專利名稱：多晶硅熔絲構(gòu)成的otp器件及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種NVM(Non Volatile Memory，非易失性存儲(chǔ)器)，特別是涉及一種 OTP (One Time Programmable，一次可編程)的 NVM 器件。
背景技術(shù)：
一種現(xiàn)有的OTP器件的單元結(jié)構(gòu)由一個(gè)電容和一個(gè)晶體管組成，其中電容執(zhí)行電荷存儲(chǔ)功能，晶體管執(zhí)行編程功能。該電容是一個(gè)平板電容，其上極板是該晶體管的多晶硅柵極延伸過(guò)來(lái)的浮柵(floating poly)，其下極板是硅，因而該電容又稱為浮柵電容。中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)說(shuō)明書(shū)CN1627525A(
公開(kāi)日2005年6月15日)、中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)說(shuō)明書(shū)CN1627526A(
公開(kāi)日2005年6月15日)均公開(kāi)了這種OTP器件。另一種現(xiàn)有的OTP器件的單元結(jié)構(gòu)由兩個(gè)PMOS晶體管串聯(lián)組成，其中第一 PMOS作為選通晶體管；第二 PMOS作為存儲(chǔ)單元，利用其浮柵存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)說(shuō)明書(shū)US2004/0109364A1(
公開(kāi)日2004年6月10日)、美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)說(shuō)明書(shū) US2006/0018161A1 (
公開(kāi)日2006年1月26日)均公開(kāi)了這種OTP器件。上述兩種OTP器件都是利用浮柵來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，它們通常以CHE (channelhot electron injection，溝道熱電子注入)機(jī)制進(jìn)行編程。本領(lǐng)域的專業(yè)人士均知，利用CHE機(jī)制進(jìn)行編程的OTP器件，產(chǎn)生越多的熱電子，器件編程速度越快，這就要求提高輕摻雜注入(LDD)的源端、漏端的離子注入濃度。 但LDD離子注入濃度的提高，同時(shí)會(huì)帶來(lái)晶體管器件的可靠性問(wèn)題，即HCI (Hot carrier injection，熱電子注入效應(yīng))問(wèn)題會(huì)嚴(yán)重，導(dǎo)致器件使用壽命降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種全新的OTP器件的單元結(jié)構(gòu)，可以有效地避開(kāi)器件需要依賴CHE機(jī)制進(jìn)行編程帶來(lái)的可靠性與器件編程速度的矛盾。為此，本發(fā)明還要提供所述OTP器件的操作方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明多晶硅熔絲構(gòu)成的OTP器件，其單元結(jié)構(gòu)包括選擇晶體管和熔絲電阻；所述選擇晶體管為MOS晶體管或雙極型晶體管，所述選擇晶體管的源極或漏極中的一個(gè)與所述熔絲電阻相連接，所述選擇晶體管的源極或漏極中的另一個(gè)連接源線，所述選擇晶體管的柵極連接字線；所述熔絲電阻包括兩端的電極部分及連接兩個(gè)電極部分的熔絲部分，所述熔絲電阻為多晶硅材質(zhì)，所述熔絲電阻的一端電極與所述選擇晶體管的源極或漏極中的一個(gè)相連接，所述熔絲電阻的另一端電極與位線相連接。所述多晶硅熔絲構(gòu)成的OTP器件的操作方法為編程操作，在位線加VPPH電壓，字線加VDD電壓，源線和所述選擇晶體管的襯底均接地；
讀取操作，在位線加VPPL電壓，字線加VDD電壓，源線和所述選擇晶體管的襯底均接地；所述VPPH 彡 4V, VPPL 彡 2V。本發(fā)明所公開(kāi)的OTP器件不再利用浮柵存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，也不再采用CHE機(jī)制進(jìn)行編程， 因而一方面提高了器件的編程速度，另一方面保證了晶體管使用壽命的可靠性。


圖1是本發(fā)明所述OTP器件的單元結(jié)構(gòu)的版圖示意圖；圖2是本發(fā)明所述OTP器件在編程前的等效電路圖；圖3是本發(fā)明所述OTP器件在編程后的等效電路圖。圖中附圖標(biāo)記說(shuō)明11-選擇晶體管；Ila-源極或漏極中的一個(gè)；lib-柵極；Ilc-源極或漏極中的另一個(gè)；12-熔絲電阻；12a-電極；12b-熔絲；12c_電極；BL-位線；WL-字線；SL-源線；20-接觸孔電極。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1、圖2和圖3，本發(fā)明多晶硅熔絲構(gòu)成的OTP器件，其單元結(jié)構(gòu)包括選擇晶體管11和熔絲電阻12。其中，選擇晶體管11為MOS晶體管(NM0S、PM0S均可)或雙極型晶體管(BJT)。選擇晶體管11的源極或漏極中的一個(gè)(如果是BJT則是發(fā)射極或集電極中的一個(gè))lla與熔絲電阻12的一端電極12c相連接。選擇晶體管11的柵極lib連接字線WL(word line)。選擇晶體管11的源極或漏極中的另一個(gè)(如果是BJT則是發(fā)射極或集電極中的另一個(gè))Ilc 連接源線 SL(source line)。其中，熔絲電阻12包括兩端的電極部分12a、12c及連接兩個(gè)電極的熔絲部分12b。 熔絲電阻I2是多晶硅材質(zhì)的，其熔絲部分12b的寬度小于電極部分12a、12c的寬度。熔絲電阻12的一端電極12a與位線BL(bit line)相連接。熔絲電阻12的熔絲部分12b表面具有金屬硅化物，例如為硅化鈷(CoSi2)、硅化鈦(TiSi2)、硅化鎢(WSi2)等。金屬硅化物可以幫助降低熔絲電阻12的熔斷電流，并且在熔斷的時(shí)候，金屬硅化物先發(fā)生EMklectrical migration)，產(chǎn)生的熱量有助于熔絲電阻12的熔絲部分12b的繼續(xù)熔斷。熔絲電阻12的另一端電極12c與選擇晶體管11的源極或漏極中的一個(gè)Ila相連接。為了簡(jiǎn)化制造過(guò)程，可以將同為多晶硅材質(zhì)的熔絲電阻12與選擇晶體管11的柵極lib —起制造。熔絲電阻12與位線BL相連接的電極12a上具有多個(gè)接觸孔電極20，圖1中示意性地表示為5個(gè)。這是為了防止在大電流熔斷的時(shí)候發(fā)生金屬或接觸孔EM，從而導(dǎo)致熔絲電阻12不能充分熔斷的事件發(fā)生。熔絲電阻12的這一端電極12a所具有的接觸孔電極20 的數(shù)量是根據(jù)不同工藝平臺(tái)上接觸孔的EM能力和熔絲電阻12熔斷所需電流大小而計(jì)算的。熔絲電阻12的寬度W使用版圖最小設(shè)計(jì)規(guī)則，如0. 18 μ m制程設(shè)計(jì)為0. 18 μ m, 0. 25 μ m制程設(shè)計(jì)為0. 25 μ m。所述熔絲電阻12的長(zhǎng)度L滿足1彡L/W彡4。
4
熔絲電阻12的熔絲部分12b與熔絲電阻12與位線BL相連接的電極部分12a的夾角大于90度，即圖1中所示的鈍角設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)區(qū)別于直角接觸，可以讓熔絲電阻12 的熔絲部分12b熔斷的位置遠(yuǎn)離該電極12a，讓熔絲部分12b熔斷地更干凈。本發(fā)明多晶硅熔絲構(gòu)成的OTP器件的操作方法為編程操作，在位線BL加VPPH電壓，字線WL加VDD (電源工作電壓)電壓，源線SL 和選擇晶體管11的襯底均接地；讀取操作，在位線BL加VPPL電壓，字線WL加VDD電壓，源線SL和選擇晶體管11 的襯底均接地；所述VPPH 彡 4V, VPPL 彡 2V。所述選擇晶體管11使用短溝道大尺寸設(shè)計(jì)，其溝道長(zhǎng)度和晶體管寬度(即溝道寬度)的組合應(yīng)滿足上述讀取操作條件下，在位線BL可以有大于1毫安的讀取電流。請(qǐng)參閱圖2，這是本發(fā)明所述OTP器件編程前的等效電路。編程前的熔絲電阻12 相當(dāng)于一個(gè)閉合的開(kāi)關(guān)。該OTP器件的單元結(jié)構(gòu)相當(dāng)于在晶體管11的源極或漏極中的一個(gè)上串聯(lián)一個(gè)小電阻12。讀取時(shí)，該OTP器件總體表征出大驅(qū)動(dòng)電流狀態(tài)。請(qǐng)參閱圖3，這是本發(fā)明所述OTP器件編程后的等效電路。編程后的熔絲電阻12 相當(dāng)于一個(gè)斷路的開(kāi)關(guān)。編程時(shí)，位線BL所加的編程電壓將多晶硅材質(zhì)的熔絲電阻12的熔絲部分12b熔斷。編程后再讀取時(shí)，該OTP器件總體表征為斷路模式，該OTP器件上沒(méi)有電流流過(guò)。本發(fā)明所述OTP器件在編程前后的讀取電流變化非常之大，因而很容易識(shí)別該 OTP器件是否存儲(chǔ)有數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)表明，在字線WL加VDD電壓進(jìn)行讀取操作，當(dāng)VDD > IV時(shí)， 編程前后的OTP器件從位線BL讀取的電流相差8個(gè)數(shù)量級(jí)。本發(fā)明正是通過(guò)編程前后的 OTP器件的電流變化，結(jié)合特定的電流感應(yīng)電路可以判斷出” 0”或“ 1”的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。綜上所述，本發(fā)明提出了一種利用多晶硅熔絲構(gòu)成的OTP器件的單元結(jié)構(gòu)，可以嵌入普通的邏輯工藝且不需增加額外的掩膜及工藝步驟。該OTP器件的單元結(jié)構(gòu)由一多晶硅熔絲與一晶體管的源極或漏極串聯(lián)。利用熔絲熔斷前后電阻的變化，對(duì)于晶體管飽和電流的影響，從而達(dá)到存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的目的。
權(quán)利要求
1.一種多晶硅熔絲構(gòu)成的OTP器件，其特征是，所述OTP器件的單元結(jié)構(gòu)包括選擇晶體管和熔絲電阻；所述選擇晶體管為MOS晶體管或雙極型晶體管，所述選擇晶體管的源極或漏極中的一個(gè)與所述熔絲電阻相連接，所述選擇晶體管的柵極連接字線，所述選擇晶體管的源極或漏極中的另一個(gè)連接源線；所述熔絲電阻包括兩端的電極部分及連接兩個(gè)電極部分的熔絲部分，所述熔絲電阻為多晶硅材質(zhì)，所述熔絲電阻的一端電極與所述選擇晶體管的源極或漏極中的一個(gè)相連接， 所述熔絲電阻的另一端電極與位線相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅熔絲構(gòu)成的OTP器件，其特征是，所述熔絲電阻的熔絲部分的表面具有金屬硅化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅熔絲構(gòu)成的OTP器件，其特征是，所述熔絲電阻與位線相連接的一端電極上具有多個(gè)接觸孔電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅熔絲構(gòu)成的OTP器件，其特征是，所述熔絲電阻的寬度 W使用版圖最小設(shè)計(jì)規(guī)則，所述熔絲電阻的長(zhǎng)度L滿足1彡L/W彡4。
5 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅熔絲構(gòu)成的OTP器件，其特征是，所述熔絲電阻的熔絲部分與熔絲電阻與位線相連接的電極部分的夾角大于90度。
6.一種如權(quán)利要求1所述的多晶硅熔絲構(gòu)成的OTP器件的操作方法，其特征是 編程操作，在位線加VPPH電壓，字線加VDD電壓，源線和所述選擇晶體管的襯底均接地；讀取操作，在位線加VPPL電壓，字線加VDD電壓，源線和所述選擇晶體管的襯底均接地；所述 VPPH 彡 4V, VPPL ( 2V。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的所述的多晶硅熔絲構(gòu)成的OTP器件的操作方法，其特征是 所述選擇晶體管的溝道長(zhǎng)度和即溝道寬度的組合滿足讀取操作時(shí)，在位線有大于1毫安的讀取電流。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多晶硅熔絲構(gòu)成的OTP器件，所述OTP器件的單元結(jié)構(gòu)包括選擇晶體管和熔絲電阻；所述選擇晶體管為MOS晶體管或雙極型晶體管，其源極或漏極中的一個(gè)與所述熔絲電阻相連接，其柵極連接字線，其源極或漏極中的另一個(gè)連接源線；所述熔絲電阻包括兩端的電極部分及連接兩個(gè)電極部分的熔絲部分，所述熔絲電阻為多晶硅材質(zhì)，其一端電極與所述選擇晶體管的源極或漏極中的一個(gè)相連接，其另一端電極與位線相連接。本發(fā)明還公開(kāi)了所述多晶硅熔絲構(gòu)成的OTP器件的操作方法。本發(fā)明所公開(kāi)的OTP器件不再利用浮柵存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，也不再采用CHE機(jī)制進(jìn)行編程，因而一方面提高了器件的編程速度，另一方面保證了晶體管使用壽命的可靠性。
文檔編號(hào)G11C17/16GK102456412SQ201010521508
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者胡曉明 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司