專利名稱：具有一個集成加熱元件的反熔斷器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及半導體結(jié)構(gòu)，具體地講，涉及具有一個集成加熱元件的反熔斷器(antifuse)結(jié)構(gòu)以及編程其狀態(tài)的方法。
背景技術(shù)：
在集成電路器件和工藝的領域內(nèi)，電控熔斷器被用于多個目的，包括可用程序改變的電路連接，或用多余的電路元件來代替有缺陷的電路元件。一種電控熔斷器，即一種所謂“反熔斷器”(antifuse)是這樣一種器件，它有兩個導體以及其間的電介質(zhì)層，當對導體加以足夠大的電壓和電流時，電介質(zhì)層就被擊穿。反熔斷器的電介質(zhì)層的電阻給出反熔斷器的“通”或“斷”狀態(tài)。
有一層氮化硅(SiN)，“氧化柵”，也即用柵氧化形成工藝所形成的二氧化硅(SiO2)或氧化硅-氮氧化硅-氧化硅(ONO)電介質(zhì)層的反熔斷器的典型的“斷”(擊穿前)電阻是大于1GM。在擊穿后，電介質(zhì)層的電阻顯著地減小，表明處于“通”狀態(tài)。這樣，用一個電阻測量電路可以讀出“反熔斷器”的通斷狀態(tài)。
當前，需要一個高的電壓以及幾個毫安的電流以完全擊穿在一個集成電路上的反熔斷器的電介質(zhì)。所需的這樣高的電流就對反熔斷器及其引線加上了最小尺寸的限制，從而要求較大的集成電路面積來實現(xiàn)，同時對新芯片的生產(chǎn)檢測和修復的流程有負面影響。必須作出規(guī)定以保護集成電路以使不受所需高的狀態(tài)轉(zhuǎn)變電壓的負面影響。該高的狀態(tài)轉(zhuǎn)變電壓可能使人們產(chǎn)生對靜電放電保護(ESD)以及集成電路的可靠性的擔心。
為了使反熔斷器的狀態(tài)能可靠地讀出，擊穿后電阻必須在兆歐范圍內(nèi)或更小，以及為了生產(chǎn)的理由，這必須對于集成電路上幾乎所有的反熔斷器都獲得這樣的擊穿后電阻。柵氧化反熔斷器典型地需要幾毫安范圍的電流以獲得這種擊穿后電阻，然而，這樣大的電流以及所需高電壓已接近于基于ESD保護和可靠性考慮的集成電路設計限制。
通過用電介質(zhì)擊穿的反熔斷器技術(shù)已是眾所周知。例如，給于Lee的，題目為“電可編程的低電阻反熔斷器元件”的US5,250,459(‘459專利)體現(xiàn)了這個概念。‘459專利的圖1畫出一個常規(guī)的反熔斷器元件14，它包含在基片10上制造的一個第一電極11，一電介質(zhì)層12和第二電極13。為了改變(編程)反熔斷器元件14的狀態(tài)，也即把該反熔斷器元件從一個高阻抗狀態(tài)改變到一個低阻抗狀態(tài)，常規(guī)的做法是在電介質(zhì)層12二側(cè)的第一電極11和第二電極13上，加上一個電場以破壞電介質(zhì)層12。該電場如果足夠強，將引起電介質(zhì)層12擊穿，從而在第一電極11和第二電極13之間形成一導電細絲。為了可靠地破壞電介質(zhì)層12，通常需要用高的狀態(tài)轉(zhuǎn)變電壓和電流。柵氧化反熔斷器典型地需要幾伏和幾個毫安的電流以獲得這樣的擊穿后電阻。
這就提出這樣一個問題，即用來改變反熔斷器狀態(tài)的電壓/電流必須通過標準的CMOS邏輯電路而沒有損壞它。一個通常的解決辦法，例如在轉(zhuǎn)讓給在本文中的受讓人的，題目為“帶有加熱元件的半導體反熔斷器”的US6 750 530(‘530專利)中所描述的，是去形成一個加熱元件，它鄰近于反熔斷器，但不是它的一部分或與它接觸。這樣一種解決方法提供了間接加熱，然而反熔斷器的任何一個部件都沒有參于熱的產(chǎn)生。用間接加熱這樣一個解決方法有幾個缺點。首先，需要附加的工藝步驟來把一個熱產(chǎn)生源置于反熔斷器鄰近。一個電阻性加熱元件(如‘530專利的圖6B中所畫出的元件305)必須被置于反熔斷器(‘530專利的圖6B中所畫出的元件300)鄰近。這就要求附加的工藝步驟，這就增加了復雜性及產(chǎn)率損失的可能性。第二，雖然可以產(chǎn)生足夠的熱量，但由于產(chǎn)生加熱的間接性質(zhì)，轉(zhuǎn)移熱量到反熔斷器是低效率的。例如，如‘530專利的圖6B中所畫出的那樣，為了提高熔融器電介質(zhì)層330的溫度，熱能必須從加熱元件305輻射出來，通過大約有0.5μ厚的電介質(zhì)層340。這種熱轉(zhuǎn)移的路徑是低效率的以及需要一個高的狀態(tài)轉(zhuǎn)變電流流過加熱元件305以引起電介質(zhì)層330的足夠的間接加熱。另外，該熱能將從加熱元件305輻射狀地散開，這就進一步減少到達電介質(zhì)層330的熱能的量。另外從外部加熱元件被激活的時刻到熱能到達反熔斷器元件的時刻會發(fā)生一定量的延遲。該延遲既是外部加熱元件和反熔斷器元件之間距離的函數(shù)，又是把外部加熱元件和反熔斷器元件分開的電介質(zhì)材料的熱轉(zhuǎn)移特性(例如熱導率)的函數(shù)。把外部加熱元件和反熔斷器元件分開的電介質(zhì)材料通常是一種差的熱導體。當熱能通過絕緣體時將發(fā)生熱損失。因而，外部加熱元件的尺寸必須增加以補足這種熱量損失。最后，由于加入一個獨立的加熱元件，可編程電路的整體尺寸增加)，從而對這種反熔斷器結(jié)構(gòu)所處的集成電路的尺寸就有負面影響。
因而，就存在對一個集成的，自加熱的，少復雜的，小尺寸的，更有效率的反熔斷器結(jié)構(gòu)的需要，其中反熔斷器電介質(zhì)層直接被反熔斷器結(jié)構(gòu)本身加熱，而不是被外部加熱元件加熱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用促使反熔斷器電介質(zhì)層直接加熱來著手解決上述問題。按照本發(fā)明，提供了新的反熔斷器結(jié)構(gòu)，它有一個集成加熱元件及其狀態(tài)轉(zhuǎn)變的方法。按照本發(fā)明的一個方面，一個常規(guī)的反熔斷器和一個加熱元件被集成進一個單一的結(jié)構(gòu)中，其中加熱元件促使該反熔斷器的電介質(zhì)層的直接加熱。
按照本發(fā)明，具有一個集成加熱元件的反熔斷器結(jié)構(gòu)有三個不同的實施方案。第一個實施方案描述了有一個集成加熱元件的一個反熔斷器結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及其狀態(tài)轉(zhuǎn)變方法，其中加熱元件被集成進反熔斷器的上部導體中。這種結(jié)構(gòu)提供一個能夠在電流流過上部導體時直接加熱反熔斷器電介質(zhì)層的反熔斷器。一上部導體是在一電介質(zhì)層上形成。該電介質(zhì)層是在一下部導體上形成并把兩導體隔開，下部導體是在半導體基片內(nèi)形成。
第二個實施方案描述了有一個集成加熱元件的一個反熔斷器結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及其狀態(tài)轉(zhuǎn)變方法，其中加熱元件被集成進反熔斷器的下部導體。這種結(jié)構(gòu)提供一個能夠在電流流過下部導體時直接加熱反熔斷器電介質(zhì)層的反熔斷器。一下部導體是在半導體基片內(nèi)形成，而一電介質(zhì)層在下部導體上形成。一上部導體在電介質(zhì)層上形成并用電介質(zhì)層來和下部導體分開。
第三個實施方案描述了有二個集成加熱元件的一個反熔斷器結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及其狀態(tài)轉(zhuǎn)變方法，其中第一個加熱元件被集成進該反熔斷器的一個上部導體而一個第二加熱元件被集成進該反熔斷器的一個下部導體。這種結(jié)構(gòu)提供一個能夠在一第一電流流過上部導體和一第二電流流過下部導體時直接加熱反熔斷器電介質(zhì)層的反熔斷器。下部導體是在一半導體基片內(nèi)形成，而電介質(zhì)層是在下部導體上形成。上部導體是在電介質(zhì)層上形成，并由電介質(zhì)層與下部導體分開。
該三種結(jié)構(gòu)有這樣的共同的特性，即反熔斷器結(jié)構(gòu)的至少一個導體既起著常規(guī)反熔斷器導體的作用，又起著加熱元件的作用，該加熱元件促使反熔斷器電介質(zhì)層的直接加熱。
有一個集成加熱元件的反熔斷器結(jié)構(gòu)及其狀態(tài)轉(zhuǎn)變方法的其它實施方案包括在一個硅-絕緣體(SOI)基片上反熔斷器結(jié)構(gòu)的制造，例如在有絕緣埋層，例如氧化埋(Box)層的硅基片中形成該結(jié)構(gòu)。


圖1a是一張簡圖，它給出對于不同厚度的氧化層，溫度對擊穿時間的影響；圖1b是一張簡圖，它給出對于不同厚度的氧化層，溫度對擊穿電壓的影響；圖2a給出按照本發(fā)明的一種反熔斷器結(jié)構(gòu)的第一個實施方案的部分頂視圖；圖2b給出按照本發(fā)明的一個反熔斷器結(jié)構(gòu)的第一個實施方案的第一個部分截面圖；圖2c給出按照本發(fā)明的一個反熔斷器結(jié)構(gòu)的第一個實施方案的第二個部分截面圖；圖3a是一張簡圖，它給出本發(fā)明的硅化鈷化多晶硅反熔斷器導體的電學特性；圖3b是一張簡圖，它給出本發(fā)明的硅化鈷化多晶硅反熔斷器導體的熱效率；圖3c是一張簡圖，它給出本發(fā)明的硅化鈷化多晶硅導體的熱效率和已有技術(shù)的比較；圖4a給出按照本發(fā)明的一個反熔斷器結(jié)構(gòu)的一個第二實施方案的一張部分頂視圖；圖4b給出按照本發(fā)明的一個反熔斷器結(jié)構(gòu)的一個第二實施方案的第一張部分截面圖；圖4c給出按照本發(fā)明的一個反熔斷器結(jié)構(gòu)的一個第二實施方案的第二張部分截面圖；圖5a給出按照本發(fā)明的一個反熔斷器結(jié)構(gòu)的一個第三實施方案的一張部分頂視圖；圖5b給出按照本發(fā)明的一個反熔斷器結(jié)構(gòu)的一個第三實施方案的第一張部分截面圖；圖5c給出按照本發(fā)明的一個反熔斷器結(jié)構(gòu)的一個第三實施方案的第二張部分截面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供具有一個集成加熱元件的反熔斷器結(jié)構(gòu)以及其控制方法。人們熟知薄的氧化硅在其曝露溫度增加時更快擊穿。圖1a給出對于不同的氧化物厚度(7.3nm，4.1nm，和2.8nm)，在溫度和擊穿時間(tBD)之間的關系，其中tBD是為擊穿氧化物材料所需的時間的值。當應用于反熔斷器時，這個關系可以被用來探取提高地介質(zhì)層溫度的方法來加速反熔斷器電介質(zhì)層的擊穿。當反熔斷器電介質(zhì)層擊穿時，被電介質(zhì)層所隔開的反熔斷器的二片導體就被電短路，從而改變了反熔斷器狀態(tài)。例如圖1a給出對于一個具有4.7V固定控制電壓的反熔斷器，通過增加電介質(zhì)的溫度，tBD是怎樣顯著地被減少的。
溫度對氧化物可靠性的影響也可以用一個狀態(tài)控制電壓(VBD)來表示出來，其中VBD是擊穿反熔斷器電介質(zhì)層所需電壓。圖1b給出對于不同的氧化層厚度(7.3nm，4.1nm，2.8nm)在溫度和VBD之間的關系。當應用于反熔斷器時，這個關系可以被用來采取提高電介質(zhì)層溫度的方法來減小擊穿反熔斷器電介質(zhì)層所需的電壓。例如，圖1b給出對于固定的1μs的tBD，通過提高反熔斷器電介質(zhì)層的溫度，VBD是可以怎樣顯著地被減少的。
本發(fā)明利用了對于薄氧化層的溫度/tBD和溫度/VBD這兩個關系，如圖1a和圖1b分別所示，來提供改進的反熔斷器結(jié)構(gòu)以及其控制方法，其中或者能夠顯著地減小狀態(tài)控制電壓，或者能顯著縮短狀態(tài)控制時間，或者兩者兼而有之，從而改進了可靠性和成本效益并減小反熔斷器結(jié)構(gòu)的尺寸。
下面將參照附圖對本發(fā)明加以說明，而在所有這些圖中，同一數(shù)字表示相同的元件。這些圖是說明性的，而不是限制性的，它們只是被用來有利于對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和器件的解釋。
圖2a給出按照本發(fā)明的一個反熔斷器結(jié)構(gòu)的第一個實施方案的一張部分頂視圖。狀態(tài)可控電路10包括在一半導體基片(未示出)上形成的一層絕緣層12，以及由一層下部導體(未示出)，上部導體40，以及在下部導體和上部導體之間形成的電介質(zhì)層20的一部分形成的反熔斷器。陽極30和陰極50是在鄰近一個絕緣層(未示出)形成并形成在絕緣層12上。陽極30和陰極50源/宿電流通過上部導體40。上部導體40也鄰近該絕緣層形成并部分地在絕緣層12上部分地在電介質(zhì)層20上形成。在一個例子中，上部導體40有約60nm到120nm的寬度以及約300nm到1200nm的長度。上部導體40能夠用任意適當?shù)膶щ姴牧闲纬?，諸如摻雜或未摻雜多晶硅，摻雜或未摻雜硅化多晶硅，摻雜或未摻雜單晶硅氮化鈦，氮化鉭，包括鋁，銅及其合金的金屬，和包括鎢，鈦，鉭及其合金等難熔金屬。電介質(zhì)層20是在下部導體上形成并可以用能夠起反熔斷器電介質(zhì)作用的任意合適的電介質(zhì)形成，諸如氮化硅(SiN)，“柵氧化物”，也即用柵氧化形成過程形成的二氧化硅(SiO2)，或者氧化硅-氧氮化硅-氧化硅(ONO)。在一個例子中，電介質(zhì)層20有約1.0nm到2.0nm的厚度，約60nm到120nm的寬度和約1000nm的長度。下部導體可以用對半導體基片的一個區(qū)域摻雜從而使它能傳導電荷來形成。第一種選擇是，從諸如多晶硅或任何能夠支持電介質(zhì)形成的其它導電半導體材料這樣一薄膜晶體管材料來形成下部導體。
絕緣層12能夠用任意合適的絕緣材料形成，只要它能夠把反熔斷器結(jié)構(gòu)和鄰近器件電隔離，例如淺槽隔離(“STI”)起來。半導體基片能夠用任意合適的半導體材料來形成，諸如體半導體，絕緣體上硅(silicon-on-insulator，“SOI”)，SiGe，GaAs等。陽極30和陰極50可以用任意合適的導電材料形成，諸如摻雜和非摻雜的多晶硅，摻雜或非摻雜的硅化多晶硅，摻雜或非摻雜的單晶硅，氮化鈦，氮化鉭，包括鋁，鋼及其合金的金屬，包括鎢，鈦，鉭及其金屬的難熔金屬。
用第一導體230和一個第一接觸(未示出)來形成對于陽極30的一個電學連接。用第二導體250和一個第二接觸(未示出)來形成對于陰極50的一個電學連接。用第三導體和一個第三接觸(未示出)來形成對于反熔斷器的下部導體的一個電學連接。該第一，第二，及第三導體和接觸，分別可以用任何一種合適的導電材料形成，諸如摻雜或非摻雜多晶硅，摻雜或非摻雜硅化多晶硅，摻雜和非摻雜單晶硅，氮化鈦，氮化鉭，包括鋁，銅及其合金的金屬，包括鎢，鈦，鉭及其合金的難熔金屬。
圖2b給出按照本發(fā)明的一個反熔斷器的第一個實施方案沿著在圖2a中標志“2b”的線所給出的平面的一張部分截面圖。隔離層12是在半導體基片300上形成并提供如前所述的隔離。隔離層12也可以如圖2b中畫出的那樣退出基片300。延展到基片300的頂表面312的下部導體層310能夠用向半導體基片300的一個區(qū)域摻雜來形成。在一個例子中，下部導體310有約60nm到120nm的寬度和約1000nm的長度。電介質(zhì)層20在下部導體310的上表面上形成并起作如前所述的反熔斷器電介質(zhì)的作用，在上部導體40的側(cè)壁320上也能夠形成絕緣間隔器(未示出)。在基片300的上表面隔離層12和電介質(zhì)層20上形成絕緣層330。絕緣層330把各種電連接與反熔斷器結(jié)構(gòu)電隔離以及它能夠用任何一種合適的絕緣材料，諸如SiO2，SiN，BPSG，或其它等來形成。
用第三導體260和第三接觸340來形成對于反熔斷器的下部導體310的電學連接。第三接觸從第三導體260的下表面，通過在絕緣層330和電介質(zhì)層20上的開口，達到下部導體310的上表面。第三接觸340的直徑(或?qū)挾?是少于第三導體260的寬度和小于電介質(zhì)層20的寬度。第三接觸340可以用任意一種合適的導電材料，諸如鎢來形成。用第三導體260和第三接觸340來形成對于下部導體310的電連接使得向下部導體被提供一個電勢成為可能。該電勢有助于反熔斷器的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，如下文將討論的那樣。
圖2c給出按照本發(fā)明的一個反熔斷器結(jié)構(gòu)的第一個實施方案，沿著如圖2a中標以“2c”的成所指出的平面的一個部分截面圖。絕緣層330把第一導體230和第一接觸350與第二導體250和第二接觸360電隔離起來。電介質(zhì)層20在下部導體310的上表面上形成并起著如前所述的反熔斷器電介質(zhì)的作用。
由第一導體230和第一接觸350形成對于陽極30的一個電連接。第一接觸350從第一導體230的下表面向下延伸，通過在絕緣層330上的一個開口到達陽極30的上表面。第一接觸350的直徑(或?qū)挾?小于第一導體230的寬度以及小于陽極30的寬度。用第二導體250和第二接觸360來形成對于陰極50的一個電連接。第二接觸360從第二導體250的下表面向下延伸，通過在絕緣層330中的一個開口，到達陰極50的上表面、第二接觸360的直徑(或?qū)挾?小于第二導體250的寬度以及小于陰極50的寬度。第一接觸350和第二接觸360能夠用任何一種合適的導電材料，諸如鎢來形成。
由第一導體230和第一接觸350所形成的對于陽極30的電連接以及由第二導體250和第二接觸360所形成的對于陰極50的電連接使得上部導體40被加以兩個電勢成為可能。這些電勢一方面有利于反熔斷器的狀態(tài)控制并在上部導體40中引起一電流I，該電流正比于加在陽極和陰極上的電壓差。當電流I通過上部導體40，上部導體產(chǎn)生焦耳熱。因為上部導體40與電介質(zhì)層20直接接觸，電介質(zhì)層被直接加熱，因而顯著改善反熔斷器結(jié)構(gòu)的控制效率因而上方導體40既起著反熔斷器導體的作用，又起作加熱元件的作用。
圖3a給出上部導體40的一個例子的電學特性，其中該上部導體包含在一層多晶硅上形成的硅化鈷層。該硅化鈷多晶層導體有約1800的厚度(在1500的多晶硅上形成300的硅化鈷)，寬度約90nm，長度約1200nm。圖3a給出硅化鈷多晶硅導體的基本化學參數(shù)，諸如電流372(以mA為單位)，電阻374(以歐姆為單位)，功率376(以毫瓦為單位)，以及溫度378(以度為單位)。
圖3b給出示例性的硅化鈷多晶硅導體的熱效率，其中熱效率用度/瓦(C/W)來量度。曲線382表示示例性導體的熱效率。該Y軸代表示例性導體的溫度而X軸表示輸給導體的功率。如前所述，給該示例性導體的輸入功率是正比于加在導體兩側(cè)的電壓和流過導體的電流。
圖3c給出本發(fā)明的示例性硅化鈷多晶硅導體和已有技術(shù)(例如‘530專利)的比較。曲線392表示本發(fā)明的示例性導體的熱效率而曲線394表示已有技術(shù)的熱效率。Y軸表示相應加熱元件的溫度而X軸表示相應加熱元件的輸入功率。如同圖3c所清楚表明那樣，本發(fā)明的集成加熱元件/上部導體，比起已有技術(shù)在加熱效率上提供了大于100倍(100X)的改善。換言之，本發(fā)明的集成加熱元件/上部導體能提供與已有技術(shù)相同的加熱能力而消耗不足百分之一的功率。
然而實際上，本發(fā)明的集成反熔斷器結(jié)構(gòu)比起已有技術(shù)更可能將提供大于1000倍(1000X)的效率改善。這是因為在圖3c中所示的曲線表示相應加熱元件的加熱效率，而不是反熔斷器由介質(zhì)本身的加熱效率。按照圖1a和圖1b所示的關系，是反熔斷器電介質(zhì)的溫度必須提高以改善反熔斷器狀態(tài)改變的效率。因為本發(fā)明的集成加熱元件/上部導體，如前所述，是直接與反熔斷器電介質(zhì)層相接觸，電介質(zhì)層的表面與上部導體有幾乎相同的溫度。因而電介質(zhì)層是被直接加熱并幾乎沒有發(fā)生熱量損失。然而，已有技術(shù)的非集成的，外部加熱元件的解決辦法產(chǎn)生的熱能在到達反熔斷器電介質(zhì)層以前必須通過一厚的絕緣層。通過這樣一個路途將發(fā)生顯著的熱量損失，因為為了充分的提高反熔斷器的溫度要求附加的輸入功率。而對于本發(fā)明的集成反熔斷器就不是這樣的情況。
為了使第一實施方案的反熔斷器的狀態(tài)發(fā)生改變，必須在上部導體40和下部導體310之間在足夠長的時間間隔內(nèi)加上一個足夠大的電壓差，以在電介質(zhì)層20內(nèi)引起擊穿，從而使上部導體與下部導體短路。用對下部導體310(通過第三導體260)加以一第一電熱(VLP)和在上部導體40上加一個不同的電勢以在電介質(zhì)層20兩側(cè)加上一個電壓差。通過對第一導體230加上一第二電勢(VA)并在第三導體上加一第三電勢Vc就對上部導體40加上了電勢。在和下部導體重迭的那部分上部導體的電壓是(a×VA+(1-a)×VC)，其中a是一個在0與1之間的可變的數(shù)字，它依賴于準確的幾何和在重迭區(qū)內(nèi)的準確的位置，對于一給定的二氧化硅(或其它電介質(zhì))的厚度和由電壓差|VA-VC|產(chǎn)生的給定的溫度，對于一事先確定的擊穿時間tBC(例如1ms)，存在一個擊穿電壓VBD。只要在重迭區(qū)域兩側(cè)的絕對電勢差，也即由|(a×VA+(1-a)×VC)-VLP|表示的值，超過VBD，該電介質(zhì)就將從加上偏壓開始或從由于熱穩(wěn)定而引起溫度增加的時刻開始的tBD時間內(nèi)擊穿。為有利于本發(fā)明的反熔斷器結(jié)構(gòu)狀態(tài)的改變，可以用各種電勢的組合，而這都屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，下部導體310可以偏置化地電勢而上部導體40可以偏置在某個正的或負的電勢。也可以把下部導體310偏置在一個負的電勢，而上部導體40偏置在起下部導體的電勢更加負的或較小負一個電勢上。唯一的要求是在上部導體和下部導體之間有一個電勢差。
反熔斷器的狀態(tài)改變能夠用提高電介質(zhì)層20的溫度來加速，如圖1a和圖1b所示。為了提高電介質(zhì)層20的溫度，一電流I被通過上部導體40，從而引起焦耳熱。通過上部導體40的電流是，如前所述，用在陽極30和陰極50之間加上一個電壓差產(chǎn)生的。該電壓差可以用通過第一導體230對陽極30加上VA而通過第二導體250對陰極50加上VC來產(chǎn)生，其中VA和VC不相等(也即VA＜或＞VC)。通過上部導體40的電流的數(shù)量正比于VA和VC之間的差值(也即I∝|VA-VC|)。當電流I沿任一方向流過上部導體40時就產(chǎn)生焦耳熱，因而與VA和VC的極性是無關的。在一個例子中，通過上部導體40的電流在約1mA到10mA的范圍內(nèi)而電介質(zhì)層的溫度能夠在200℃到800℃的范圍內(nèi)。
當電流通過上部導體40時，該導體又起作常規(guī)的反熔斷器上部導體的作用，又起作向電介質(zhì)層20直接提供熱能的加熱元件的作用。上部導體40的這種集成功能是和常規(guī)反熔斷器結(jié)構(gòu)的顯著差別，對于后者，上部導體只起著一個使反熔斷器狀態(tài)改變的電壓節(jié)點作用而沒有熱產(chǎn)生能力。另外，常規(guī)反熔斷器加熱元件并不是有意做出反熔斷器結(jié)構(gòu)自身的一部分并且沒有和反熔斷器的電介質(zhì)層直接接觸，而是被一層厚絕緣層與反熔斷器結(jié)構(gòu)隔離開。在本發(fā)明中，上部導體40既起作使反熔斷器狀態(tài)改變的電壓節(jié)點的作用，又起作直接加熱電介質(zhì)層20的熱產(chǎn)生器的作用。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和常規(guī)反熔斷器結(jié)構(gòu)的差別在于，本發(fā)明結(jié)構(gòu)把加熱元件和上部導體集成為單一的作為反熔斷器自身一部分的元件。該集成元件與反熔斷器的電介質(zhì)層直接接觸，從而向電介質(zhì)層提供直接加熱，從而和常規(guī)技術(shù)比較，大大改善了向反熔斷器電介質(zhì)層的熱能傳送。通過改善反熔斷器結(jié)構(gòu)的熱能傳送特性，該反熔斷器可以更有效地進行狀態(tài)變換(例如減小的tBD，減小的VBD，或兩者兼而有之)。
圖4a給出按照本發(fā)明的一個反熔斷器的第二個實施方案的一張部分頂視圖。狀態(tài)可控電路500包括在一半導體基片(未示出)上形成的一層隔離層512，以及由一層下部導體(未示出)，上部導體530，和在下部導體和上部導體之間形成的電介質(zhì)層520的一部分形成的一個反熔斷器結(jié)構(gòu)。上部導體530是在鄰近一個絕緣層(未示出)形成并部分地在隔離層512上以及部分地在電介質(zhì)層520上形成。上部導體530可以用任意一種合適的導電材料形成，諸如摻雜和非摻雜多晶硅，摻雜和非摻雜硅化多晶硅，摻雜和非摻雜單晶硅，氮化鈦、氮化鉭、包括鋁，銅及其合金的金屬，包括鎢，鈦，鉭及其合金的難熔金屬。電介質(zhì)層520是在下部導體上面形成，以及它可以用能夠用作反熔斷器電介質(zhì)的任何一種合適的電介質(zhì)來形成，諸如SiN，柵氧化物，或ONO。下部導體能夠用對半導體基片的一個區(qū)域摻雜使之能夠?qū)щ姾蓙硇纬?。另一種選擇是從一諸如多晶硅及任何能夠支持柵電介質(zhì)形成的其它導電半導體材料這樣的薄膜晶體管材料來形成。
隔離512層能夠用任意合適的絕緣材料，只要它能夠把反熔斷器結(jié)構(gòu)和鄰近器件電隔離起來，諸如STI。該半導體基片能夠用任何一種合適的半導體材料來形成，諸如體硅，SOI，SiGe，GaAs等。
用第一導體530和第一接觸(未示出)來形成對于上部導體530的一個電連接。用第二導體550和一第二接觸(未示出)來形成對反熔斷器的下部導體的第一區(qū)的一個電連接。用第三導體560和一個第三接觸(未示出)來形成對反熔斷器的下部導體的第二區(qū)的一個電連接。第一，第二和第三導體以及相應的接觸能夠分別用任意一種合適的導電材料來形成，諸如摻雜和非摻雜多晶硅，摻雜和非摻雜硅化多晶硅，摻雜和非摻雜的單晶硅，氮化鈦、氮化鉭，包括鋁，銅及其合金這樣的金屬，以及包括鎢、鈦、鉭及其合金這樣的難熔金屬。
圖4b給出按照本發(fā)明的一個反熔斷器的第二個實施方案沿著在圖4a中標志“4b”的線所給出的平面的一張部分截面圖。隔離層512在半導體基片600上形成并提供如前所述的隔離。隔離層512也可以如圖4b中畫出的那樣退進基片600。延伸到基片600的頂表面612的下部導體層610能夠用向半導體基片600的一個區(qū)域摻雜來形成。在下部導體610的上表面上形成電介質(zhì)層520，它起著如前所述的反熔斷器電介質(zhì)的作用。在上部導體530的側(cè)壁620上也能夠形成絕緣間隔器(未示出)。在基片600的上表面，隔離層512和電介質(zhì)層520上形成絕緣層630。絕緣層630把第二導體550和第二接觸640與第三導體560和第三接觸650相隔離并能用任何一種合適的絕緣材料，諸如SiO2，SiN，BPSG及其它等來形成。
用第二導體550和第二接觸640來形成對于下部導體610的第一區(qū)的一個電連接。第二接觸640從第二導體550的下表面，通過絕緣層630和電介質(zhì)層520的開口向下延伸到下部導體610第一區(qū)的上表面。用第三導體560和第三接觸650來形成對于下部導體610第二區(qū)的一個電連接。第三接觸650從第三導體560的下表面，通過絕緣層630和電介質(zhì)層520的開口向下延伸到下部導體610第二區(qū)的一個上表面。第二接觸640和第三接觸650可以用任意一種合適的導電材料來形成，諸如鎢。
由第二導體550和第二接觸640所形成的對于下部導體610第一區(qū)的電連接和由第三導體560和第三接觸650所形成的對于下部導體610第二區(qū)的電連接使得下部導體610能夠分別被提供以一個第一電勢(VLP1)和一個第二電勢(VLP2)。這些電勢都有助于對反熔斷器狀態(tài)的控制以及也在下部導體610中引起一個正比于兩端所加電壓差的電流I(也即I∝[VLP1-VLP2])。當電流I流過下部導體610時，下部導體以與前面所述第一實施方案的上部導體40產(chǎn)生熱能相同的方式產(chǎn)生焦耳熱。半導體基片600最好是SOI類型，以使由下部導體610產(chǎn)生的熱能不會消散進半導體基片，而是被傳送到電介質(zhì)層520。SOI基片的絕緣性質(zhì)，通過把熱能限制在反熔斷器電介質(zhì)層和SOI基片的氧化物埋層之間來把通常在體硅基片中將發(fā)生的熱損失減至最小。因而，第二實施方案的反熔斷器結(jié)構(gòu)的狀態(tài)控制效率能夠以在第一方案中得以改善的同樣方式得以改善。在第二實施方案和第一實施方案之間的差別在于在第二實施方案中，下部導體610產(chǎn)生焦耳熱，而在第一實施方案中，上部導體40產(chǎn)生焦耳熱。
圖4c給出按照本發(fā)明的一個反熔斷器結(jié)構(gòu)的第二個實施方案沿著圖4a中標志“4c”的直線所給出的平面的一張部分截面圖。絕緣層630把各個電學連接和反熔斷器的結(jié)構(gòu)隔離開。用第一導體540和第一接觸660來形成對于反熔斷器上部導體530的一個電學連接。第一接觸660從第一導體540的下表面通過在絕緣層630上的開口，向下延伸到上部導體530的上表面。第一接觸660能夠用任意一種合適的導電材料，諸如鎢來形成。由第一導體540和第一接觸660所形成的對于上部導體530的電連接使得對上部導體供以一個第三電勢成為可能。這個電勢有助于第二實施方案的反熔斷器狀態(tài)的改變，正象供給第一實施方案下方導體310的電勢有助于第一實施方案的反熔斷器的狀態(tài)改變那樣。
第二實施方案的反熔斷器以第一實施方案相同的方式被改變狀態(tài)，必須在上部導體530和下部導體610之間在一個足夠的時間間隔內(nèi)加上一個足夠大的電壓差以在電介質(zhì)層520中引起一次擊穿。然而，在第二個實施方案中，反熔斷器狀態(tài)的改變能夠用通過下方導體一個電流I，從而產(chǎn)生焦耳熱，以使電介質(zhì)層520升高溫度來加速。產(chǎn)生電流的方式和第一方案中產(chǎn)生電流的方式幾乎相同，只不過電流是流過下部導體以產(chǎn)生熱能而不是流過上部導體。在一個例子中，因為極高摻雜硅(～1021/cm3)具有約10-4歐姆·厘米的電阻率，因而在SOI層的一個長400nm，寬100nm，深100nm的下部導體將有約40歐姆的電阻，以及在0.5伏偏置條件下將產(chǎn)生約5mW的加熱功率。就象在第一實施方案的上部導體40那樣，當電流流過下部導體610時，該導體既起著一常規(guī)反熔斷器下部導體的作用，同時起著向電介質(zhì)層520直接提供熱能的加熱元件的作用。
圖5a給出了按照本發(fā)明的一個反熔斷器結(jié)構(gòu)的第三個實施方案的一張部分頂視圖。狀態(tài)可控電路800包括一個在半導體基片(未示出)上形成的一隔離層812，以及由一個下部導體(未示出)，上部導體840，以及在下部和上部導體之間形成的電介質(zhì)層820的一部分所形成的反熔斷器結(jié)構(gòu)。在隔離層812上并鄰近一個絕緣層(未示出)形成陽極830和陰極850。陽極830和陰極850源/宿電流通過上部導體840。上部導體840也鄰近該絕緣層形成以及部分地在隔離層812上，部分地在電介質(zhì)層820上形成。上部導體840能夠用任意一種合適的導電材料，諸如摻雜和非摻雜多晶硅，摻雜和非摻雜硅化多晶硅，摻雜和非摻雜單晶硅，氮化鈦，氮化鉭，包括鋁，鋼及其合金的金屬，包括鎢，鈦，鉭及其合金的難熔金屬。電介質(zhì)層820是在下部導體上形成，并可以用任意一種能夠起反熔斷器電介質(zhì)作用的合適的電介質(zhì)來形成，諸如柵氧化物。下部導體能夠用對該半導體基片的一個區(qū)摻雜，從而使它能夠?qū)щ姾?，來形成。下部導體也可以用一薄膜晶體管材料來形成，諸如多晶硅或任何其它能夠支持柵電介質(zhì)形成的導電半導體材料。
隔離層812能夠用任意一種能夠把反熔斷器結(jié)構(gòu)與鄰近器件電隔離諸如STI的合適的絕緣材料來形成。該半導體基片能夠用任意一種合適的半導體材料，諸如體硅，SOI，SiGe，GaAs，或其它等來形成。
用第一導體860和第一接觸(未示出)來形成對于陽極830的一個電連接，以及用第二導體870和第二接觸來形成對陰極850的一個電連接。用第三導體880和第三接觸(未示出)來形成對反熔斷器的下部導體的第一區(qū)的一個電連接。用第四導體890和第四接觸(未示出)來形成對下部導體第二區(qū)的一個電連接。該第一，第二，第三，和第四導體和接觸，分別能用任何一種合適的導電材料，諸如摻雜和非摻雜的多晶硅，摻雜和非摻雜的硅化多晶硅，摻雜和非摻雜單晶硅，氮化鈦，氮化鉭，包括鋁，銅及其合金的金屬，包括鎢，鈦，鉭及其合金的難熔金屬。
圖5b給出了按照本發(fā)明的一個反熔斷器的第三個實施方案，沿著在圖5a中標以“5b”的直線所給出的平面的一張部分截面圖。隔離層812是在半導體基片900上形成的并如前所述提供隔離。隔離層812可以退進基片900內(nèi)，如圖5b所示。延伸至基片900上表面的下部導體910，能夠通過對半導體基片900的一個區(qū)域摻雜來形成。電介質(zhì)層820在下部導體910的上表面形成并起著如前所述反熔斷器電介質(zhì)的作用。在上部導體840的側(cè)壁920上也可以形成絕緣間隔器。在基片900，絕緣層812和電介質(zhì)層820的上表面上形成絕緣層930。絕緣層930把第三導體880及第三接觸840和第四導體890及第四接觸950隔離開來，以及它能用任何一種合適的絕緣材料，諸如SiO2，SiN，BPSG及其它等來形成。
用第三導體880和第三接觸940來形成對下部導體910的第一區(qū)的電連接。第三接觸從第三導體880的下表面向下延伸，通過在絕緣層930和電介質(zhì)層820上的開口，到達下部導體910第一區(qū)的上表面。用第四導體890和第四接觸950來形成對下部導體910的第二區(qū)的電連接。第四接觸950從第四導體890的下表面向下延伸，通過絕緣層930和電介質(zhì)層820上的開口，到達下部導體910第二區(qū)的上表面。第三接觸940和第四接觸950能用任何一種合適的導電材料，諸如鎢，來形成。
用第三導體880和第三接觸940來形成對于下部導體910的第一區(qū)的電連接，利用第四導體890和第四接觸950來形成對于下部導體910第三區(qū)的電連接，就使下部導體被分別供以一個第一電勢(VLP1)和一個第二電勢(VLP2)成為可能。這些電勢都有助于反熔斷器的改變狀態(tài)，以及它們在下部導體中引起一個正比于加于其上的電壓差的一個電流IL(也即IL∝|VLP1-VLP2|)。當電流IL流過下部導體910時，該下部導體產(chǎn)生焦耳熱，其方式與前所述第二方案的下部導體610產(chǎn)生的材料的方式相同。半導體基片900最好是SOI類型的，這樣，如上所述，由下部導體910產(chǎn)生的熱能不會消散進半導體基片，而是被傳送到電介質(zhì)層820去。這樣第三實施方案的反熔斷器結(jié)構(gòu)的狀態(tài)改變效率就能被改善，其方式和第一和第二實施方案中被改善的方式相同。第二和第三實施方案的相同之處在于，兩者的下部導體，610和910，都產(chǎn)生焦耳熱。
圖5c給出按照本發(fā)明的一個反熔斷器的第三個實施方案，沿著圖5a中標以5c的直線所表示的平面的一張部分截面圖。絕緣層930把第一導體860及第一接觸960和第二導體870及第二接觸970隔離開。在下部導體910的上表面上形成電介質(zhì)層820，該層起作用如前所述的反熔斷器電介質(zhì)層的作用。
用第一導體860和第一接觸960來形成對陽極830的電連接。第一接觸960從第一導體860的底面向下延伸，通過絕緣層930的一個開口，到達陽極830的上表面。用第二導體870和第二接觸970來形成對于陰極850的電連接。第二接觸970從第二導體870的底面向下延伸，通過在絕緣層930的開口，到達陰極850的上表面。第一接觸960和第二接觸970能夠用任何一種合適的導電材料，諸如鎢來形成。
由第一導體860和第一接觸960形成的對陽極830的電連接以及由第二導體870和第二接觸970形成的對陰極850的電連接使得上部導體840能夠被分別供以一第三電勢(VA)和一第四電勢(VC)成為可能。這兩個電勢有助于該反熔斷器的狀態(tài)改變，以及在上部導體840中能引起一個和加在導體上的電勢差成正比的電流IU(也即IU∝|VA-VC|)。當電流流過上部導體840時，上部導體產(chǎn)生焦耳熱，其方式與如前所述的第一個實施方案的上部導體40產(chǎn)生熱能的方式相同。
第三實施方案的反熔斷器與第一和第二實施方案的反熔斷器以相同的方式被改變狀態(tài)。在上部導體840和下部導體910之間必須在一個足夠的時間間隔內(nèi)加上一足夠的電勢差，以引起在電介質(zhì)層820內(nèi)部的擊穿，從而把上部導體和下部導體短路。然而在第三個實施方案中，能夠用在上部導體840和下部導體910中都通過電流，從而在兩個導體中都產(chǎn)生焦耳熱，來提高電介質(zhì)的溫度，從而加速反熔斷器的狀態(tài)改變。在上部導體840中流過的電流IU是用加在上部導體上的電勢差，以與第一個實施方案相同的方式產(chǎn)生出來的。在下部導體910中流過的電流IL是用加在下部導體上的電勢差，以與第二個實施方案相同的方式產(chǎn)生出來的。當電流又流進上部導體840又流過下部導體610時，它們中每一個都既起著常規(guī)反熔斷器導體的作用，又起著對電介質(zhì)層820直接供給熱能的加熱元件的作用。因而，本發(fā)明的第三個實施方案又從上部導體840，又從下部導體910直接對電介質(zhì)層20加熱。
焦耳定律給出電流I在t時間內(nèi)流過電阻器R所釋放的熱量。Q＝I2Rt，其中R＝ρ×L/A以及R＝電阻(歐姆)ρ＝電阻率(歐姆米)
L＝電阻的長度(米)A＝截面積(米2)因而，對于一種固定的材料類型，可以通過增加長度或減小加熱元件的截面積，增加流過加熱元件的電流，或兼而有之來增加焦耳熱。然而電遷移限制了能夠流過一個導體的電流的數(shù)值。按照熱流量方程，通過一給定材料，熱能的流動速率ΦQ≈k(ΔT/d)；其中k是熱導率(低的熱導率阻止熱量流動)，d是擴散距離，而ΔT是在熱區(qū)和冷區(qū)之間的溫差。
把加熱元件和反熔斷器集成進一個結(jié)構(gòu)比起常規(guī)反熔斷器結(jié)構(gòu)提供了顯著的優(yōu)點。首先，按照熱流量方程，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)不再經(jīng)受由于間接加熱而引起的熱流量的減少。因為加熱元件是集成進反熔斷器上部導體，反熔斷器下部導體，或二者，反熔斷器電介質(zhì)層被直接加熱，因而熱能量并不象常規(guī)結(jié)構(gòu)的情況那樣流過一種中間材料。有加熱元件的常規(guī)反熔斷器結(jié)構(gòu)要求加熱元件被一中間材料，諸如一絕緣材料，與反熔斷器結(jié)構(gòu)分開并隔離開。這層中間材料可以高達0.5μm厚并通常不是一種好的熱導體。這樣，按照熱流量方程，熱能流向常規(guī)反熔斷器結(jié)構(gòu)的速率將被中間材料的熱導率以及材料的厚度正比地減小。對于具有0.5μm厚度的絕緣中間材料，通過中間材料熱能流速率的減小能夠是重要的。其次，因為本發(fā)明的反熔斷器結(jié)構(gòu)把一加熱元件和反熔斷器導體集成進一個單一的元件，本發(fā)明的這種新的結(jié)構(gòu)是更簡單和更有效的，以及因而需要更少的處理步驟并且使裝有反熔斷器結(jié)構(gòu)的集成電路的整體尺寸變小。
雖然本發(fā)明已經(jīng)用特定的實施方案來加以敘述，但是顯然，根據(jù)上述敘述，對于本領域的技術(shù)人員，容易作很多改動，修正和變化。因而，本發(fā)明要求包括在本發(fā)明的范圍和精神和下述權(quán)利要求內(nèi)的所有這些改動，修改和變化。
權(quán)利要求
1一個反熔斷器結(jié)構(gòu)，包含一適合接收一第一電勢(V1)的第一導體；鄰近該第一導體形成的一電介質(zhì)層；以及一鄰近該電介質(zhì)層形成的第二導體，它通過該電介質(zhì)層而與第一導體隔開，該第二導體適合接收一第二電勢(V2)和一第三電勢(V3)，并響應V2和V3來加熱該電介質(zhì)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，還包含一與第一導體相耦合的第三導體；一與第二導體的第一區(qū)相耦合的第四導體；以及一與第二導體的第二區(qū)相耦合的第五導體，其中第二導體的第一和第二區(qū)是不同的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中第三導體向第一導體供給V1，第四導體向第二導體的第一區(qū)供給V2，而第五導體向第二導體的第二區(qū)供給V3。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中第三，第四，和第五導體包含選自如下材料組中的材料，該組由摻雜和非摻雜多晶硅，摻雜和非摻雜硅化多晶硅，摻雜和非摻雜單晶硅，氮化鈦，氮化鉭，包括鋁，銅及其合金的金屬，以及包括鎢，鈦，鉭及其合金的難熔金屬組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，還包含在鄰近第二導體的至少一個側(cè)壁處形成的絕緣間隔器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，還包含在鄰近第一導體的至少一個側(cè)壁處形成的絕緣間隔器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中該電介質(zhì)層包含選自如下材料組中的材料，該組由SiN，柵電介質(zhì)和ONO組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中該電介質(zhì)層有約1.0nm到2.0nm的厚度，約60nm到120nm的寬度和約1000nm的長度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中第一導體包含半導體基片的一個摻雜區(qū)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中半導體基片包含選自如下材料組中的材料，該組由體硅，SOI，SiGe和GaAs組成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中第二導體包含選自如下材料組中的材料，該組由摻雜和非摻雜多晶硅，摻雜和非摻雜硅化多晶硅，摻雜和非摻雜單晶硅，氮化鈦，氮化鉭，包括鋁，銅及其合金的金屬，以及包括鎢，鈦，鉭及其合金的難熔金屬組成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中第一導體包含一薄膜晶體管材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中第二導體包含半導體基片的一個摻雜區(qū)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中半導體基片包含選自如下材料組中的材料，該組由體硅，SOI，SiGe，和GaAs組成。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中第一導體包含選自如下材料組中的材料，該組由摻雜和非摻雜多晶硅，摻雜和非摻雜硅化多晶硅，摻雜和非摻雜單晶硅，氮化鈦，氮化鉭，包括鋁，銅及其合金的金屬，以及包括鎢，鈦，鉭及其合金的難熔金屬組成。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中第二導體包含一薄膜晶體管材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中第一導體有約60nm到120nm的寬度和約1000nm的長度及第二導體有約60nm到120nm的寬度和約300nm到1200nm的長度。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中第一導體有約60nm到120nm的寬度和約300nm到1200nm的長度及第二導體有約60nm到120nm的寬度和約1000nm的長度。
19.一可編程電路，包含一半導體基片；以及在半導體基片上形成的一個反熔斷器，該反熔斷器包含一適合接收一第一電勢(V1)的第一導體；在鄰近該第一導體處形成的一電介質(zhì)層；以及一鄰近該電介質(zhì)層處形成的第二導體，它通過該電介質(zhì)層而與第一導體隔開，該第二導體適合接收一第二電勢(V2)和一第三電勢(V3)，并響應V2和V3來加熱該電介質(zhì)層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的可編程電路，還包含與第一導體相耦合的一第三導體；與第二導體的第一區(qū)相耦合的一第四導體；以及與第二導體的第二區(qū)相耦合的一第五導體，其中第二導體的第一區(qū)和第二區(qū)是不同的。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中第三導體向第一導體供給V1，第四導體向第二導體的第一區(qū)供給V2，而第五導體向第二導體的第二區(qū)供給V3。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的可編程電路，其中V1，V2，V3促使電介質(zhì)層的擊穿。
23.一個反熔斷器結(jié)構(gòu)，包含一電介質(zhì)層；在電介質(zhì)層鄰近形成的一第一導體，該第一導體適合接收一第一電勢(V1)和一第二電勢(V2)，并響應V1和V2來加熱電介質(zhì)層；以及在電介質(zhì)層鄰近形成一第二導體，它通過該電介質(zhì)層而與第一導體隔開，該第二導體適合接收一第三電勢(V3)和一第四電勢(V4)，并響應V3和V4來加熱電介質(zhì)層。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，還包含與第一導體的第一區(qū)相耦合的一第三導體；與第一導體的第二區(qū)相耦合的一第四導體；與第二導體的第一區(qū)相耦合的一第五導體；以及與第二導體的第二區(qū)相耦合的一第六導體，其中第一導體的第一區(qū)和第二區(qū)是不同的，以及第二導體的第一區(qū)和第二區(qū)是不同的。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中第三導體供給第一導體的第一區(qū)以V1，第四導體供給第一導體的第二區(qū)以V2，第五導體供給第二導體的第一區(qū)以V3，以及第六導體供給第二導體的第二區(qū)以V4。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中第三，第四，第五，以及第六導體包含選自以下材料組中的材料，該材料組由摻雜和非摻雜多晶硅，摻雜和非摻雜硅化多晶硅，摻雜和非摻雜單晶硅，氮化鈦，氮化鉭，包括鋁，銅及其合金的金屬，以及包括鎢，鈦，鉭及其合金的難熔金屬組成。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，還包含鄰近第二導體的至少一個側(cè)壁形成的絕緣間隔器。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，還包含鄰近第一導體的至少一個側(cè)壁形成的絕緣間隔器。
29.根據(jù)權(quán)利要求23所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中電介質(zhì)層包含選自如下組中的材料，該組由SiN，柵電介質(zhì)，和ONO組成。
30.根據(jù)權(quán)利要求23所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中電介質(zhì)層有約1.0nm到約2.0nm的厚度，約60nm到120nm的寬度，約1000nm的長度。
31.根據(jù)權(quán)利要求23所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中第一導體包含半導體基片的一個摻雜區(qū)。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中半導體基片包含選自以下材料組中的材料，該組由體硅，SOI，SiGe，和GaAs組成。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中第二導體包含選自以下材料組中的材料，該組由摻雜和非摻雜多晶硅，摻雜和非摻雜硅化多晶硅，摻雜和非摻雜單晶硅，氮化鈦，氮化鉭，包括鋁，銅及其合金的金屬，以及包括鎢，鈦，鉭及其合金的難熔金屬組成。
34.根據(jù)權(quán)利要求23所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中第一導體包含一薄膜晶體管材料。
35.根據(jù)權(quán)利要求23所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中第二導體包含半導體基片的一個摻雜區(qū)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中半導體基片包含選自以下材料組中的材料，該組由體硅，SOI，SiGe，以及GaAs組成。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中第一導體包含選自以下材料組中的材料，該組由摻雜和非摻雜多晶硅，摻雜和非摻雜硅化多晶硅，摻雜和非摻雜單晶硅，氮化鈦，氮化鉭，包括鋁，銅及其合金的金屬，以及包括鎢，鈦，鉭及其合金的難熔金屬組成。
38.根據(jù)權(quán)利要求23所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中第二導體包含一薄膜晶體管材料。
39.根據(jù)權(quán)利要求23所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中第一導體有約60nm到120nm的寬度和約1000nm的長度，而第二導體有約60nm到120nm的寬度和約300nm到1200nm的長度。
40.根據(jù)權(quán)利要求23所述的反熔斷器結(jié)構(gòu)，其中第一導體有約60nm到120nm的寬度，約300nm到1200nm的長度，而第二導體有約60nm到120nm的寬度和約1000nm的長度。
41.一可編程序電路，包含一半導體基片；以及在該半導體基片上表成的一個反熔斷器，該反熔斷器包括鄰近電介質(zhì)層處形成的第一導體，該第一導體適合接收一第一電勢(V1)和一第二電勢(V2)并響應V1和V2來加熱電介質(zhì)層；以及鄰近該電介質(zhì)層處形成的第二導體，該導體通過電介質(zhì)層而與第一導體隔開，該第二導體適合接收一第三電勢(V3)和一第四電勢(V4)，并響應V3和V4來加熱電介質(zhì)層。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的可編程電路，還包含與第一導體第一區(qū)相耦合的一第三導體；與第一導體第二區(qū)相耦合的一第四導體；與第二導體第一區(qū)相耦合的一第五導體；與第二導體第二區(qū)相耦合的一第六導體；其中第一導體的第一區(qū)和第二區(qū)是不同的，以及第二導體的第一區(qū)和第二區(qū)是不同的。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的可編程電路，其中第三導體供給第一導體第一區(qū)以V1，第四導體供給第一導體第二區(qū)以V2，第五導體供給第二導體第一區(qū)以V3，以及第六導體供給第二導體第二區(qū)以V4。
44.根據(jù)權(quán)利要求41所述的可編程電路，其中V1，V2，V3，V4促使電介質(zhì)層的擊穿。
45.一種對反熔斷器編程的方法，包含提供一個具有一集成加熱元件的反熔斷器；對反熔器的第一導體加一個第一電勢(V1)；對反熔斷器的第二導體的第一區(qū)加一個第二電勢(V2)；對反熔斷器的第二導體的第二區(qū)加一個第三電勢(V3)，讓一個電流Ic，通過第二導體，其中Ic∝[V2-V3]；產(chǎn)生熱能，其中熱能正比于Ic；以及以該熱能直接加熱反熔斷器的電介質(zhì)層。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中反熔斷器電介質(zhì)層被直接加熱這么一段時間，該時間與電介質(zhì)的溫度/tBD關系和電介質(zhì)的溫度/VBD關系相對應。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中當電介質(zhì)層擊穿時，反熔斷器被編程。
48.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中V2＜或＞V3。
49.一種對反熔斷器編程的方法，包含提供一個具有多個集成加熱元件的反熔斷器；對反熔斷器的第一導體的第一區(qū)加上一第一電勢(V1)；對第一導體的第二區(qū)加上一第二電勢(V2)；對反熔斷器的第二導體的第一區(qū)加上一第三電勢(V3)；對第二導體的第二區(qū)加上一第四電勢(V4)；讓一個第一電流(I1)通過第一導體，其中I1∝[V1-V2]；讓一個第二電流(I2)通過第二導體，其中I2∝[V3-V4]；產(chǎn)生熱能，其中熱能是正比于I1和I2；以及以該熱能直接加熱反熔斷器的電介質(zhì)層。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中反熔斷器電介質(zhì)層被直接加熱一段時間，該時間和電介質(zhì)的溫度/tBD關系和電介質(zhì)的溫度/VBD相對應。
51.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中當電介質(zhì)層擊穿時，該反熔斷器被編程。
52.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中V1＜或＞V2，以及V3＜或＞V4。
全文摘要
本發(fā)明提供具有一個集成電路元件的反熔斷器結(jié)構(gòu)以及把該熔斷器編程為通狀態(tài)的方法，該熔斷器結(jié)構(gòu)包含第一和第二導體和在兩導體之間形成的一電介質(zhì)層，其中一個導體或二個導體既起著常規(guī)反熔斷器導體的作用，又起著在把反熔斷器改變?yōu)橥顟B(tài)時直接加熱反熔斷器電介質(zhì)層的作用。
文檔編號H01L23/525GK1812086SQ200510119438
公開日2006年8月2日 申請日期2005年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月12日
發(fā)明者樸炳柱, 伊耶爾·蘇布拉曼年, 庫坦達拉曼·昌德拉塞卡拉 申請人:國際商業(yè)機器公司