Brevet FR2990291A1 — publié le 20131108

B11576 - 11-GR1-1143 1 PROCÉDÉ DE CONTRÔLE DU CLAQUAGE D'UN ANTI FUSIBLE Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des points mémoire, et plus particulièrement des points mémoires à anti- fusible, c'est-à-dire des points mémoire dont l'élément de mémorisation, non passant à son état initial, devient passant après programmation. Exposé de l'art antérieur La figure 1 représente un exemple de point mémoire à antifusible. Dans la partie supérieure d'un substrat semiconducteur 1 de type P sont délimitées des zones actives 2, dont chacune est entourée d'un anneau isolant 3. L'anneau isolant 3 est par exemple du type couramment désigné dans la technique par l'appellation STI de l'anglais Shallow Trench Isolation - isolement par tranchée peu profonde. Dans chaque zone active sont formés un élément de mémoire à antifusible et ses éléments de contrôle. L'élément de mémoire proprement dit est constitué d'une région isolante très mince 7 surmontée d'un plot conducteur 9. La région 7 est formée au-dessus d'une partie de la zone active ou caisson 2 de type P. Deux transistors d'accès à canal N sont formés dans la zone active pour relier la région disposée sous l'isolant mince 7 à une borne désignée par l'appellation BL B11576 - 11-GR1-1143 2 qui correspond généralement à une borne de ligne de bits. Le premier transistor 11, de transfert, comprend une grille isolée 13 formée au-dessus du substrat entre des régions de drain et de source 14 et 15. Le deuxième transistor 21, de lecture, comprend une grille isolée 23 entre des régions de drain et de source 15 et 24. La région 24 est recouverte d'un plot 25 relié à la borne BL. On a en outre représenté une métallisation 27 solidaire d'une région p+ 29 formée dans le substrat 1 en dehors des 10 zones actives. La métallisation 31 est reliée à une borne BULK généralement connectée à la masse. Le point mémoire a l'un ou l'autre de deux états selon que l'isolant 7 isole effectivement le conducteur 9 du substrat ou que cet isolant est rendu conducteur par passage d'un fort 15 courant, de programmation. Ce courant de programmation résulte d'une tension de programmation appliquée entre une borne HV reliée à la couche conductrice 9 et la borne BL tandis que les transistors 11 et 21 sont mis à l'état passant. La figure 2 illustre le courant I dans l'antifusible 20 pendant la phase de programmation. Dans un premier temps, pendant une durée Tl, qui correspond à la phase de claquage de l'antifusible, le courant varie lentement. Ensuite, à partir de la fin de la durée Tl, le courant IHv augmente brutalement puis reste sensiblement constant en raison de la saturation en 25 courant des transistors d'accès 11 et 21. Les essais effectués montrent que la durée Tl est très variable, par exemple dans une plage de 100 ns et 10 ps, d'un dispositif antifusible à l'autre d'une même plaquette et pour des dispositifs antifusibles de lots de plaquettes différents, 30 même pour des antifusibles théoriquement identiques. Ainsi, en pratique, on effectue de nombreux tests et on choisit comme durée de programmation une durée au moins égale à la durée de programmation la plus longue détectée au cours des tests. On constate en outre que la résistivité d'antifusibles ainsi 35 programmés n'a pas une valeur minimale et constante. B11576 - 11-GR1-1143 3 Ainsi, il existe un besoin d'un procédé de programma- tion assurant que la résistivité d'antifusibles programmés a une valeur minimale et constante. Il existe en outre un besoin pour réduire la durée de 5 programmation d'antifusibles. Résumé Ainsi, un mode de réalisation de la présente invention prévoit un procédé de contrôle du claquage d'un antifusible formé sur un substrat semiconducteur comprenant les étapes 10 suivantes : application d'une tension de programmation ; détection d'un instant de claquage ; et interruption de l'application de la tension de programmation à un instant suivant l'instant de claquage d'une 15 durée de post-claquage. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la durée de post-claquage est déterminée par des essais préalables pour des antifusibles de caractéristiques déterminées. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 20 l'antifusible est formé au-dessus d'un caisson entouré d'un isolant périphérique, la face inférieure du caisson reposant sur une couche enterrée de type de conductivité opposé à celui du caisson, l'antifusible étant formé au-dessus d'une région adjacente à un ou plusieurs transistors MOS reliés à une borne 25 de référence, et la détection de l'instant de claquage est réalisée par la détection du courant généré dans le substrat. Selon un mode de réalisation de la présente invention, on compare le courant généré dans le substrat à un premier seuil pour déterminer la fin du claquage. 30 Selon un mode de réalisation de la présente invention, la tension de claquage est fournie par une source de tension sans limitation de courant, et, après dépassement du premier seuil, on compare la valeur du courant généré dans le substrat à un deuxième seuil atteint par voie décroissante. B11576 - 11-GR1-1143 4 Selon un mode de réalisation de la présente invention, le deuxième seuil est choisi égal à 30 à 70 % du courant de crête au moment du claquage. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 5 le procédé comprend en outre l'étape consistant à interrompre l'application de la tension de programmation immédiatement après que le passage par le deuxième seuil a été détecté. Un mode de réalisation de la présente invention prévoit un dispositif de contrôle du claquage d'un antifusible 10 formé sur un substrat semiconducteur, au-dessus d'un caisson entouré d'un isolant périphérique, la face inférieure du caisson reposant sur une couche enterrée de type de conductivité opposé à celui du caisson, comprenant un détecteur du courant sur une borne substrat, et un comparateur de la valeur dudit courant à 15 un premier seuil. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comprend en outre un comparateur de la valeur dudit courant à un deuxième seuil atteint par voie décroissante. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 20 le dispositif comprend en outre des moyens pour interrompre l'application de la tension de programmation après que le deuxième seuil a été atteint. Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres 25 seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1, décrite précédemment, représente un exemple de point mémoire à antifusible ; 30 la figure 2, décrite précédemment, représente la variations de courant dans un antifusible pendant l'application d'une tension de programmation ; la figure 3 représente un mode de réalisation de point mémoire à antifusible ; et B11576 - 11-GR1-1143 la figure 4 représente des variations de courant dans un antifusible pendant l'application d'une tension de programmation. Description détaillée 5 Les inventeurs ont découvert que, pour obtenir des antifusibles programmés ayant une résistivité de valeur constante et minimale, il convenait de leur appliquer une tension de programmation de durée bien déterminée adaptée à chaque antifusible. Des essais ont montré qu'il n'était pas souhaitable d'interrompre le courant de programmation à la fin de la durée Tl susmentionnée, mais qu'il fallait prolonger la phase de programmation pendant une durée de post-claquage 12 au-delà de la phase Tl pour assurer que l'antifusible est bien entièrement transformé en un élément conducteur de résistivité minimale. Cette durée 12 qui peut être déterminée expérimentalement pour des antifusibles de mêmes caractéristiques est relativement constante (à 10 % près) et est couramment de l'ordre de quelques microsecondes. En outre des essais ont montré que, si cette durée 12 est dépassée, par exemple de plus de 50 %, la résisti- vité des antifusibles programmés augmente au-delà de la valeur minimale. Etant donnée la grande dispersion susmentionnée de la durée de claquage Tl, les procédés classiques - dans lesquels on choisit comme durée de programmation une durée fixe au moins égale à la durée de programmation la plus longue détectée au cours de nombreux tests - conduisent inévitablement à obtenir des antifusibles programmés n'ayant pas une résistivité de valeur constante et minimale. Ceci est dû au fait que la durée totale de programmation est alors soit inférieure (pour les antifusibles pour lesquels la durée de claquage est grande) soit supérieure (pour les antifusibles pour lesquels la durée de claquage est faible) à la durée optimale Tl + 12. Il est donc souhaitable de détecter la fin de la période Tl pour n'appliquer à chaque antifusible à programmer la tension de programmation que pendant la durée Tl prolongée de la 35 durée 12, qui peut avoir été déterminée expérimentalement par B11576 - 11-GR1-1143 6 des essais préalables ou qui peut être déterminée lors de chaque programmation comme cela sera exposé ci-après. Selon un mode de réalisation on utilise un point mémoire à antifusible tel qu'illustré en figure 3. En figure 3, les mêmes références que celles de la figure 1 sont utilisées pour désigner de mêmes éléments. De plus, en figure 3 comme en figure 1, conformément à l'usage dans le domaine de la représentation des circuits intégrés, les divers éléments et couches ne sont pas tracées à l'échelle. Les mêmes éléments que ceux de la figure 1 ne seront pas décrits à nouveau. Une différence importante entre ces deux figures est que le dispositif de la figure 3 comprend une couche enterrée 30 de type N sous chaque zone active. De plus on prévoit des moyens pour mesurer, pendant les phases de program- mation, le courant sortant 'BULK quand la borne BULK est connectée à la masse. La figure 4 est une courbe de courant en fonction de temps. On a indiqué dans cette figure l'allure du courant IHv entrant par la borne HV, du courant IBL sortant par la borne BL et du courant 'BULK sortant par la borne BULK. Jusqu'au claquage (durée Tl), comme dans le cas de la figure 2, les courants entrant IHv et sortant IBL sont sensiblement égaux tandis que le courant 'BULK sur la borne BULK est sensiblement nul. A partir de la fin de la durée Tl, en considérant qu'il n'y a pas d'élé- ment créant une saturation du courant fourni par la source de haute tension HV, le courant entrant IHv augmente brutalement, puis décroit régulièrement, et la même variation est observée sur le courant 'BULK. Pendant cette phase, le courant sortant IBL se maintient à une valeur constante en raison de la saturation des transistors d'accès et le courant IHv est égal à IBL 'BULK L'apparition du courant 'BULK est difficilement expliquée mais est sans doute dû au fait que dès que l'isolant 7 correspondant à l'antifusible est court-circuité, il y a une 35 injection de porteurs dans le substrat qui entraîne la mise en B11576 - 11-GR1-1143 7 conduction du transistor PNP existant entre la partie de la zone active 2 située sous le point mémoire, la zone enterrée de type N 2 et le substrat 1. La variation du courant IBuLK d'une valeur nulle à une valeur positive dépend bien entendu du point mémoire particulier considéré, mais il sera facile de comparer le courant IBuLK à un seuil 'TH' et on détermine alors avec précision et facilité l'instant du claquage et donc la durée Tl. Incidemment, on notera que la détection de transition est plus facile à réaliser sur le courant IBuLK que sur le courant IHv ou sur le courant IBL car la transition sur IBuLK a lieu entre zéro et une valeur positive tandis que les transitions des courants IHv et IBL se produisent entre deux valeurs non nulles. De plus, il est difficile de mesurer le courant IHv au niveau de la haute tension car cela nécessiterait des dispositifs de mesure spécifiques susceptibles d'être reliés à la tension haute. Après la durée Tl, le courant IBuLK décroît et on peut à nouveau détecter la transition dans le sens descendant jusqu'à un deuxième seuil I1H2 supérieur ou inférieur au seuil 'TH'. Des études expérimentales ont montré que le moment (fin de la durée 12) auquel l'antifusible atteint une résistance minimale à l'état programmé correspond à un instant auquel du courant IBuLK devient égal à un pourcentage de l'ordre de 30 à 70 % de sa valeur maximale. Il est donc prévu d'interrompre l'application de la tension de programmation dès que le seuil I1H2 choisi pour correspondre à cette plage de pourcentages est atteint. On peut ainsi tenir compte des variations éventuelles de la durée 12 pour fixer la durée totale de programmation du point mémoire. Grace au processus décrit ci-dessus, on raccourcit la durée de programmation et l'énergie dépensée pour la programmation étant donné que, en pratique, la durée Tl est très largement variable, par exemple de 100 ns à 10 ps, pour des points mémoire théoriquement identiques mais distincts sur une plaquette ou distincts d'un lot de plaquettes à un autre. De B11576 - 11-GR1-1143 8 plus on s'assure que l'antifusible aura une résistance minimale à l'état programmé. Bien entendu, ce qui précède est susceptible de nombreuses variantes. On a décrit un point mémoire à antifusible parti- culier. L'invention s'applique de façon générale à tout point mémoire à antifusible. Différents types d'éléments de mémorisation antifusibles comprenant des couches minces isolantes de diverses natures surmontées de couches conductrices de diverses natures pourront être utilisés. De même, divers types de circuits de programmation et de lecture de ces antifusibles pourront être utilisés et non seulement des circuits à deux transistors tels que décrits ici à titre d'exemple. On a mentionné des régions et couches de type N et P. 15 Tous les types de conductivité pourront être inversés. On n'a pas représenté ni décrit en détail de moyen de mesure du courant IBuLK mais tout homme de métier sait réaliser une détection de courant entre une borne et une connexion à la masse de cette borne. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle du claquage d'un antifusible (7) formé sur un substrat semiconducteur (1) comprenant les étapes suivantes : application d'une tension de programmation (HV) ; détection d'un instant de claquage ; et interruption de l'application de la tension de programmation à un instant suivant l'instant de claquage d'une durée de post-claquage. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la 10 durée de post-claquage est déterminée par des essais préalables pour des antifusibles de caractéristiques déterminées. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'antifusible (7, 9) est formé au-dessus d'un caisson (2) entouré d'un isolant périphérique (3), la face inférieure du 15 caisson reposant sur une couche enterrée (4) de type de conductivité opposé à celui du caisson, l'antifusible étant formé au-dessus d'une région adjacente à un ou plusieurs transistors MOS (11, 21) reliés à une borne de référence (BL), dans lequel la détection de l'instant de claquage est réalisée par la détection 20 du courant (IBuLK) généré dans le substrat. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel on compare le courant (IBuLK) généré dans le substrat à un premier seuil (ITH1) pour déterminer la fin du claquage. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la 25 tension de claquage est fournie par une source de tension sans limitation de courant, et dans lequel, après dépassement du premier seuil, on compare la valeur du courant (IBuLK) généré dans le substrat à un deuxième seuil (ITH2) atteint par voie décroissante. 30 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le deuxième seuil (I1H2) est choisi égal à 30 à 70 % du courant de crête au moment du claquage. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, comprenant en outre l'étape consistant à interrompre l'application de laB11576 - 11-GR1-1143 10 tension de programmation (HV) immédiatement après que le passage par le deuxième seuil a été détecté. 8. Dispositif de contrôle du claquage d'un antifusible (7, 9) formé sur un substrat semiconducteur, au-dessus d'un 5 caisson (2) entouré d'un isolant périphérique (3), la face inférieure du caisson reposant sur une couche enterrée (4) de type de conductivité opposé à celui du caisson, comprenant : un détecteur du courant (IBuLK) sur une borne substrat, et 10 un comparateur de la valeur dudit courant à un premier seuil (ITH1). 9. Dispositif selon la revendication 8, comprenant en outre un comparateur de la valeur dudit courant à un deuxième seuil (I1H2) atteint par voie décroissante. 15 10. Dispositif selon la revendication 9, comprenant en outre des moyens pour interrompre l'application de la tension de programmation (HV) après que le deuxième seuil a été atteint.