[发明专利]反熔丝及其形成方法和具有该反熔丝的非易失性存储器件的单位单元

说明书

相关申请

本申请是2009年2月19日提交的、申请号为200910005686.2、发 明名称为“反熔丝及其形成方法和具有该反熔丝的非易失性存储器件的 单位单元”的中国专利申请的分案申请。本发明要求2008年2月20日 申请的韩国专利申请No.10-2008-0015153的优先权，其全文通过引用并 入本文。

技术领域

本发明是涉及一种用于制造半导体器件的方法，更是具体涉及非易 失性存储器件的可一次编程(OTP)单位单元(unit cell)及其制造方 法。

背景技术

OTP单位单元是用于在诸如动态随机存取存储器(DRAM)、电可 擦除可编程只读存储器(EEPROM)以及闪存的易失性或非易失性存 储器件中的存储器修复。OTP单位单元也用于在模拟芯片及数字芯片 共存的混合信号芯片中修整内部操作电压或频率。

通常，OTP单位单元包括由金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET，下文中称为“MOS晶体管”)组成的反熔丝(anti-fuse) 以及一个或多个MOS晶体管。OTP单位单元是以单个类型或阵列类型 形成且用于修复或修整。

图1说明OTP单位单元的典型反熔丝的横截面图。为了描述的便 利，说明了包括OTP单位单元的典型反熔丝的特定部分而未说明由其 它OTP单位单元组成的其它晶体管。

参看图1，OTP单位单元的典型反熔丝包括衬底100、形成在衬底 100上的栅电极105以及形成在由栅电极105侧壁暴露的衬底100的一 部分中的结区106如源极区域和漏极区域。此外，典型反熔丝还包括形 成在栅电极105与衬底100之间的具有相对较薄厚度的栅极介电层104。

下文将描述具有上述结构的典型OTP单位单元的写入操作。

结区106与拾取区域(pick-up region)107互连且与VSS连接。拾 取区域107用于将偏压施加至阱101。写入电压V_WR经由金属互连层108 而施加至栅电极105。因此，高场效应发生于栅电极105与衬底100之 间且引起栅极介电层104的击穿。因此，栅电极105和衬底100短路。

然而，OTP单位单元的典型反熔丝的栅极介电层104的局限在于其 不被所施加的写入电压稳定地击穿。

在写入操作期间，经由金属互连层108转移至栅电极105的写入电 压V_WR具有由薄层电阻R_S(由金属互连层108所引起)导致的下降电 压，且下降的写入电压V_WR被施加至栅电极105。因此，由于栅电极105 与衬底100之间的场效应同下降电压一样地减小，因此栅极介电层104 没有稳定地击穿。

此外，在写入操作的初始周期期间，栅极介电层104部分击穿且栅 电极105和衬底100部分地短路。在此情况下，存在的问题是：由于阱 101与沟道阻挡区域102之间的漏电流，导致在栅电极105与衬底100 之间没有持续地形成高场效应。部分击穿表示栅极介电层104被击穿的 程度未达到目标水平的状态。

举例而言，当阱101如图1中所示为P-阱时，沟道阻挡区域102掺 杂有N型杂质。因此，正向二极管形成在阱101与沟道阻挡区域102 之间。因此，当栅电极105与衬底100由于栅极介电层104的部分击穿 而部分短路时，正向二极管操作并且引起漏电流。

当在阱101与沟道阻挡区域102之间引起漏电流时，难以使栅极介 电层104的稳定击穿的程度达到目标水平。因此，在读取操作期间，因 为数据的感测容限减小，故器件发生故障。该故障减小OTP单位单元 的读取操作的可靠性。

发明内容

本发明的实施方案涉及一种反熔丝以及制造方法，其能够通过使得 包括金属氧化物半导体(MOS)晶体管的反熔丝的栅极介电层稳定击穿 而改良操作可靠性，从而在读操作期间改良数据感测容限，还涉及具有 该反熔丝的非易失性存储器件的单位单元。

根据本发明的一方面，提供一种反熔丝。该反熔丝包括：形成在衬 底上的栅极介电层；栅电极，其包括本体部分以及从本体部分延伸的至 少一个突出部分，其中本体部分和突出部分以接触栅极介电层的方式形 成在该触栅极介电层上；和结区，其形成在由所述突出部分的侧壁暴露 的衬底的一部分中。