[发明专利]一种反熔丝结构

说明书

本发明涉及一种反熔丝结构，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的栅极介电层；位于所述栅极介电层上的金属栅极阵列，所述金属栅极阵列包括若干金属栅极条。本发明为了解决现有技术中存在的各种问题，提供了一种反熔丝结构，其中，所述金属栅极阵列可以为若干平行的金属栅极条并列排列设置或者横向纵向的金属栅极条相互交错形成网格状结构，所述若干平行的金属栅极条设置于同一平面上，编程时，在所述金属栅极阵列上施加电压，所述金属栅极阵列中的高K介电层被击穿即实现所述反熔丝结构的编程，所述结构可以降低反熔丝结构的编程电压，提高器件的稳定性和良率。

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体地，本发明涉及一种反熔丝结构。

背景技术

在包括CMOS的集成电路中，通常希望能够永久的存储信息，后者在制造后形成集成电路的永久连接。通常可以选用可熔连接的熔丝或者器件实现所述目的。例如，熔丝也可以用于编程冗余元件，以替代同一失效元件。此外，熔丝可用于存储芯片标识或其他这样的信息，或用于通过调节通路的电阻来调节电路速度。

所述熔丝器件中的一类是通过激光编程或烧断的，以在半导体器件被处理和钝化之后断开连接，此类熔丝器件需要激光精确对准熔丝器件上，精度要求很高，不然则会造成相邻器件的损坏；此外，该类熔丝器件不能和许多最新工艺技术一起使用。

随着半导体技术的不断发展，反熔丝（Anti-fuse）技术已经吸引了很多发明者、IC设计者和制造商的显著关注。反熔丝是可改变到导电状态的结构，或者换句话说，反熔丝是从不导电状态改变为导电状态的电子器件。等同地，二元状态可以是响应于电应力(如编程电压或编程电流)的高电阻和低电阻中的任一种。反熔丝器件可以被布置在存储阵列中，由此形成普遍公知的一次性可编程(OTP)存储器。

目前的反熔丝开发集中在三维薄膜结构和特殊的金属间材料。这种反熔丝技术需要在标准CMOS工艺中不可利用的附加的处理步骤，这阻止了反熔丝在典型的VLSI和ASIC设计中的应用，这里，可编程性可以帮助克服不断缩短的器件寿命周期和不断上升的芯片开发成本的问题。因此，在工业上对使用标准CMOS工艺的可靠反熔丝结构存在明显的需要。

反熔丝（Anti-fuse）的可编程芯片技术提供了稳定的以及晶体管之间的导电路径，相对于常规的保险丝（blowing fuses）的熔链接方法来说，反熔丝技术通过分裂导电路径打开一个导电电路，反熔丝的通过成长（growing）一 个导电通道来关闭电路。

现有技术中反熔丝（Anti-fuse）的结构如图1a和1b所示，其中，在所述衬底101上形成金属层102-介电层103-金属层104的夹心结构，其中所述介电层为非结晶硅（amorphous silicon），利用所述反熔丝进行栅极数组的程序化，其中如图1a所示，当在所述反熔丝结构上不施加电压时，所述中间介质层处于“关”的状态，此时所述介电层不导电，当在所述熔丝结构上施加电压时，所述介电层非结晶硅（amorphous silicon）变为多晶硅（polysilicon），处于导电状态，所述反熔丝处于“开”的状态，如图1b所示，以此进行反熔丝的程序化。

现有技术中高密度的反熔丝阵列（high-density anti-fuse arrays）更多的是选用常规CMOS器件中的多晶硅栅极结合位于所述栅极下方的硅氧化物来形成熔丝结构，如图2所示，所述反熔丝结构包括位于衬底上的沟道氧化物层105、浮栅106、氧化物层107以及逻辑多晶硅108（logic poly），当所述CMOS器件的逻辑多晶硅108以及沟道氧化物层105、浮栅106、氧化物层107被击穿后，实现所述反熔丝结构的编程。

虽然反熔丝技术在半导体技术中得到广泛的发展和应用，但是随着半导体技术的不断发展以及器件尺寸的不断缩小，现有技术中各种反熔丝结构中熔丝的熔断和击穿电压都不断地缩小，使器件变得不够稳定，因此，需要对常规的反熔丝结构进行改进，以提高器件的性能。

发明内容