circuit de programmation 31 est conçu de manière à maintenir la tension dans la résistance programmable 34 sensiblement constante pendant le cycle de programmation (par opposition à la conservation du courant à un niveau constant). Afin que la tension dans la résistance programmable reste sensiblement inchangée pendant l'opération de programmation, l'impédance de sortie 33 du circuit de programmation 31 est sensiblement plus faible que la résistance initiale (Rf) de la résistance programmable 34. Pour la résistance programmable représentée sur la figure 1 et la figure 2 qui présente une résistance totale de 50 Q, comme indiqué ci-dessus, une tension de programmation comprise dans la gamme allant de 1,7 volts à 2,7 volts convient en tant que tension de programmation. Cette tension est faible, même par rapport à la tension de fonctionnement des circuits intégrés CMOS les plus élaborés et ne présente aucun problème particulier en termes de contrainte galvanique sur les transistors utilisés dans les circuits de programmation. Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, la gamme de la tension de programmation peut être par exemple comprise entre 1,2 volts et 3,5 volts. Comme indiqué ci-dessous, des expériences ont montré que la résistance finale de la résistance programmée représentée sur la figure 1 et la figure 2 est sensiblement constante pour des tensions de programmation comprises dans la gamme allant de 1,7 à 2,7 volts et pour une largeur d'impulsion de programmation dans la gamme allant de 10 ms à 1 s. L'impédance de sortie 33 du circuit de programmation 31 est par exemple comprise dans la gamme allant de 10 à Q. Lors de la programmation de la résistance programmable, un courant de 20 à 30 milliampères (mA) circule dans la résistance programmable. Etant donné que la valeur de résistance de la couche de siliciure 20 est significativement plus faible que celle de la couche de polysilicium sous-jacente 28, la plus grande partie du courant sera transportée par la couche de siliciure 20 et les effets du chauffage y sont donc concentrés. En raison de la faible masse thermique de la résistance programmable, elle s'échauffe rapidement. Une température élevée associée à un débit de courant local élevé dans la région 23 provoque des effets d'électromigration dans la couche de siliciure 20. Au niveau de la région 23, un flux de réseau de siliciure est transporté le long de la résistance programmable dans la direction du flux d'électrons. En l'espace de quelques millisecondes, la migration du siliciure devient tellement importante qu'une rupture survient dans la couche de siliciure 20. Cette rupture intervient de manière très typique au niveau d'une extrémité de la région 23 o il y a une modification importante de la vitesse de transport du matériau. Une fois la rupture survenue dans la couche en siliciure 20, le courant de programmation est contraint de circuler dans la couche en polysilicium sous-jacente 28. Cette transition abrupte dans le mécanisme transportant le courant de la résistance programmable conduit à une hausse importante de la résistance totale. La valeur de résistance de la résistance programmable passe typiquement de 50 Q environ à 600 Q environ, soit une augmentation d'un facteur de 12. En raison de la conception des circuits de programmation 31, comme indiqué ci- dessus, la tension de programmation dans la résistance programmable est maintenue sensiblement constante pendant cette augmentation abrupte de la résistance. Puisque la dissipation de puissance dans la résistance programmable est égale au carré de la tension divisé par la résistance (V2/R), lorsque la résistance augmente d'un facteur de 12, la dissipation de puissance chute d'un facteur de 12. Le courant de programmation chute également d'un facteur de 12. Cette baisse abrupte à la fois de la dissipation de puissance (par conséquent de la température) et du courant de programmation arrête de manière effective le mécanisme de programmation, limitant ainsi les dommages causés à la résistance programmable. Le résultat final est que la résistance programmable effectue une transition nette entre un état de résistance faible et un état de résistance moyenne sans entrer en mode de claquage en se détruisant comme c'est typiquement le cas avec un fusible classique. Etant donné qu'il n'y a pas de vaporisation du matériau de la résistance programmable, les problèmes de rupture de diélectrique et de fiabilité associés aux fusibles de la technique antérieure sont éliminés. La figure 4 représente une vue en coupe transversale d'une résistance programmable bi-couche après avoir été programmée. La figure 4 montre une rupture dans la couche en siliciure 20. Comme l'illustrent les flèches 41, à l'emplacement de la rupture dans la couche en siliciure 20, le courant qui traverse la résistance programmable est contraint de traverser la couche en polysilicium 28, augmentant ainsi de manière significative la résistance de la résistance 20. L'état de résistance final de la résistance programmable est sensiblement indépendant de la tension de programmation et du temps de programmation. Des expériences ont montré que la résistance finale de la résistance programmée représentée sur la figure 1 et la figure 2 est sensiblement constante pour des tensions de programmation comprises dans la gamme allant de 1,7 à 2,7 V et une largeur d'impulsion de programmation dans la gamme allant de 10 ms à 1 s. Le fait que les conditions de programmation n'exercent aucune influence résulte directement du caractère auto-limiteur de l'événement de programmation lorsqu'est appliquée une impulsion de programmation de tension constante. Les propos qui précèdent présentent et décrivent simplement des exemples de procédés et de modes de réalisation de la présente invention. Comme le comprendront les spécialistes de la technique, l'invention peut être réalisée sous d'autres formes spécifiques sans s'écarter de son esprit ou de ses caractéristiques essentielles. Par exemple, alors que le mode de réalisation préféré de la présente invention utilise une résistance de programmation composée d'une couche de siliciure sur une couche de polysilicium, il va de soi que des couches doubles de nombreux autres types de matériau peuvent être utilisées pour mettre en oeuvre une résistance programmable à condition que les couches présentent une résistivité différente. Par conséquent, la description de la présente invention est destinée à illustrer et non à limiter l'étendue de l'invention qui est indiquée dans les revendications suivantes. REVENDICATIONS 1. Procédé permettant de fournir une résistance programmable comprenant les étapes suivantes consistant à: (a) réaliser une résistance composite bi-couche, une première couche (20) de la résistance bi-couche présentant une résistance sensiblement inférieure à celle d'une seconde couche (28) de la résistance bi- couche; et (b) programmer la résistance bi-couche, la programmation comprenant la sous-étape consistant à: (b.1) appliquer un signal à travers la résistance bi-couche, un courant résultant généré par le signal traversant en parallèle la première couche (20) de la résistance bi-couche et la seconde couche (28) de la résistance bi- couche, une tension du signal étant d'un niveau suffisant pour qu'une première partie du courant résultant qui traverse la première couche (20) provoque une rupture dans la première couche de la résistance bi- couche, la tension du signal n'étant pas d'un niveau suffisant pour permettre à la seconde partie du courant résultant qui traverse la seconde couche (28) de provoquer une rupture dans la seconde couche de la résistance bi-couche. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape (a) comprend les sous-étapes suivantes consistant à: (a.1) réaliser la seconde couche (28) en polysilicium; et (a.2) réaliser la première couche (20) en un siliciure de métal. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le siliciure de métal est du siliciure de tungstène dans la sous-étape (a.2). 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le signal de courant continu est généré dans la sous- étape (b.1) par un dispositif de programmation (31) qui a une valeur de résistance de sortie (33) qui est significativement inférieure à une valeur de résistance à travers la résistance programmable avant la programmation de la résistance programmable dans l'étape (b). 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le signal dans la sousétape (b.1) est un signal de courant continu avec une tension constante. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la tension constante dans la sous-étape (b.1) est comprise dans une gamme allant de 1,2 volts à 3,5 volts. 7. Résistance programmable comprenant: une structure bi-couche présentant une première région, une seconde région et une région rétrécie (23) qui connecte électriquement la première région à la seconde région, dans laquelle la largeur de la structure bi-couche est significativement plus faible au niveau de la région rétrécie qu'au niveau de la première région et de la seconde région, la structure bi- couche comprenant: une première couche (20) et, une seconde couche (28), la première couche de la structure bi-couche présentant une résistance sensiblement inférieure à la seconde couche de la structure bi-couche de telle sorte que, lorsqu'un signal avec une tension prédéterminée est appliqué à travers la structure bi-couche, un courant résultant généré par le signal traversant en parallèle la première couche de la structure bi-couche et la seconde couche de la structure bi- couche provoque une rupture dans la première couche (20) de la structure bi-couche au niveau de la région rétrécie mais ne provoque pas de rupture dans la seconde couche (28) de la structure bi- couche. 8. Résistance programmable selon la revendication 7, dans laquelle la seconde couche (28) comprend du polysilicium et la première couche (20) comprend un siliciure de métal. 9. Résistance programmable selon la revendication 8, dans laquelle le siliciure de métal comprend du siliciure de tungstène. 10. Résistance programmable selon la revendication 7 comprenant en outre: une premier contact couplé électriquement à la première région; et un second contact couplé électriquement à la seconde région. 11. Procédé pour programmer une résistance programmable comprenant les étapes suivantes consistant à: (a) appliquer un signal à travers la résistance programmable de telle sorte qu'un courant résultant généré par le signal traverse en parallèle une première couche (20) de la résistance programmable et une seconde couche (28) de la résistance programmable, une tension du signal étant d'un niveau suffisant pour qu'une première partie du courant résultant qui traverse la première couche provoque une rupture dans la première couche de la résistance programmable, la tension du signal n'étant pas d'un niveau suffisant pour permettre à la seconde partie du courant résultant qui traverse la seconde couche de provoquer une rupture dans la seconde couche de la résistance programmable; et (b) supprimer le signal traversant la résistance programmable. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel la seconde couche (28) dans l'étape (a) comprend du polysilicium et la première couche (20) comprend un siliciure de métal. 13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel le siliciure de métal dans l'étape (a) est du siliciure de tungstène. 14. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le signal de courant continu dans l'étape (1) est généré par un dispositif de programmation (31) qui présente une valeur de résistance de sortie (33) qui est significativement inférieure à une valeur de résistance à travers la résistance programmable avant la programmation à l'étape (a) de la résistance programmable. 15. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le signal dans l'étape (a) est un signal de courant continu avec une tension constante. 16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel la tension constante dans l'étape (a) est comprise dans une gamme allant de 1,2 volts à 3,5 volts.