本發(fā)明涉及反熔絲存儲器架構(gòu)，特別涉及一種讀取裝置以及編程電容器連接至同一字元線的反熔絲存儲器架構(gòu)。

背景技術(shù)：

反熔絲單元包括存儲器單元，存儲器單元的端點(diǎn)于編程前為斷開，并于編程后短路(shorted)/連接(connected)。反熔絲存儲器基于金氧半導(dǎo)體技術(shù)，其中金氧半導(dǎo)體電容器/晶體管的柵極介電層將崩潰以造成編程電容器/晶體管的柵極與源極/漏極區(qū)互相連接。由于反熔絲單元的編程狀態(tài)無法通過逆向工程判斷，因此反熔絲單元具有防止逆向工程驗(yàn)證的有利特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明一實(shí)施例是提供一種反熔絲存儲器架構(gòu)包括一字元線、一位元線、以及一反熔絲單元。反熔絲單元包括一讀取裝置，讀取裝置包括連接至字元線的一第一柵極電極、位于第一柵極電極的下方的一第一柵極介電層、連接至位元線的一漏極區(qū)、以及一源極區(qū)。第一柵極介電層具有一第一厚度。漏極區(qū)以及源極區(qū)是位于第一柵極電極相對的兩側(cè)。反熔絲單元還包括一編程裝置，編程裝置包括連接至字元線的第二柵極電極、設(shè)置于第二柵極電極的下方的第二柵極介電層。第二柵極介電層具有小于第一厚度的一第二厚度。編程裝置還包括連接至讀取裝置的源極區(qū)的第一源極/漏極區(qū)。

本發(fā)明另一實(shí)施例提供一種反熔絲存儲器架構(gòu)包括以一第一方向延伸的一字元線、以垂直于第一方向的一第二方向延伸的一位元線、以第二方向延伸一主動區(qū)、以及一反熔絲單元。反熔絲單元包括一讀取裝置以及一編程裝置。讀取裝置包括位于側(cè)壁以及主動區(qū)的一頂表面且具有一第一厚度的一第一柵極介電層、位于第一柵極介電層上并以第一方向延伸的一柵極電極(其中第一柵極電極是連接至字元線)、連接至位元線一漏極區(qū)、以及一源極區(qū)。漏極區(qū)以及源極區(qū)是位于第一柵極電極相對的兩側(cè)。編程裝置包括位于一側(cè)壁以及主動區(qū)的一頂表面上的一第二柵極介電層、位于第二柵極介電層上并以第一方向延伸的一第二柵極電極、連接至源極區(qū)的一源極/漏極區(qū)、以及被第二柵極電極所覆蓋的一通道區(qū)。第二柵極電極是連接至位元線。通道區(qū)以及源極/漏極區(qū)是為一同一導(dǎo)電類型。第二柵極介電層具有小于第一厚度的一第二厚度

本發(fā)明另一實(shí)施例提供一種反熔絲存儲器操作方法，步驟包括編程一陣列，其中陣列包括布置為多行與多列的多個(gè)反熔絲單元。每個(gè)上述反熔絲單元包括一讀取裝置以及一編程裝置。編程的步驟包括提供一第一電壓至連接至讀取裝置的一第一柵極以及編程裝置的一第二柵極的一字元線，其中讀取裝置以及編程裝置是為一選定單元。編程的步驟還包括提供一第二電壓至讀取裝置的漏極區(qū)，其中第一電壓以及第二電壓的組合導(dǎo)致編程裝置中一第一柵極介電層崩潰。讀取裝置中一第二柵極介電層于第一電壓以及第二電壓下仍保持未崩潰。

在一實(shí)施例中，還包括：讀取上述陣列中之一單元，其中上述讀取步驟包括：提供一第三電壓至上述字元線，其中上述第三電壓并不會讓上述陣列中之任何閘極介電層崩潰；以及感測一位元線之一電壓，其中上述位元線是連接至上述讀取裝置之上述汲極區(qū)；其中，于上述第一閘極介電層崩潰后，上述第二閘極以及上述讀取裝置之一源極區(qū)是電阻性地連接；其中，于上述編程步驟中，提供為0V之一電壓至陣列中非選定字元線所連接之非選定單元，以及提供約為上述第一電壓之一半之一電壓至上述字元線之非選定單元所連接之位元線；以及其中，上述編程裝置為一局部金氧半導(dǎo)體電容器。

在一實(shí)施例中，其中上述編程裝置為一三端金氧半導(dǎo)體電容器。

本發(fā)明所公開的實(shí)施例具有一些有利的特征。于同一反熔絲單元中的讀取裝置讀取金氧半導(dǎo)體以及編程電容器(金氧半導(dǎo)體電容器或者編程金氧半導(dǎo)體)是連接至同一字元線。因此，反熔絲的結(jié)構(gòu)以及操作較為簡化。而其尺寸亦被減少。可使用單一字元線控制電路。此外，同一反熔絲單元中的讀取裝置讀取金氧半導(dǎo)體以及編程電容器是分享同一主動區(qū)以及同一P型井區(qū)，因此可減少反熔絲單元的尺寸。

附圖說明

本發(fā)明可通過閱讀以下的詳細(xì)說明以及范例并配合相應(yīng)的附圖以更詳細(xì)地了解。需要強(qiáng)調(diào)的是，依照業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)操作，各種特征并未依照比例繪制，并且僅用于的對其進(jìn)行說明目的。事實(shí)上，為了清楚論述，各種特征的尺寸可以任意地增加或減少。

圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例所述的裝置的各種層位以及不同層位中的特征的示意剖視圖；

圖2A、2B、2C是顯示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例所述的各階(stage)中的反熔絲單元示意圖；

圖3A、3B、3C是顯示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例所述的各階中的反熔絲單元示意圖；

圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例所述的單一反熔絲單元的布局圖；

圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例所述的反熔絲陣列的布局圖；

圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例所述的反熔絲陣列的方向的示意圖；

圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例所述的反熔絲陣列的電路示意圖；

圖8～13B是顯示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例所述的反熔絲陣列的布局圖以及各種剖視圖；

圖14是顯示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例所述的反熔絲陣列的電路示意圖；

圖15～17是顯示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例所述的反熔絲陣列的布局圖以及各種剖視圖；

圖18～24是顯示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例所述的反熔絲陣列的方向的示意圖；

圖25、26是顯示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例所述的反熔絲陣列中的連接模塊；

圖27～30是顯示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例所述的反熔絲陣列的編程以及讀取方法。

附圖標(biāo)記說明：

10～基板

120～反熔絲單元陣列

14～主動區(qū)

14'～主動區(qū)的末端

18～接點(diǎn)栓塞

20～反熔絲單元

20-S～選定單元

20-S'～未編程單元

22～淺溝渠隔離區(qū)

23～P型井區(qū)

24～讀取金氧半導(dǎo)體

24A、26A～柵極電極

24C～源極

24D、26D～柵極介電層

25～通道區(qū)

26'、26”～邊緣

26～金氧半導(dǎo)體電容器

26B、26C～源極/漏極區(qū)

27～晶體管

27～電阻

28連接模塊

30、32～介層窗接點(diǎn)

31～M1金屬線

33、34～柵極接點(diǎn)

BL、BL-n、BL-n+1、BL-n+2、BL-n+3～位元線

WL、WL-m、WL-m+1、WL-m+2、WL-m+3～字元線

具體實(shí)施方式

下列是提供了許多不同的實(shí)施例、或示例，用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同特征。以下是公開各種元件以及配置的具體實(shí)施例或者示例以簡化描述本發(fā)明。當(dāng)然這些僅為示例但不以此為限。例如，說明書中第一特征位于第二特征上方的結(jié)構(gòu)可包括以第一特征與第二特征直接接觸的形式，以及可包括以于第一特征與第二特征之間插入額外的特征的形式，使得第一特征以及第二特征并未直接接觸。此外，本發(fā)明于各種示例中將重復(fù)標(biāo)號和/或字母。上述的重復(fù)用于簡化以及清楚的目的，并非用以指定各種實(shí)施例和/或所述配置中的關(guān)系。

此外，空間相關(guān)術(shù)語，例如“之下(underlying)”、“下方(below)”、“下部(lower)”、“上方(overlying)”、“上部(upper)”等空間相關(guān)術(shù)語在此被用于描述圖中例示的一個(gè)元件或特征與另一元件或特征的關(guān)系?？臻g相關(guān)術(shù)語可包括設(shè)備于使用或操作中除了圖中描繪的方位以外的不同方位。設(shè)備可以其它方式被定向(旋轉(zhuǎn)90度或處于其它方位)，并且在此使用的空間相關(guān)描述詞應(yīng)可被相應(yīng)地理解。

本發(fā)明各種示例性實(shí)施例是提供一種反熔絲存儲器及其操作的方法，并對一些實(shí)施例中的一些變化進(jìn)行討論。于各個(gè)視圖以及示例性實(shí)施例中，類似的標(biāo)號用于表示相同的元件。

圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例所述的裝置的各種層位(level)以及不同層位中的特征部件的示意剖視圖。每個(gè)層位包括一個(gè)或者多個(gè)介電層和/或?qū)щ娞卣鞑考?conductive feature)形成于其中。于相同層位中的導(dǎo)電特征部件是具有大致上彼此平齊的頂表面(top surface)，以及大致上彼此平齊的底表面(bottom surface)，并且頂表面以及底表面是同時(shí)形成。舉例來說，OD(主動區(qū))14位于的一OD層位中。一接點(diǎn)層位是位于OD層位上，其中接點(diǎn)栓塞18是形成于接點(diǎn)層位中。接點(diǎn)層位中的特征部件還包括柵極介電層24D、柵極介電層26D、柵極電極24A以及柵極電極26A。于接點(diǎn)層位上是設(shè)有via-0層位、M1層位、via-1層位、M2層位、via-2層位、以及M3層位。于后續(xù)的敘述中，當(dāng)提及特征元件時(shí)，其層位可參考圖1中的名稱以及標(biāo)號。本發(fā)明中特征元件的標(biāo)號可引用圖1中所使用的標(biāo)號并于其后接續(xù)符號”-”以及數(shù)字。舉例來說，當(dāng)特征元件表示為M1并接續(xù)符號”-“以及數(shù)字時(shí)，是表示此特征元件為M1層位中的一個(gè)特征元件。當(dāng)特征元件表示為”via-0”并接續(xù)符號”-“以及數(shù)字時(shí)，是表示此特征元件為主動區(qū)中的一個(gè)特征元件。

繼續(xù)參閱圖1，接著描述基板10。基板10可為硅基板或者由任意其它適用的半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的基板。隔離區(qū)例如淺溝渠隔離區(qū)(Shallow Trench Isolation region,STI region)22是形成延伸于基板10中。為基板10的一部分的主動區(qū)(OD)14是由淺溝渠隔離區(qū)22定義的。于圖1中，淺溝渠隔離區(qū)22的頂表面是與基板10的頂表面為共同平面。各個(gè)金氧半導(dǎo)體裝置是為平面式(planar)金氧半導(dǎo)體裝置。于其它替代的實(shí)施例中，如圖9所示，淺溝渠隔離區(qū)22為凹陷的(recessed)，且其各個(gè)主動區(qū)14是為半導(dǎo)體鰭片。各個(gè)金氧半導(dǎo)體裝置為鰭式場效晶體管(Fin Field Effect Transistor,FinFET)或者基于鰭式的電容器。

圖1更描述構(gòu)成金氧半導(dǎo)體電容器(MOS capacitor)(于本發(fā)明中是以MOS_Cap表示的)的一部分的柵極介電層26D以及柵極電極26A。此外，柵極介電層24D以及柵極電極24A是形成讀取金氧半導(dǎo)體(reading MOS)(于本發(fā)明中是以R_Mos表示的)的部分。金氧半導(dǎo)體電容器以及讀取金氧半導(dǎo)體結(jié)合形成反熔絲單元。

接點(diǎn)栓塞18是形成于位于via-0層位下方的層位，并用以將via-0層位中的介層窗接點(diǎn)與下方的特征部件(例如金氧半導(dǎo)體電容器的柵極或者源極/漏極區(qū)以及讀取裝置)接點(diǎn)。

圖2A是顯示反熔絲單元20，包括讀取金氧半導(dǎo)體24以及金氧半導(dǎo)體電容器26。金氧半導(dǎo)體電容器26是為具有兩個(gè)端點(diǎn)的局部金氧半導(dǎo)體，包括源極/漏極區(qū)26C以及柵極26A。讀取金氧半導(dǎo)體24的柵極24A以及金氧半導(dǎo)體電容器26的柵極26A是連接至共同字元線WL。讀取金氧半導(dǎo)體24的源極24C是連接至金氧半導(dǎo)體電容器26的源極/漏極區(qū)26C。于編程之前，金氧半導(dǎo)體電容器26的相對兩端26A以及26C為斷開(不電性連接)，以及電流并無法流過金氧半導(dǎo)體電容器26。請參閱圖2B，當(dāng)提供高電壓至金氧半導(dǎo)體電容器26的相對兩端26A以及26C時(shí)，金氧半導(dǎo)體電容器26的柵極介電層崩潰。連接終端26A以及終端26C的結(jié)構(gòu)的一部分是作為電阻，以及終端26A以及終端26C是等效于連接通過電阻27(圖2C)，其電阻值是為中止運(yùn)作的柵極介電層的電阻值以及介于其中的通道區(qū)的電阻值。

圖3A是顯示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例所述的反熔絲單元20的示意圖。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的反熔絲單元20是類似于圖2A圖中所示的反熔絲單元20，不同于圖2A中的金氧半導(dǎo)體電容器26的是圖3A中的編程金氧半導(dǎo)體(Pro_MOS)26具有三個(gè)端點(diǎn)。三個(gè)端點(diǎn)包括柵極26A、源極/漏極26C、以及源極/漏極26B。源極/漏極26B可為電性浮接(未連接)。編程金氧半導(dǎo)體26亦可作為編程電容器，以及某些時(shí)候于本發(fā)明中可作為金氧半導(dǎo)體電容器。再次地，讀取金氧半導(dǎo)體24的柵極24以及編程金氧半導(dǎo)體26的柵極26A是連接至共同字元線WL。讀取金氧半導(dǎo)體24的源極24C是連接至編程金氧半導(dǎo)體26的源極/漏極區(qū)26C。于編程前，編程金氧半導(dǎo)體的相對兩端26A以及26C為斷開(不電性連接)，以及電流并無法流過金氧半導(dǎo)體電容器。請參閱圖3B，當(dāng)夠高的電壓提供至編程金氧半導(dǎo)體的相對兩端26A以及26C時(shí)，編程金氧半導(dǎo)體26的柵極介電層即崩潰，以及編程金氧半導(dǎo)體的相對兩端26A以及26C是通過等效電阻27電性連接。

圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例所述的反熔絲單元20的布局圖。標(biāo)示為矩形區(qū)域的虛線代表反熔絲單元20的邊界。反熔絲單元20包括多主動區(qū)14(即為半導(dǎo)體鰭片(semiconductor fins))、柵極電極24A、以及柵極電極26A。鰭的數(shù)量可為單一鰭、兩個(gè)鰭、或者三個(gè)鰭，其中以虛線表示的鰭14的一者是代表該鰭可能存在或者可能不存在。柵極電極24A、主動區(qū)14、源極節(jié)點(diǎn)、以及漏極節(jié)點(diǎn)的組合是構(gòu)成讀取金氧半導(dǎo)體24。柵極電極26A、主動區(qū)14、以及源極節(jié)點(diǎn)的組合是構(gòu)成金氧半導(dǎo)體電容器26。

根據(jù)一些實(shí)施例，主動區(qū)14的末端14’(側(cè)壁)是被柵極電極26A所覆蓋。因此主動區(qū)14并不會延伸跨越柵極電極26A?；蛘?，主動區(qū)的末端14’是結(jié)束于柵極電極26A的相對邊緣26’以及邊緣26”之間。因此，金氧半導(dǎo)體電容器26是為兩端裝置，以及具有單一源極/漏極區(qū)。

柵極電極24A以及柵極電極26A是通過連接模塊28電性連接至同一字元線WL。字元線WL可位于M2層位(如圖1所示)。字元線WL是連接至位于下方via-1層位中的介層窗接點(diǎn)30。位于M1層位的金屬線31是位于介層窗接點(diǎn)30下方并連接至介層窗接點(diǎn)30。位于via-0層位的介層窗接點(diǎn)32是位于金屬線31下方并連接至金屬線31。柵極接點(diǎn)33以及柵極接點(diǎn)34更將各別的介層窗接點(diǎn)32分別連接至柵極電極24A以及柵極電極26A。因此連接模塊28包括介層窗接點(diǎn)30、M1金屬線31、介層窗接點(diǎn)32、以及柵極接點(diǎn)33以及柵極接點(diǎn)34。因此，通過連接模塊28所連接的柵極電極24A以及柵極電極26A是具有相同的電壓。

圖5是顯示2x4的反熔絲單元陣列120的布局圖，包括兩行(行1以及行2)以及四列(列1～列4)。位于M2層位的字元線WL是作為以X方向延伸的連續(xù)金屬線。位于M1層位的位元線BL是作為以Y方向延伸的連續(xù)金屬線。多連接模塊28是連接位于同一反熔絲單元中的金氧半導(dǎo)體電容器以及讀取金氧半導(dǎo)體的柵極。

圖6是顯示圖5所述的反熔絲單元陣列的方向的示意圖。本發(fā)明的描述中反熔絲單元陣列的象征示意圖中所顯示的字母”F”是用以描述反熔絲單元20的布局的相對方向，其中每個(gè)字母”F”表示一個(gè)反熔絲單元以及其方位。字母”F”的特別之處在于其四個(gè)方向(+X、-X、+Y、以及–Y)所對應(yīng)的特征并不相同，因此其可用于辨識反熔絲單元的方位。如圖6中字母”F”所示的方向，反熔絲單元的第二行的布局是鏡像于反熔絲單元陣列的第一行的反熔絲單元的布局。反熔絲單元的第二列的布局是鏡像于反熔絲單元陣列的第一列的反熔絲單元的布局。第三列以及第四列的組合是重復(fù)第一列以及第二列的組合的樣板。

圖7～11是描述根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例所述的反熔絲單元的一些細(xì)節(jié)。圖7是顯示2x2的反熔絲陣列120的電路示意圖，反熔絲單元陣列120是連接至兩條字元線WL以及兩條位元線BL。每個(gè)反熔絲單元包括金氧半導(dǎo)體電容器以及讀取金氧半導(dǎo)體。圖8是顯示圖7所述的2x2的反熔絲陣列120的布局，其是顯示P型井區(qū)23是延伸通過反熔絲陣列。多個(gè)反熔絲單元的P型井區(qū)23更連接在一起以構(gòu)成連續(xù)的P型井區(qū)。

圖9、10、11A、11B所示的多個(gè)剖視圖是取自圖8中的布局。圖9是顯示圖8中線9-9的平面的剖視圖。半導(dǎo)體鰭片(主動區(qū))14是高于淺溝渠隔離區(qū)22的頂表面。源極/漏極區(qū)26C、源極/漏極區(qū)24C、以及源極/漏極區(qū)24B是形成于P型井區(qū)23中以作為再生長磊晶區(qū)(re-grown epitaxy region)，因此標(biāo)示為”S/D epi”。鰭14的末端14’延伸于柵極電極26A的下方，柵極電極26A的第一部分直接位于鰭14下方，以及柵極電極26A的第二部分并未對齊柵極電極26A。金氧半導(dǎo)體電容器的一側(cè)為淺溝渠隔離區(qū)22，因此金氧半導(dǎo)體電容器為不具有第二源極/漏極區(qū)的局部晶體管。由局部晶體管所構(gòu)成的電容器的一有利特征為當(dāng)柵極介電層26D崩潰時(shí)，崩潰的位置將朝向源極/漏極節(jié)點(diǎn)26C/24C。相較之下，若金氧半導(dǎo)體電容器亦具有第二源極/漏極區(qū)，崩潰區(qū)可能崩潰于第二源極/漏極側(cè)。其表示介于柵極電極26A以及對應(yīng)的源極/漏極節(jié)點(diǎn)26C之間的等效電阻27(請參閱圖3C)的電阻值將會很高，因?yàn)榇穗娮柚凳前ń橛诒罎Ⅻc(diǎn)以及源極/漏極區(qū)26C之間的通道的一部分的電阻值。因此，通過使用局部晶體管以形成編程電容器，將可有利地降低所形成編程后的編程電容器的電阻值。

柵極電極24A以及柵極電極26A可由金屬、金屬合金、金屬硅化物、金屬氮化物、或者類似的元素所形成。柵極介電層24D以及柵極介電層26D可由K值高于3.8的高介電絕緣(high-k dielectric)所形成。K值可能高于約7.0。高介電絕緣材料可包括鋁、氧化鉿、氧化鑭、或者類似的材料。金氧半導(dǎo)體電容器的柵極介電層26D具有厚度T1。金氧半導(dǎo)體電容器的柵極介電層24D具有大于厚度T1的厚度T2。T2/T1的比值的選擇必須夠高，使得于金氧半導(dǎo)體電容器的編程中柵極介電層26D崩潰而柵極介電層24D保持不崩潰。根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例，T2/T1的比值大于約1.5，以及可大于約2.0。T2/T1的比值可介于約1.5以及約2.5之間。此比值范圍確保當(dāng)柵極介電層26D崩潰時(shí)，柵極介電層24D仍穩(wěn)定保持不崩潰但不超出界限。根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例，柵極介電層26D是與核心晶體管(未顯示)同時(shí)形成，因此具有相同的厚度，以及柵極介電層26D是與輸入/輸出(I/O)晶體管(未顯示)同時(shí)形成于同一晶片中，因此具有相同的厚度。

此外，如圖7所示，金氧半導(dǎo)體電容器以及讀取金氧半導(dǎo)體形成于延伸超過反熔絲單元陣列120的同一P型井區(qū)23中。源極/漏極節(jié)點(diǎn)可由P型井區(qū)23的凹槽中的磊晶區(qū)所形成，并摻雜有n型雜質(zhì)。P型井區(qū)23的形成將減少源極/漏極漏電流。

圖10是顯示圖8中線10-10的平面的剖視圖。所顯示的部分是穿過淺溝渠隔離區(qū)22。再次地，圖10是顯示不同的厚度T1以及厚度T2。

圖11A是顯示圖8中線11A-11A的平面的剖視圖。剖視圖是穿過讀取金氧半導(dǎo)體的柵極電極24A。第11B圖是顯示圖8中線11B-11B的平面的剖視圖。剖視圖是穿過金氧半導(dǎo)體電容器的柵極電極26A。圖11A是同時(shí)顯示介于凹陷的淺溝渠隔離區(qū)22的相對部分的半導(dǎo)體鰭片14。

回到圖9，根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例，因?yàn)橹苯游挥跂艠O電極26A下方的通道區(qū)25為一部分的P型井區(qū)23，因此通道區(qū)25為p型。值得注意的是，區(qū)域25是命名為”通道”以表示其位于對應(yīng)的柵極的下方，但并非為互連源極/漏極區(qū)的通道。圖12是顯示根據(jù)本發(fā)明替代實(shí)施例的剖視圖，其中通道區(qū)25亦摻雜n型，即具有與連接的源極/漏極區(qū)26C/24C相同的導(dǎo)電類型。因此，并沒有p-n接面介于通道25以及源極/漏極接點(diǎn)26C/24C之間。摻雜的n型雜質(zhì)是以”x”符號顯示。雜質(zhì)可包括砷、磷、或者類似的材料。同樣地，通道區(qū)25中的n型雜質(zhì)的濃度可能很高，舉例來說，介于約1E19/cm³以及約1E21/cm³的范圍之間。有利的是，由于并沒有p-n接面介于通道25以及源極/漏極接點(diǎn)26C/24C之間，和/或更因?yàn)橥ǖ?5的雜質(zhì)的濃度可能會增加，因此電阻27的電阻值(請參閱第2C圖)可有利地降低。

圖13A、13B是顯示當(dāng)通道區(qū)25是摻雜n型雜質(zhì)的反熔絲陣列的剖視圖。圖13A是顯示圖8中線11A-11A的平面的剖視圖。剖視圖是穿過讀取金氧半導(dǎo)體的柵極電極24A。圖13A中所顯示的結(jié)構(gòu)基本上與圖11A所示的相同，因此摻雜的通道區(qū)25并未顯示于平面中。

圖13B是顯示圖8中線11B-11B的平面的剖視圖。剖視圖是穿過金氧半導(dǎo)體電容器的柵極電極26A。半導(dǎo)體鰭片14的顯示部分是摻雜有n型雜質(zhì)，摻雜的n型雜質(zhì)是以”x”符號顯示。

圖14～17是顯示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例所述的反熔絲單元20。這些實(shí)施例是類似于圖7～13B中所示的實(shí)施例，不同之處在于圖7～13中的局部金氧半導(dǎo)體裝置是由圖3A～3C中的編程金氧半導(dǎo)體取代，以產(chǎn)生圖14～17所示的結(jié)構(gòu)。圖14是顯示2x2的反熔絲單元陣列120的電路示意圖，其中單元20是連接至兩字元線WL以及兩位元線BL。每個(gè)反熔絲單元20包括一編程金氧半導(dǎo)體以及一讀取金氧半導(dǎo)體。圖15是顯示圖14所示的2x2的反熔絲單元陣列120的布局。如圖14所示，半導(dǎo)體鰭片14延伸至柵極電極26A的相對兩側(cè)上。

圖16、17的剖視圖是取自圖15。圖16是顯示圖15中線16-16的平面的剖視圖。半導(dǎo)體鰭片(主動區(qū))14是高于淺溝渠隔離區(qū)22的頂表面。讀取金氧半導(dǎo)體裝置是共享為p型并連接至BL接點(diǎn)的共同漏極區(qū)24B。根據(jù)一些實(shí)施例，如圖16所示，通道區(qū)25是摻雜有n型雜質(zhì)，因此編程金氧半導(dǎo)體裝置的源極/漏極區(qū)26B、通道區(qū)25、以及源極/漏極區(qū)26C/24C的組合是形成連續(xù)n型區(qū)。根據(jù)另一實(shí)施例，不執(zhí)行n型通道的摻雜，因此p型通道區(qū)25是將n型源極/漏極區(qū)自n型源極/漏極區(qū)26C/24C分離。再次地，編程金氧半導(dǎo)體裝置以及讀取金氧半導(dǎo)體裝置是形成于同一P型井區(qū)23中。

圖17是顯示圖15中線17-17的平面的剖視圖。所顯示的部分是穿過淺溝渠隔離區(qū)22，因此未顯示源極/漏極區(qū)。再次地，圖17是顯示不同的厚度T1以及厚度T2。

圖15中線11A-11A的平面的剖視圖基本上類似于圖11A中所示。圖15中線11B/13B-11B/13B的平面的剖視圖基本上類似于圖11B或者圖13B中所示，取決于是否執(zhí)行N型通道的摻雜。在此即不重復(fù)描述。

圖18～21是顯示根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例所述的2x2的反熔絲單元陣列120的布局。反熔絲單元陣列120的電路示意圖是類似于圖7中所示。根據(jù)一些實(shí)施例，圖18～21所示的所有實(shí)施例中，主動區(qū)14是為主動區(qū)區(qū)塊(而非鰭)，因此所產(chǎn)生的讀取金氧半導(dǎo)體裝置以及金氧半導(dǎo)體電容器裝置是為平面裝置(planar device)。根據(jù)另一實(shí)施例，主動區(qū)14為半導(dǎo)體鰭片，其中所產(chǎn)生的讀取金氧半導(dǎo)體裝置以及金氧半導(dǎo)體電容器裝置是為鰭式裝置。

請參閱圖18，主動區(qū)14具有柵極電極24A以及柵極電極26A位于其上。主動區(qū)的末端14’是對齊柵極電極26A的邊緣26’。因此，所產(chǎn)生金氧半導(dǎo)體電容器是為不包括漏極區(qū)的局部金氧半導(dǎo)體。

圖19A、19B是顯示鏡像的反熔絲單元。第二行是相對于第一行翻轉(zhuǎn)，其中是以相對于沿著X方向的線進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。因此，第二行是鏡像于第一行。第二列是(相對于水平線)相對于第一列翻轉(zhuǎn)，其中是以相對于沿著Y方向的線進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。因此，第二列是鏡像于第一列。于圖19B中，第二行鏡像于第一行，然而第二列是為第一列的重復(fù)(非鏡像)?；氐綀D18，可觀察到反熔絲單元是以延伸于Y方向的中間線對稱(或非對稱)。在這種情況下，鏡像或者非鏡像的行將產(chǎn)生相同的結(jié)構(gòu)。

圖20是顯示根據(jù)一些實(shí)施例所述的2x2的反熔絲單元陣列120的布局。上述的布局是類似于圖7中所示，除了于圖20中，主動區(qū)14是為堆疊(bulk)的主動區(qū)，因此所產(chǎn)生的讀取金氧半導(dǎo)體以及金氧半導(dǎo)體電容器為平面裝置。圖21A是顯示第二列是鏡像于第一列。圖21B是顯示第二列是為第一列的重復(fù)。

圖22、23是顯示根據(jù)一些實(shí)施例所述的2x2的反熔絲單元陣列120的布局，是增加虛擬柵極電極40。虛擬柵極電極40可為電性浮接。于圖22中，虛擬柵極電極40是位于反熔絲單元的對應(yīng)的行中，并且未延伸至反熔絲單元20的兩行中。虛擬柵極電極40延伸至同一反熔絲單元20的邊界20C以及邊界20D。根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例，主動區(qū)14是延伸位于虛擬柵極電極40的下方，但并未穿過虛擬柵極電極40。因此，主動區(qū)14的末端14’是被虛擬柵極電極40所覆蓋。

圖23是顯示根據(jù)一些實(shí)施例所述的2x2的反熔絲單元陣列120的布局。虛擬柵極電極40的一者是覆蓋邊界20A，然而并沒有虛擬柵極電極覆蓋于邊界20B上，其中虛擬柵極電極40的縱長(lengthwise)方向是平行于邊界20A的縱長方向。圖24是顯示根據(jù)一些實(shí)施例所述的2x2的反熔絲單元陣列120的示意圖，是顯示第一行以及第二行彼此是以沿著X方向的線翻轉(zhuǎn)，以及第一列以及第二列彼此是以沿著Y方向的線翻轉(zhuǎn)。因此，第一行以及第二行是為彼此鏡像，以及第一列以及第二列是為彼此鏡像。

圖25是顯示捆扎(strapping)的字元線WL-N-1～WL-N+6。穿過字元線的矩形表示連接模塊28。于圖25中，于每一行中每兩個(gè)相鄰的反熔絲單元(不同列)是共享一個(gè)連接模塊28。相鄰列中的連接模塊28并未對齊。于圖26中，于每一行中每兩個(gè)相鄰的反熔絲單元是共享一個(gè)連接模塊28，以及相鄰列中的連接模塊是彼此對齊。

圖27～30是顯示根據(jù)一些實(shí)施例所述的反熔絲單元陣列120的編程操作以及讀取操作，其中于此示例中是使用4x4的反熔絲單元陣列120。反熔絲單元(每個(gè)包括讀取金氧半導(dǎo)體以及金氧半導(dǎo)體電容器)是連接至字元線WL-m、WL-m+1、WL-m+2、以及WL-m+3。反熔絲單元更連接至位元線BL-n、BL-n+1、BL-n+2、以及BL-n+3。字元線WL-m、WL-m+1、WL-m+2、以及WL-m+3更連接至字元線驅(qū)動器、提供字元線電壓的電源、以及一控制電路。位元線BL-n、BL-n+1、BL-n+2、以及BL-n+3更連接至感應(yīng)放大器(SA)、選擇器/驅(qū)動器電路、以及提供位元線電壓的電源。圖27是顯示未執(zhí)行任何編程前的反熔絲單元陣列120。因此，所有金氧半導(dǎo)體電容器裝置的柵極介電層仍并未崩潰。

圖28是顯示選定單元的編程。于所示的實(shí)施例中，連接至字元線WL-m+1以及位元線BL-n+1的單元是為被編程的選定單元。剩下的單元為將不會被編程的非選定單元。選定單元是標(biāo)示為20-S。

表1是顯示于編程以及讀取操作期間提供至選定單元以及非選定單元的電壓、以及提供至選定位元線以及非選定位元線的電壓的示例。必須理解的是，表1所提供的電壓僅作為示例，亦可使用不同的電壓。

表1

如表1所示，于編程操作中，提供至選定字元線的電壓是介于約3V以及約5V之間，提供至非選定字元線的電壓為0V。3V～5V的電壓是夠高足以讓選定單元中金氧半導(dǎo)體電容器的柵極介電層崩潰，但不足以讓選定單元中讀取金氧半導(dǎo)體的柵極介電層崩潰(損毀)。提供至選定位元線的電壓為0V，以及提供至非選定位元線的電壓約等于提供至選定字元線的電壓的一半(約1.5V至約2.5V)。于讀取操作中，提供至選定字元線的電壓是介于約0.8V以及約1.8V之間，提供至非選定字元線的電壓為0V。選定字元是預(yù)充至選定電壓(例如0V)，以及提供至非選定位元線的電壓為0V或者其它既定電壓，或者保持浮動。約0.8V～1.8V的電壓是夠低足以不讓各個(gè)反熔絲單元中的任何柵極介電層崩潰。表1中的電壓是由連接至字元線以及位元線的電源(未顯示)所提供。

于編程操作中，如圖28中所示，提供至選定字元線WL-m+1的電壓為3V～5V，并提供至選定單元20-S中讀取金氧半導(dǎo)體以及金氧半導(dǎo)體電容器的柵極電極。提供至選定位元線BL-n+1的電壓為0V。選定單元20-S中的讀取金氧半導(dǎo)體完全導(dǎo)通，因此3V～5V的電壓是提供至選定單元20-S支金氧半導(dǎo)體電容器的柵極介電層，造成金氧半導(dǎo)體電容器的柵極介電層崩潰，即圖9、12中所示的薄的柵極介電層。于另一方面，盡管高電壓亦提供至讀取金氧半導(dǎo)體，但因?yàn)樽x取金氧半導(dǎo)體的柵極介電層為厚的，因此并未發(fā)生崩潰或者損毀。所產(chǎn)生的金氧半導(dǎo)體電容器是如同圖29中所示的晶體管27。

再次參閱圖28，連接至選定字元線WL-m+1的選定列中，因?yàn)樘峁┲练沁x定位元線的電壓為1.5V以及2.5V，于選定列以及非選定行中的讀取金氧半導(dǎo)體裝置亦完全導(dǎo)通，以及各別的位元線電壓(1.5V～2.5V)亦提供至各別的金氧半導(dǎo)體電容器裝置。因此，選定列以及非選定行中介于金氧半導(dǎo)體電容器裝置的柵極以及對應(yīng)的源極/漏極之間的電壓為((3V～5V)–(1.5V～2.5V))，即亦為1.5V～2.5V。此電壓并不足夠高無法導(dǎo)致金氧半導(dǎo)體電容器裝置以及讀取金氧半導(dǎo)體裝置崩潰，而并不會發(fā)生編程。

出于類似的理由，提供至剩余的反熔絲單元中的單元的電壓并不足夠高以造成崩潰，因此沒有崩潰發(fā)生。

圖29是顯示連接至字元線WL-m+1以及位元線BL-n+1的編程單元20-S的讀取操作。提供至選定字元線WL-m+1的電壓為0.8V～1.8V，以及選定位元線BL-n+1是被預(yù)充至0V。因此，選定單元20-S中的讀取金氧半導(dǎo)體裝置完全導(dǎo)通，以及字元線WL-m+1是以充電電流I充電位元線BL-n+1。位元線BL-n+1的電壓相應(yīng)于充電而增加，例如增加至約0.6V～1.6V。感應(yīng)到電壓的增加的感應(yīng)放大器SA是判斷對應(yīng)的單元20-S為被編程中。

圖30是顯示連接至字元線WL-m+1以及位元線BL-n+2的未編程單元20-S’的讀取操作。提供至選定字元線WL-m+1的電壓為0.8V～1.8V，以及選定位元線BL-n+1是被預(yù)充至0V。因此，選定單元20-S中的讀取金氧半導(dǎo)體裝置完全導(dǎo)通。由于金氧半導(dǎo)體電容器的柵極介電層并未崩潰，因此并無電流流過未編程單元20-S’中的金氧半導(dǎo)體電容器。位元線BL-n+2因此未被充電，以及對應(yīng)的電壓仍維持于0V。感應(yīng)到電壓為0V的感應(yīng)放大器SA是判斷對應(yīng)的單元20-S’并未被編程。

本發(fā)明所公開的實(shí)施例具有一些有利的特征。于同一反熔絲單元中的讀取裝置讀取金氧半導(dǎo)體以及編程電容器(金氧半導(dǎo)體電容器或者編程金氧半導(dǎo)體)是連接至同一字元線。因此，反熔絲的結(jié)構(gòu)以及操作較為簡化。而其尺寸亦被減少?？墒褂脝我蛔衷€控制電路。此外，同一反熔絲單元中的讀取裝置讀取金氧半導(dǎo)體以及編程電容器是分享同一主動區(qū)以及同一P型井區(qū)，因此可減少反熔絲單元的尺寸。

根據(jù)本發(fā)明一方面，一反熔絲存儲器架構(gòu)包括一字元線、一位元線、以及一反熔絲單元。反熔絲單元包括一讀取裝置，讀取裝置包括連接至字元線的一第一柵極電極、位于第一柵極電極的下方的一第一柵極介電層、連接至位元線的一漏極區(qū)、以及一源極區(qū)。第一柵極介電層具有一第一厚度。漏極區(qū)以及源極區(qū)是位于第一柵極電極相對的兩側(cè)。反熔絲單元還包括一編程裝置，編程裝置包括連接至字元線的第二柵極電極、設(shè)置于第二柵極電極的下方的第二柵極介電層。第二柵極介電層具有小于第一厚度的一第二厚度。編程裝置還包括連接至讀取裝置的源極區(qū)的第一源極/漏極區(qū)。

根據(jù)本發(fā)明另一方面，一反熔絲存儲器架構(gòu)包括以一第一方向延伸的一字元線、以垂直于第一方向的一第二方向延伸的一位元線、以第二方向延伸一主動區(qū)、以及一反熔絲單元。反熔絲單元包括一讀取裝置以及一編程裝置。讀取裝置包括位于側(cè)壁以及主動區(qū)的一頂表面且具有一第一厚度的一第一柵極介電層、位于第一柵極介電層上并以第一方向延伸的一柵極電極(其中第一柵極電極是連接至字元線)、連接至位元線一漏極區(qū)、以及一源極區(qū)。漏極區(qū)以及源極區(qū)是位于第一閘汲電極相對的兩側(cè)。編程裝置包括位于一側(cè)壁以及主動區(qū)的一頂表面上的一第二柵極介電層、位于第二柵極介電層上并以第一方向延伸的一第二柵極電極、連接至源極區(qū)的一源極/漏極區(qū)、以及被第二柵極電極所覆蓋的一通道區(qū)。第二柵極電極是連接至位元線。通道區(qū)以及源極/漏極區(qū)是為一同一導(dǎo)電類型。第二柵極介電層具有小于第一厚度的一第二厚度。

根據(jù)本發(fā)明另一方面，一反熔絲存儲器操作方法包括編程一陣列，其中陣列包括布置為多行與多列的多個(gè)反熔絲單元。每個(gè)上述多個(gè)反熔絲單元包括一讀取裝置以及一編程裝置。編程的步驟包括提供一第一電壓至連接至讀取裝置的一第一柵極以及編程裝置的一第二柵極的一字元線，其中讀取裝置以及編程裝置是為一選定單元。編程的步驟還包括提供一第二電壓至讀取裝置的漏極區(qū)，其中第一電壓以及第二電壓的組合導(dǎo)致編程裝置中一第一柵極介電層崩潰。讀取裝置中一第二柵極介電層于第一電壓以及第二電壓下仍保持未崩潰。

前述的實(shí)施例或者示例已概述本發(fā)明的特征，本領(lǐng)域技術(shù)人員可更佳地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，他們可輕易地使用本發(fā)明作為用于設(shè)計(jì)或者修改其他過程以及結(jié)構(gòu)以實(shí)施相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明所介紹的實(shí)施例或示例的相同優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解的是，上述等效構(gòu)造并未脫離本發(fā)明的精神和范圍，并且可于不脫離本發(fā)明的精神和范圍進(jìn)行各種改變、替換和更改。