[发明专利]反熔丝存储装置

说明书

技术领域

本发明一般涉及非易失性可编程存储装置，更具体地，涉及一次可编程(OTP)存储器单元及其制造方法。

背景技术

不断需要提供减小尺寸、改进的存储容量和超长保持时间优势的成本有效存储器模块。基于阻抗的存储器装置是这种存储器的一种有吸引力的选择。例如，基于阻抗的存储器可以是现场可编程门阵列(FPGA)或可编程只读存储器(PROM)及其它。基于阻抗的存储器模块中的每一个存储器单元均包括诸如熔丝和反熔丝之类的阻抗性存储器部件。任一个存储器单元的阻抗值可以配置为转换为逻辑比特值“0”的相对较高值或者转换为逻辑比特值“1”的相对较低值。可以通过向存储器单元施加电压并且测量流过所述存储器单元的电流来确定选定存储器单元的阻抗。

一次可编程(OTP)单元只能编程一次；当不再向所述存储器装置供电时他们不会丢失所存储的信息，也不能擦除信息以便能够再次编程。可以通过写入全部单元来擦除信息。许多不同类型的非易失性OPT存储器单元是已知的。例如，美国专利No.6,737,686描述了一种包括彼此接触的加热部件和电压击穿部件(处于放热材料形式)的存储器单元。当用所需逻辑比特值对存储器单元编程时，在存储器单元两端施加电压，引起电流通过所述存储器单元。该电流引起加热部件的温升。如果电压击穿部件是熔丝，那么该温升加速了通过导电击穿部件提供的导电通路的瓦解。当导电通路瓦解时，存储器单元的阻抗增加至表示所需逻辑比特值的水平。如果电压击穿部件是反熔丝，那么温升可以加速电压击穿部件中的导电通路的形成。

然而，使用加热部件加速已有放热材料的放热反应可能对于单元的长期稳定性具有不利的影响。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种非易失性可编程存储器单元，其中电压击穿元件本身不需要由放热材料构成，并且其中不需要采用加热部件。

根据本发明，提出了一种制造具有至少两个端子的非易失性存储器单元的方法，可通过在所述端子两端施加电压以便将其阻抗从表示第一逻辑比特值的相对较高阻抗的第一阻抗改变为表示第二逻辑比特值的相对较低的第二阻抗，对所述易失性存储器单元编程，所述方法包括步骤：形成包括多层材料的叠层，所述叠层包括第一导电材料层和第二导电材料层、并且其间具有绝缘材料层，所述第二导电材料包括稳定的化合物，所述绝缘材料层使得向所述单元施加所述电压引起所述绝缘层的局部击穿，所述方法还包括步骤：选择所述第一和第二导电材料层，使得通过所述绝缘层的局部击穿产生的热激发其间的放热化学反应，以便在所述单元中产生足够的能量以改变所述叠层的所述层中的一个的至少一部分的状态，并且在所述端子之间产生稳定的短路，并且将所述存储器单元的阻抗从相对较高阻抗的所述第一阻抗改变为相对较低阻抗的所述第二阻抗。

第一和第二导电层两者本身均是高度热稳定的，并且可以彼此进行放热反应以在所述单元内将能量放大到所需水平。这通过作为放热反应的结果产生的化学能量来实现，取决于第一和第二导电层的材料之间的Gibbs自由能差。

第二导电材料有益地是稳定的化合物，并且更具体地是诸如RuO₂、In₂O₃、NiO、ZnO、Ag₂O和IrO₂之类的稳定氧化物。在这种情况下，绝缘层可是第一导电层的天然或特制金属氧化物，或者诸如Si等之类的第三材料。第一导电层可以包括Al、Al/Ag混合物等的一种或更多种。

在第一实施例中，作为第一和第二导电层之间的放热化学反应的结果，在第一和第二层之间产生短路。在替换实施例中，可以将非晶相变材料层设置在端子之间，选择所述非晶相变材料层使得作为放热化学反应的结果在单元中产生的能量引起所述非晶相变材料改变为导电晶态相变材料，从而在端子之间产生短路。