[发明专利]包括硫族化物材料的一次可编程器件及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件和包括所述半导体器件的电子系统，更具体地，涉及一种一次可编程器件、具有所述一次可编程器件的存储器件、包括所述一次可编程器件的电子系统、以及操作所述一次可编程器件的方法。

背景技术

电子系统可以包括一个或更多集成电路器件，例如微处理器、输入/输出(I/O)单元、可编程门阵列、存储器件。存储器件可以包括冗余修复器件。当在制造器件之后在其上执行预定的编程操作时，可以改变具有冗余修复电路的器件的功能或电路结构。

可以将存储器件分类为易失性存储器件和非易失性存储器件。相变存储器件(phase change memory device)是一种众所周知的非易失性存储器件。相变存储器件可以包括设置在衬底的单元区域中的相变存储单元的阵列。相变存储单元包括开关器件和与开关器件串联的数据存储元件。数据存储元件可以具有顶部电极和底部电极以及其间的相变材料层，在所述数据存储器件上电极之一与开关器件电连接。相变材料可以包括硫族化合物材料。

然而，当单元之一有缺陷时，相变存储器件可能不能正确地操作。为了克服该问题，广泛地采用提供冗余修复电路的技术。冗余修复电路包括衬底的熔丝(fuse)区中的一个或更多熔丝。使用测试过程找到有缺陷的单元，并且使用修复过程切断与有缺陷单元相连的熔丝。在这种情况下，通过冗余修复电路将有缺陷的单元用相应的冗余存储单元代替。

切断熔丝的方法可以包括用激光束熔化熔丝。在这种情况下，为了在切断与有缺陷单元相连的熔丝的同时防止相邻的熔丝损坏，熔丝之间的间隔应该大于激光束照射的区域。因此熔丝之间间隔的减小可能受限于由激光束照射区域的尺寸。此外，可能难以将其它器件堆叠到熔丝上。因此，采用激光束切断熔丝的方法可能减小器件的集成密度。

为了解决该问题，可以电学地切断与有缺陷单元相连的熔丝。传统的熔丝由多晶硅层或金属层形成。可以提供较高的驱动电流以切断与有缺陷单元相连的熔丝。因为可能需要较高的驱动电流，开关器件的尺寸也需要相对较大。较大的开关器件可能消耗过多的面积和/或功率。

同时，在2004年3月9日出版的、与美国专利6,703,680相对应的Toyoshima Yoshiaki的题为“Programmable Element，ProgrammableCircuit and Semiconductor Device”的韩国专利公开No.2003-0045603中公开了形成熔丝的其它方法。在2006年5月30日出版的、与美国专利7,052,941相对应的Sang Yun Lee的题为“Three Dimensional ICStructure and Fabricating Method Thereof for Forming VariousSemiconductor Devices Having Vertical Structure By ApplingThree-Dimensional IC”的韩国专利公开No.10-2005-0003326中公开了形成熔丝的其它方法。

最后，在Matsuo Mie等人的题为“Fuse Device”的日本专利公开No.2004-103604中描述了一种熔丝设备。如在该专利公开摘要的英语译文中所描述的，熔丝器件配置有：在半导体衬底上形成的绝缘膜，以及在绝缘膜内部形成的、并且利用由来自加热装置的热引起的相变来改变电阻以设定信息的熔丝。相变熔丝由致使马氏体转变(martensitetransformation)的硫族化物或其合金组成。在加热熔丝之后，使其迅速地冷却以便存储信息。

发明内容

本发明的一些实施例提出了一种对包括硫族化物材料的熔丝进行编程的方法。这些方法提供足够的电流通过熔丝，以切断包括硫族化物材料的熔丝。在一些实施例中，对硫族化物材料本身进行切断。

本发明的其它实施例涉及对一次可编程器件进行编程的方法，所述一次可编程器件包括衬底中彼此电连接的开关器件和熔丝。这些编程方法包括导通开关器件以施加足够的编程电流来切断熔丝。熔丝包括：第一电极，与开关器件相连；第二电极，与第一电极间隔开；以及硫族化物图案，将第一电极与第二电极电连接。

本发明的其它实施例涉及熔丝本身。这些熔丝可以包括衬底和熔丝本体，所述熔丝本体包括衬底上的硫族化物材料。熔丝本体包括切断部分，其中所述切断部分将熔丝本体分为两个紧密地间隔开的部分。在一些实施例中，硫族化物本身包括切断部分。