Abstract
안티퓨즈 소자는 프로그램 가능한 절연층의 상하 각각에 금속층이나 다결정 실리콘 등의 전도 가능한 전극으로 구성된다. 프로그램은 상하 전극간에 임계전압을 가했을 때 일어나게 되며 이때 절연층이 파괴되므로 비가역적이어서 재사용은 불가능하게 된다. 안티퓨즈 소자는 이러한 프로그램 특성으로 인하여 메모리 소자를 이용한 스위치 보다 속도나 집적도 면에서 우수하다. FPGAsdp 사용되는 안티퓨즈 소자는 집적도의 향상과 적정 절열파괴전압 구현을 위해 절연막의 두께를 감소시키는 것이 바람직하다. 그러나 두께나 감소될 경우 바닥전극의 hillock에 큰 영향을 받게 되며, 그로 인해 절연막의 두께를 감소시키는 것는 한계가 있는 것으로 보고되어 있다. 본 논문에서는 낮은 구동 전압에서 동작하고 안정된 on/pff 상태를 갖는 Al/TiO2-SiO2/Mo 형태의 안티퓨즈 소자를 제안하였다. 만들어진 antifuse cell은 0.6cm2 크기로 약 300개의 샘플을 제작하여 측정하였다. 비저항이 6-9 $\Omega$-cm인 P형의 실리콘 웨이퍼에 RF 마그네트론 스퍼터링(RF magnetron sputtering) 방법으로 하부전극인 Mo를 3000 증착하였다. SiO2는 안티퓨즈에서 완충막의 역할을 하며 구조적으로 antifuse cell을 완전히 감싸고 있는 형태로 제작되었다. 완충막 구조를 만들기 dln해 일반적인 포토리소그라피(Photo-lithography)작업을 거처 형성하였다. 형성된 hole의 크기는 5$mu extrm{m}$$\times$5$\mu\textrm{m}$ 이었다. 완충막이 형성된 기판위에 안티퓨즈 절연체인 SiO2를 PECVD 방식으로 100 증착하였다. 그 후 이중 절연막을 형성시키기 위해 LPCVD를 이용하여 TiO2를 150 증착시켰다. 상부 전극은 thermal evaporation 방식으로 Al을 250nm 증착하여Tejk. 하부전극으로 사용된 Mo 금속은 표면상태가 부드럽고 녹는점이 높은 매우 안정된 금속으로, 표면위에 제조된 SiO2의 특성을 매우 안정되게 유지시켰다. 제안된 안티푸즈는 이중절연막을 증착함으로서 전체적인 절연막의 두께를 증가시켜 바닥전극의 hillock의 영향을 적게 받아 안정성을 유지할 수 있도록 하였다. 또한, 두 절연막 사이의 계면 반응에 의해 SiO2 막을 약화시켜 절연막의 두께가 두꺼워졌음에도 기존의 SiO2 절연막의 절연 파괴 전압 및 누설 전류오 비교되는 특성을 가졌다. 이중막을 구성하고 있는 안티퓨즈의 ON-저항이 단일막과 비교해 비슷한 것을 볼 수 잇는데, 그 이유는 TiO2에 포함된 Ti가 필라멘트에 포함되어 있어 필라멘트의 저항을 감소시켰기 때문으로 사료된다. 결국 이중막을 구성시 ON-저항 증가에 의한 속도 저하 요인은 없다고 할 수 있다. 5V의 절연파괴 시간을 측정한느 TDDB 테스트 결과 1.1$\times$103 year로 기대수치인 수십 년보다 높아 제안된 안티퓨즈의 신뢰성을 확보 할 수 있었다. 제안된 안티퓨즈의 이중 절연막의 두께는 250 이고 프로그래밍 전압은 9.0V이고, 약 65$\Omega$의 on 저항을 얻을수 있었다.
