[发明专利]使用栅极绝缘破裂的一次性可编程存储器

说明书

本文公开了使用栅极绝缘破裂的一次性可编程存储器。实施例涉及具有晶体管的反熔丝器件。晶体管可以是FinFET。反熔丝器件包括第一电极、绝缘层和第二电极。晶体管的栅极可以形成在与第一电极相同的层中。晶体管的栅极上的栅极绝缘层可以形成在与绝缘层相同的层中。第二电极可以形成在与局部互连或过孔相同的层中，并且在绝缘层之上垂直地重叠第一电极。

技术领域

本公开总体上涉及非易失性存储器单元领域，特别地涉及一次性可编程(OTP)存储器单元。

背景技术

OTP存储器单元可以使用基于反熔丝的存储器来实现，在基于反熔丝的存储器中，两个电极(例如，两个导电层)之间的绝缘层被破裂以在第一电极与第二电极之间产生导电路径。反熔丝的默认状态是开路或非导通(例如，“0”)，并且通过使绝缘层破裂并且形成细丝以使反熔丝短路(例如，“1”)来将数据写入存储器单元。

基于反熔丝的存储器可以使用晶体管结构来实现。晶体管结构可以包括源极和漏极、在源极与漏极之间的沟道、形成在源极与漏极之间的沟道上的栅极电介质、以及形成在栅极电介质上的栅极。反熔丝可以使用栅极电介质作为在作为源极和/或漏极和/或沟道的第一电极与作为栅极的第二电极之间的绝缘层来形成。反熔丝的绝缘层可以通过跨栅极电介质施加高电压而被破裂。例如，可以向作为栅极的第二电极施加高电压，并且可以将作为源极和/或漏极和/或沟道的第一电极接地。跨栅极电介质的高电压可以使栅极电介质破裂或击穿，并且在第二电极与源极或漏极或沟道、与第一电极之间形成导电路径。导电路径可以是形成在栅极电介质中的细丝。

使用栅极电介质作为反熔丝的绝缘层的一个缺点是可能发生绝缘层的软击穿而不是绝缘层的破裂。晶体管结构中使用的栅极氧化物通常是薄氧化硅(SiO₂)层或高k介电层，以通过增加栅极与晶体管的沟道的电容耦合来改善晶体管性能。当跨薄氧化硅层或高k介电层施加高电压时，薄氧化硅层或高k介电层可能经历软击穿。在绝缘层的软击穿期间，捕获的电荷可以形成在绝缘层中，其可以形成穿过绝缘层的导电路径。然而，绝缘层不会破裂，并且细丝可能不会形成在绝缘层中。当读取OTP存储器单元的反熔丝时，电子可以经由使用软击穿期间形成的捕获电荷的陷阱辅助隧穿而在第一电极(例如，源极和/或漏极)与第二电极(例如，栅极)之间行进。因此，在第一电极与第二电极之间行进的电子可以产生看起来像绝缘层破裂的电流。然而，绝缘层可以随时间愈合。例如，捕获的电荷可以迁移或者绝缘层可以退火，使得电子不再经由陷阱辅助隧穿而在第一电极与第二电极之间行进，这可能导致反熔丝切换状态。因此，反熔丝可能经历软击穿并且可能首先看起来短路(例如，“1”)，并且在稍后的时间，绝缘层的软击穿可能愈合并且反熔丝可能看起来开路(例如，“0”)。

附图说明

图1是示出根据一个实施例的用于设计和制造集成电路(IC)的各种操作的流程图。

图2是示出根据一个实施例的用于执行IC的定制设计的计算设备的示例的高级框图。

图3A是根据一个实施例的一次性可编程(OTP)存储器单元的俯视图，其中反熔丝器件的电极在鳍式场效应晶体管(FinFET)工艺中形成在与局部互连相同的层中。

图3B是根据一个实施例的沿着图3A的线A-A'截取的包括反熔丝器件和晶体管的单个OTP存储器单元的截面图。

图3C是根据一个实施例的沿着图3A的线B-B'截取的OTP存储器单元的反熔丝器件的截面图。

图4A是根据一个实施例的OTP存储器单元的俯视图，其中反熔丝器件的电极在FinFET工艺中在替代布局中形成在与局部互连相同的层中。

图4B是根据一个实施例的沿着图4A的线C-C'截取的包括反熔丝器件和晶体管的单个OTP存储器单元的截面图。

图4C是根据一个实施例的沿着图4A的线D-D'截取的OTP存储器单元的反熔丝器件的截面图。

图5是根据一个实施例的形成多个反熔丝器件的交叉点阵列的俯视图。