反熔絲、反熔絲陣列及其操作方法

反熔絲、反熔絲陣列及其操作方法
【專利摘要】公開了一種反熔絲、反熔絲陣列及其操作方法。反熔絲陣列包括：有源區，形成在半導體襯底中；狹縫區，形成在有源區的在第一方向上的兩個邊緣部分；多個選擇柵極，在與有源區的第一方向垂直的第二方向上延伸，并耦接到選擇字線；多個第一編程柵極，與選擇柵極間隔開，形成在由狹縫區隔離的有源區之上，并耦接到第一編程字線；多個第二編程柵極，與選擇柵極間隔開，形成在由狹縫區隔離的有源區之上，并耦接到第二編程字線；以及位線，垂直于選擇字線。
【專利說明】
反熔絲、反熔絲陣列及其操作方法
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 要求于2015年4月10日提交的第10-2015-0050988號韓國專利申請的優先權， 該韓國專利申請的公開內容通過引用整體合并于此。
技術領域
[0003] 本公開的實施例涉及一種反熔絲、反熔絲陣列及其操作方法，更具體地，涉及一種 具有改善的編程效率的反熔絲陣列。
【背景技術】
[0004] 半導體器件的反熔絲初始處于絕緣狀態，并在施加比其閾值電壓大的電壓時轉變 為導電狀態。反熔絲包括編程晶體管和選擇晶體管。
[0005] 反熔絲陣列包括編程晶體管、選擇晶體管和位線。選擇一個編程晶體管、一個選擇 晶體管和一個位線以對目標單元編程。
[0006] 當對編程晶體管的編程柵極施加高電壓時，編程柵極的柵極絕緣膜由于高電壓編 程柵極與低電壓位線之間的電壓差而破壞。更具體地，將足以形成導電溝道的電壓施加到 選擇晶體管的選擇柵極，傳送編程柵極電壓。然后，編程柵極與位線之間的電壓差作用于柵 極絕緣膜。這引起編程柵極的柵極絕緣膜破壞，完成編程操作。
[0007] 反熔絲允許存儲單元的修復在封裝級執行，可以提高凈裸片（net die)的數量，可 以改善產品特性，并且可以克服在使用常規激光熔絲時存在的器件限制和制造限制。由于 反熔絲的上述特性，預期反熔絲在各種技術領域中將變得更廣泛使用。
[0008] 為了使反熔絲正常作用，必須形成高質量的氧化物膜，使得除非對反熔絲編程，否 則電流不泄漏。此外，在編程后，重要的是保證編程操作的成功（即，柵極氧化物膜被完全 破壞）。
[0009] 隨著必需的熔絲數目的增加以及每個熔絲尺寸的增加，由反熔絲占據的芯片面積 也不可避免地增加。因此，一直致力于尋找提高反熔絲的集成度同時維持性能特性的方法。

【發明內容】

[0010] 本公開的各種實施例在于提供一種反熔絲、反熔絲陣列及其操作方法，其基本上 消除相關技術的一個或更多個問題、限制和缺點。
[0011] 實施例涉及一種反熔絲、反熔絲陣列及其操作方法，其中，反熔絲的編程柵極形成 為島狀形狀，使得在不增加編程柵極區域的尺寸的情況下實現改善的編程效率。
[0012] 根據本公開的實施例，反熔絲包括：有源區，形成在半導體襯底中；狹縫區，形成 在有源區的在第一方向上的兩個邊緣部分；選擇柵極，在與有源區的第一方向垂直的第二 方向上延伸；以及第一編程柵極和第二編程柵極，與選擇柵極間隔開，并安置在由狹縫區隔 離的有源區之上。
[0013] 根據本公開的另一方面，反熔絲陣列包括：有源區，形成在半導體襯底中；狹縫 區，形成在有源區的在第一方向上的兩個邊緣部分；多個選擇柵極，在與有源區的第一方向 垂直的第二方向上延伸，并耦接到選擇字線；多個第一編程柵極，與選擇柵極間隔開，形成 在由狹縫區隔離的有源區之上，并耦接到第一編程字線；多個第二編程柵極，與選擇柵極間 隔開，形成在由狹縫區隔離的有源區之上，并耦接到第二編程字線；以及位線，垂直于選擇 字線。
[0014] 根據本公開的另一方面，操作反熔絲陣列的方法包括：當第一編程柵極和第二編 程柵極中的至少一個的柵極絕緣膜被破壞時，確定對應的編程柵極的編程狀態。反熔絲陣 列包括：有源區，形成在襯底中；狹縫區，形成在有源區的在第一方向上的兩個邊緣部分； 多個選擇柵極，在與有源區的第一方向垂直的第二方向上延伸，并耦接到選擇字線；多個第 一編程柵極，與選擇柵極間隔開，安置在由狹縫區隔離的有源區之上，并耦接到第一編程字 線；多個第二編程柵極，與選擇柵極間隔開，安置在由狹縫區隔離的有源區之上，并耦接到 第二編程字線；以及位線，垂直于選擇字線。
[0015] 將理解的是，前面的總體描述與接下來的詳細描述都是示例性的和解釋性的，并 意在對權利要求書提供進一步的解釋。
【附圖說明】
[0016] 圖1是圖示根據本公開實施例的構成反熔絲陣列的熔絲單元的布局圖。
[0017] 圖2A到圖2C是圖示根據本公開實施例的反熔絲的剖面圖。
[0018] 圖3A到圖5C是圖示根據本公開實施例的形成反熔絲的方法。
[0019] 圖6是圖示根據本公開實施例的反熔絲陣列的布局圖。
[0020] 圖7是圖示根據本公開實施例的半導體器件的反熔絲陣列的等效電路圖。
【具體實施方式】
[0021 ] 現在將詳細地參照特定實施例，在附圖中圖示了特定實施例的示例。只要可能，就 將在整個附圖中使用相同的附圖標記來指代相同或相似的部件。當對公知或之前討論的結 構或功能的詳細描述可能使主題不太清晰時，將省略對其的描述。
[0022] 反熔絲具有編程特性，其中，反熔絲初始處于絕緣狀態，在施加比閾值電壓大的電 壓之后轉換到導電狀態。反熔絲包括編程晶體管和選擇晶體管。
[0023] 圖1是圖示根據本公開實施例的熔絲單元U的布局圖。更詳細地，以1X2形狀展 示具有兩個單位單元的恪絲單元U。
[0024] 構成反熔絲陣列的熔絲單元U包括由η溝道型MOS晶體管組成的多個編程柵極 120以及多個選擇柵極110。參見圖1，有源區100在第一方向（即，水平方向）上延伸。盡 管未在圖1中示出，但有源區100可以由器件隔離層限定。一個有源區100可以包括中心 部分以及形成在中心部分的一側或兩側的至少一個邊緣部分。有源區100可以在兩個相鄰 的中心部分連接的條件下由狹縫區123隔離每個邊緣部分而形成。換言之，有源區100的 兩個相鄰的中心部分連接，有源區100在有源區100的邊緣部分處由狹縫區123劃分成兩 部分。狹縫區123可以形成在基于有源區100的中心部分的一側和另一側，并在有源區100 的第一方向上延伸。為了方便，在下文中將把通過連接兩個相鄰的中心部分形成的有源區 100稱作一個有源區。
[0025] 多個選擇柵極110可以形成為跨越有源區100。選擇柵極110呈在第二方向上延 伸的直線而形成，即，橫貫有源區100的方向。兩個選擇柵極110可以基于設置在它們之間 的中心部分而形成在一個有源區100之上。選擇柵極110可以構成被配置為選擇特定單元 的選擇晶體管的柵極。
[0026] 多個編程柵極120可以在第一方向上以預定間距相互間隔開，每個編程柵極120 安置于選擇柵極110的與有源區100的中心部分相對的一側。編程柵極120可以構成編程 晶體管的柵極。編程柵極120可以在通過狹縫區123隔離的有源區100的邊緣部分之上沿 第二方向隔離。隔離的編程柵極120可以包括第一編程柵極120a和第二編程柵極120b。
[0027] 第一編程柵極120a和第二編程柵極120b中的每個可以形成為島狀形狀。第一編 程柵極120a和第二編程柵極120b可以通過有源區100的狹縫區123在第二方向上以預定 間距相互間隔開。第一編程柵極120a的一側與第二編程柵極120b的另一側可以在第二方 向上以狹縫區123的臨界尺寸（W)相互間隔開。
[0028] 圖2A到圖2C是圖示根據本公開實施例的反熔絲的剖面圖。更詳細地，圖2A是圖 示沿著圖1中的A-A'線截取的反熔絲的剖面圖，圖2B是沿著圖1中的B-B'線截取的反熔 絲的剖面圖，圖2C是圖示沿著圖1中的C-C'線截取的反熔絲的剖面圖。
[0029] 參見圖2A到圖2C，反熔絲包括多個有源區100,每個有源區100可以由器件隔離 膜103限定。一個有源區100可以包括中心部分以及形成在中心部分的一側或兩側的至少 一個邊緣部分。有源區100可以在兩個相鄰的中心部分相互連接的情況下通過經由狹縫區 123隔離每個邊緣部分而形成。換言之，有源區100的兩個相鄰的中心部分連接，有源區100 在有源區100的邊緣部分處由狹縫區123劃分成兩部分。為了方便，在下文中將把通過連 接兩個相鄰的中心部分而形成的有源區100稱作一個有源區。
[0030] 多個選擇柵極110可以形成為跨越有源區100 (見圖2B和圖2C)。選擇柵極110 呈在第二方向上延伸的直線而形成，即，橫貫有源區100的方向。兩個選擇柵極110可以基 于設置在它們之間的中心部分而形成在一個有源區100之上。選擇柵極Iio可以構成被配 置為選擇特定單元的選擇晶體管的柵極。多個選擇晶體管Iio可以在第一方向上相互間隔 開。
[0031 ] 選擇柵極110可以由導電膜105 (例如，多晶硅層或金屬層）形成。此外，選擇柵極 110可以包括置于導電膜105之下的柵極絕緣膜104。選擇柵極110可以包括順序地沉積 在導電膜105之上的阻擋膜106、硅化鎢膜107和硬掩膜氮化物膜108。選擇柵極110可以 包括沉積在柵極絕緣膜104、導電膜105、阻擋膜106、硅化鎢膜107和硬掩膜氮化物膜108 的側壁處的間隔件109。
[0032] 編程柵極120可以在第一方向上以預定間距相互間隔開，每個編程柵極120安置 在選擇柵極110的與有源區的中心部分相對的一側。編程柵極120可以構成編程晶體管的 柵極。編程柵極120可以在通過狹縫區123隔離的有源區100的邊緣部分之上沿第二方向 隔離。隔離的編程柵極120可以包括第一編程柵極120a和第二編程柵極120b (見圖2A)。
[0033] 編程柵極120可以由層疊結構形成，且由與選擇柵極110基本上相同的材料形成。 編程柵極120可以由導電膜115(例如，多晶硅層或金屬層）形成。此外，編程柵極120可 以包括置于導電膜115之下的柵極絕緣膜114。編程柵極120可以包括順序地沉積在導電 膜115之上的阻擋膜116、硅化鎢膜117和硬掩膜氮化物膜118。編程柵極120可以包括沉 積在柵極絕緣膜114、導電膜115、阻擋膜116、硅化鎢膜117和硬掩膜氮化物膜118的側壁 處的間隔件119。
[0034] 第一編程柵極120a和第二編程柵極120b中的每個可以形成為島狀形狀。第一編 程柵極120a和第二編程柵極120b可以通過有源區100的狹縫區123在第二方向上以預定 間距相互間隔開。第一編程柵極120a的一側與第二編程柵極120b的另一側可以在第二方 向上以狹縫區123的臨界尺寸（W)相互間隔開。狹縫區123可以由具有與器件隔離膜103 相同的深度的溝槽來形成，并用與器件隔離膜103的材料相同的材料來填充溝槽。
[0035] 第一編程柵極120a與第二編程柵極120b中的每個可以在第二方向上與相鄰的有 源區100重疊。第一接觸145a和第二接觸145b可以分別耦接到第一編程柵極120a和第 二編程柵極120b。第一金屬線150a耦接到第一接觸145a，金屬線150b耦接到第二接觸 145b (見圖2A和圖2C)。
[0036] 位線接觸155可以置于有源區100的中心部分之上，位線160可以耦接到位線接 觸155 (見圖2B)。位線160可以形成為跨越選擇柵極110的在第一方向上延伸的延長線。
[0037] 圖3A到圖5C是圖示形成圖2A到圖2C中示出的反熔絲的方法的剖面圖。
[0038] 在圖3A到圖5C中，圖3A、圖4A和圖5A是圖示沿著圖1中的A-A'線截取的反熔 絲的剖視圖，圖3B、圖4B和圖5B是圖示沿著圖1中的B-B'線截取的反熔絲的剖視圖，圖 3C、圖4C和圖5C是圖示沿著圖1中的C-C'線截取的反熔絲的剖視圖。
[0039] 參見圖3A到圖3C，在包括有源區100和器件隔離膜103的半導體襯底之上順序地 形成柵極絕緣膜104和114、導電膜105和115、阻擋膜106和116、硅化鎢膜107和117以及 硬掩膜氮化物膜108和118,由此形成柵極層疊結構。在這種情形下，可以在有源區100的 邊緣部分形成溝槽形狀的狹縫區123,且可以以這樣的方式用絕緣膜填充狹縫區123,即， 使得狹縫區123可以具有與器件隔離膜103相同的深度。可以通過對有源區100執行熱氧 化來形成柵極絕緣膜104和114,或者可以通過在有源區100之上沉積氧化物膜來形成柵極 絕緣膜104和114。此外，導電膜105可以由包括多晶硅或金屬的材料形成。
[0040] 在柵極層疊結構之上形成限定柵極圖案的第一掩膜圖案（未示出）。其后，使用第 一掩膜圖案（未示出）作為刻蝕掩膜來刻蝕柵極層疊結構，從而形成延長線形狀的柵極圖 案以跨越有源區100。
[0041] 在刻蝕第一掩膜圖案（未示出）之后，在包括柵極圖案的整個表面之上沉積間隔 件材料。間隔件材料可以由氮化物膜形成。其后，通過回刻蝕工藝在柵極圖案的側壁形成 柵極間隔件109和119,從而形成選擇柵極110和編程柵極120。
[0042] 在包括編程柵極120的整個表面之上形成使置于有源區100之上的編程柵極120 的某些部分暴露的第二掩膜圖案（未示出）。可以將第二掩膜圖案（未示出）形成為暴露 狹縫區123。
[0043] 使用第二掩膜圖案（未示出）作為刻蝕掩膜來刻蝕線形形狀的編程柵極120,第一 編程柵極120a和第二編程柵極120b中的每個可以形成為島狀形狀。在這種情形下，可以刻 蝕第一編程柵極120a和第二編程柵極120b以暴露狹縫區123。即，第一編程柵極120a和 第二編程柵極120b可以在有源區100之上以狹縫區123的臨界尺寸（W)相互間隔開。兩 個編程柵極（即，第一編程柵極120a和第二編程柵極120b)可以在一個有源區100的上部 基于設置在它們之間的狹縫區123相互間隔開。第一編程柵極120a和第二編程柵極120b 可以分別形成在兩個相鄰的有源區100之上。由于可以分開地控制用于從一個有源區100 選擇的單位單元的兩個編程柵極120a和120b，故可以對從一個有源區100選擇的單位單元 編程兩次。
[0044] 此外，由于線形形狀的編程柵極形成為獨立的島狀形狀，故可以在不增加區域的 尺寸的情況下使編程成功率加倍。
[0045] 參見圖4A到4C，在刻蝕第二掩膜圖案（未示出）之后，在包括選擇柵極110、第一 編程柵極120a和第二編程柵極120b的半導體襯底的整個表面之上形成層間絕緣膜130。
[0046] 層間絕緣膜130可以由氧化物材料形成。例如，氧化物材料可以從高密度等離 子體（HDP)氧化物膜、硼磷硅酸鹽玻璃（BPSG)膜、磷硅酸鹽玻璃（PSG)膜、硼硅酸鹽玻璃 (BSG)膜、四乙基原硅酸鹽（TEOS)膜、不摻雜硅酸鹽玻璃（USG)膜、氟化硅酸鹽玻璃（FSG) 膜、碳摻雜氧化物（CDO)膜以及有機硅酸鹽玻璃（OSG)膜中選擇。此外，氧化物材料可以是 包括上述膜中的至少兩種的層疊結構。可選擇地，氧化物材料可以由諸如旋涂介電質（SOD) 膜的旋涂膜形成。
[0047] 在層間絕緣膜130之上形成限定接觸區的第三掩膜圖案（未示出）。使用第三掩 膜圖案（未示出）作為刻蝕掩膜來刻蝕層間絕緣膜130、第一編程柵極120a的硬掩膜氮化 物膜118以及第二編程柵極120b的硬掩膜氮化物膜118。相應地，第一接觸孔135a和第 二接觸孔135b形成為分別暴露第一編程柵極120a和第二編程柵極120b的硅化鎢膜117。 此外，位線接觸孔140形成為暴露介于選擇柵極110之間的有源區100的中心部分。
[0048] 參見圖5A到5C，用導電材料填充第一接觸孔135a、第二接觸孔135b以及位線接 觸孔140。相應地，第一接觸145a、第二接觸145b和位線接觸155形成。
[0049] 可以將第一金屬線150a和第二金屬線150b分別耦接到第一接觸145a和第二接 觸145b。第一金屬線150a和第二金屬線150b可以呈在平行于選擇柵極110的方向上延伸 的直線而形成。第一金屬線150a和第二金屬線150b可以分別用作第一編程字線和第二編 程字線。
[0050] 第一金屬線150a和第二金屬線150b可以分別親接到第一接觸145a和第二接觸 145b。即，多個第一編程柵極120a可以通過第一接觸145a耦接到單個第一金屬線150a，多 個第二編程柵極120b可以通過第二接觸145b耦接到單個第二金屬線150b。
[0051] 其后，可以將位線160耦接到位線接觸155。可以將跨越選擇柵極110的位線160 形成為直線。
[0052] 如上所述，形成在一個有源區之上的選擇的單元包括兩個隔離的編程柵極（即， 第一編程柵極120a和第二編程柵極120b)，且一個編程柵極可以延伸跨越兩個相鄰的有源 區。因此，由于可以同時選擇并編程兩個編程柵極，故可以在不增加區域的尺寸的情況下將 編程成功率加倍。
[0053] 圖6是圖示根據本公開實施例的反熔絲陣列的布局圖。
[0054] 參見圖6,反熔絲陣列400包括在第一方向和第二方向上安置為nXm陣列的多個 熔絲單元U(在圖1中示出）。從圖1中可以看出，熔絲單元U可以包括共享僅一個有源區 的兩個單位單元，并且包括置于有源區的基于有源區的中心部分的兩側處的選擇柵極110 和編程柵極120。如上所述，熔絲單元U重復地安置為η行和m列，由此形成nXm矩陣陣 列。
[0055] 位于同一列的相鄰熔絲單元U的單位單元可以共享在第二方向上呈直線延伸的 選擇柵極110。
[0056] 編程柵極120在朝向選擇柵極110的與有源區的中心部分相對的一側的第一方向 上以預定間距相互間隔開。
[0057] 每個編程柵極120在一個有源區中劃分成第一編程柵極120a和第二編程柵極 120b。第一編程柵極120a和第二編程柵極120b可以在第二方向上交替安置，第一編程柵 極120a和第二編程柵極120b中的每個可以形成為跨越在第二方向上安置的相鄰的有源 區。即，一個編程柵極120可以形成為與兩個相鄰的有源區重疊。在第二方向上安置的相 鄰恪絲單元U的第一編程柵極120a可以通過第一接觸145a親接到第一金屬線150a。在第 二方向上安置的相鄰熔絲單元U的第二編程柵極120b可以通過第二接觸145b耦接到第二 金屬線150b。第一金屬線150a和第二金屬線150b可以分別用作第一編程字線和第二編程 字線。
[0058] 換言之，形成在一個有源區中的兩個編程柵極（即，第一編程柵極120a和第二編 程柵極120b)耦接到不同的金屬線（即，第一金屬線150a和第二金屬線150b)。相應地，可 以通過兩個編程柵極分開地調整反熔絲的編程狀態。因此，在不增加單元區域的情況下，同 時選擇兩個編程柵極，并且對選擇的兩個編程柵極編程。
[0059] 第一金屬線150a可以親接到與第一編程柵極120a親接的第一接觸145a。第一金 屬線150a可以在第一方形上位于第一編程柵極120a和第二編程柵極120b中的每個的一 偵牝且可以在第二方向上線性延伸。
[0060] 此外，第二金屬線150b可以耦接到與第二編程柵極120b耦接的第二接觸145b，且 可以在第一方向上位于第一編程柵極120a和第二編程柵極120b中的每個的另一側。
[0061] 在這種情況下，由于第一金屬線150a和第二金屬線150b的剖面圖與第一接觸 145a和第二接觸145b的剖面圖未安置在一條直線上，故第一金屬線150a還可以包括在第 一方向上從第一接觸145a延長到第一編程柵極120a的延伸部分。第二金屬線150b還可 以包括在第一方向上從第二接觸145b延長到第二編程柵極120b的延伸部分。
[0062] 第一編程柵極120a可以通過與第一接觸145a耦接的延伸部分而耦接到第一金屬 線150a，第二編程柵極120b可以通過與第二接觸145b耦接的延伸部分而耦接到第二金屬 線150b。第一金屬線150a和第二金屬線150b可以安置在第一編程柵極120a和第二編程 柵極120b的兩側，第一金屬線150a和第二金屬線150b的延伸部分可以分別安置在第一編 程概極120a和第二編程概極120b之上。
[0063] 位線接觸155可以安置于包含在熔絲單元U中的有源區的中心部分，耦接到位線 接觸155的位線160也可以安置在有源區的中心部分。位于同一行的熔絲單元U的位線接 觸155可以耦接到一個位線160。即，位于同一行的熔絲單元U可以共享位線160。
[0064] 位線160可以跨越選擇柵極110在第一方向上線性地延伸，并且可以經過第一編 程概極120a和第二編程概極120b之間。
[0065] 當對從上述反熔絲陣列中選擇的單元的第一編程柵極120a和第二編程柵極120b 施加高電壓，并且對選擇柵極110施加用于選擇柵極110的導通電壓時，在選擇柵極110之 下形成溝道區，并且由于施加到第一編程柵極120a和第二編程柵極120b的高電壓與施加 到位線160的低電壓之間的電壓差而導致第一編程柵極120a和第二編程柵極120b的柵極 絕緣膜被破壞。
[0066] 施加到所選擇的單元以對反熔絲陣列的單元編程的高電壓和低電壓是不固定的， 而可以設定為任意電壓，其中，通過該任意電壓第一編程柵極120a和第二編程柵極120b的 柵極可以由于兩個電壓之間的差而被破壞。
[0067] 圖7是圖示根據本公開實施例的半導體器件的反熔絲陣列的等效電路圖。
[0068] 參見圖7,反熔絲陣列可以包括多個編程字線WLl和WL2、多個選擇字線WL3、多個 位線BL以及多個熔絲單元U。為了方便，假定若干熔絲單元U具有熔絲單元U在第二方向 上延伸并重復安置的1X3結構。
[0069] 一個熔絲單元U可以包括四個編程晶體管TRl到TR4以及4個選擇晶體管TR5到 TR8。熔絲單元U可以如圖1或圖2A到2C中所示出地形成。
[0070] 在熔絲單元U之內安置在同一行上的第一編程晶體管TRl和第一選擇晶體管TR5 可以在第一方向上并列地安置。同樣地，安置在同一行上的第二編程晶體管TR2和第二選 擇晶體管TR6可以在第一方向上并列地安置。
[0071] 若干選擇字線WL3可以在第二方向上延伸。選擇字線WL3可以耦接到在每個熔絲 單元U之內位于同一列中的各選擇晶體管TR5到TR8的柵極端子。第一編程晶體管TRl與 置于在第二方向上的相鄰的熔絲單元U中的編程晶體管TR9的柵極端子可以共同地耦接到 第二編程字線WL2。同樣地，第二編程晶體管TR2與置于在第二方向上的相鄰的熔絲單元U 中的編程晶體管TRlO的柵極端子可以共同地耦接到第一編程字線WL1。
[0072] 此外，通過位線接觸而連接的位線BL可以安置在熔絲單元U的選擇晶體管TR5到 TR8之間。位線BL在第一方向上延伸，且可以被安置為經過單個熔絲單元U中的第一編程 晶體管TRl和TR3與第二編程晶體管TR2和TR4之間。
[0073] 當四個編程晶體管TRl到TR4以及四個選擇晶體管TR5到TR8包含在一個熔絲單 元U中時，上面的晶體管TRl到TR8組合成晶體管對，使得晶體管TRl到TR8是水平對稱的。 例如，兩個編程晶體管TRl和TR2以及兩個選擇晶體管TR5和TR6安置在相對于位線接觸 的一側，兩個編程晶體管TR3和TR4以及兩個選擇晶體管TR7和TR8安置在相對于位線接 觸的另一側。
[0074] 表1示出圖6和圖7中示出的反熔絲陣列的操作所需的電壓條件。在下文中將參 照圖6、圖7和表1來描述反熔絲陣列的操作。
[0075] [表 1]

[0078] 根據在表1中示出的編程操作（a)，被選擇的單元的第一編程柵極120a的柵極絕 緣膜被破壞，然后編程操作被執行。對第一編程柵極120a施加高電壓（高），對第二編程柵 極120b施加比高電壓低的電壓。在這種情形下，因為施加到第二編程柵極120b的電壓與 施加到位線160的電壓之間的差不足以破壞第二編程柵極120b，故第二編程柵極120b的 柵極絕緣膜未被施加到第二編程柵極120b的電壓破壞。如表1中所示，施加到第二編程柵 極120b的電壓示例性地設定為中等電壓（中）。根據一個實施例，上面編程操作所需的高 電壓（高）可以為大約4V到6V，例如，5V的電壓。此外，低電壓（低）可以是大約IV到3V 的電壓，例如，2. 5V的電壓。
[0079] 當將用于選擇柵極110的導通電壓（例如，中等電壓（中））施加到被選擇單元的 選擇柵極110時，在選擇柵極110之下形成溝道區，且選擇柵極110導通。當將低電壓（低） 施加到位線160時，第一編程柵極120a的柵極絕緣膜被第一編程柵極120a與位線160之間 的電壓差破壞。相應地，第一編程柵極120a短路，然后被編程。然而，在第二編程柵極120b 中，由于施加到位線160的低電壓（低）與施加到第二編程柵極120b的中等電壓（中）之 間的差不足，故第二編程柵極120b的柵極絕緣膜未被破壞。因此，第二編程柵極120b未被 編程，而形成在一個有源區之上的第一編程柵極120a被編程。
[0080] 根據表1中示出的編程操作（b)，將高電壓（高）施加到被選擇單元的第二編程 柵極120b，將不能破壞第一編程柵極120a的柵極絕緣膜的電壓施加到第一編程柵極120a。 以與編程操作（a)中相同的方式，如表1中所示，施加到第一編程柵極120a的電壓示例性 地由中等電壓（中）表示。
[0081] 當將用于選擇柵極110的導通電壓（例如，中等電壓（中））施加到被選擇單元的 選擇柵極110時，選擇柵極110導通。當將低電壓施加到位線160時，第二編程柵極120b 的柵極絕緣膜被第二編程柵極120b與位線160之間的電壓電平差破壞。相應地，第二編程 柵極120b可以被編程。
[0082] 根據編程操作（b)，在一個有源區中的第一編程柵極120a的柵極絕緣膜未被破 壞，而在一個有源區中的第二編程柵極120b的柵極絕緣膜被破壞。
[0083] 盡管第一編程操作（a)和第二編程操作（b)已經示出為將高電壓施加到第一編程 柵極120a或第二編程柵極120b，但可以對第一編程柵極120a和第二編程柵極120b都施加 高電壓，使得兩個熔絲都可以被編程。
[0084] 根據表1中示出的讀取操作（c)，當將用于選擇柵極110的導通電壓（例如，中等 電壓（中））施加到選擇柵極110時，選擇柵極110導通，讀取電壓被施加到第一編程柵極 120a和第二編程柵極120b。由于在施加到每個編程柵極120a或120b的讀取電壓與施加 到位線160的低電壓之間存在差，故施加到每個編程柵極120a或120b的讀取電壓可以基 于沿著選擇柵極110的溝道區形成的電流路徑來確定耦接到位線160的所選擇單元是否被 編程。
[0085] 因此，在讀取操作期間，當來自第一編程柵極120a和第二編程柵極120b之中的至 少一個編程柵極被編程（即，短路）時，施加到第一編程柵極120a和第二編程柵極120b的 電壓被施加到位線160,從而可以確定編程是否被執行。當第一編程柵極120a和第二編程 柵極120b都未被編程時，用于位線160的電流路徑未形成。
[0086] 為了根據上述操作原則來編程所選擇單元，可以選擇一個第一編程柵極120a、一 個第二編程柵極120b、選擇柵極110以及位線160。當將高電壓（高）施加到所選擇單元 的第一編程柵極120a和第二編程柵極120b并將用于選擇柵極110的導通電壓（例如，中 等電壓（中））施加到選擇柵極110時，在選擇柵極110之下形成溝道區。由于施加到第一 編程柵極120a和第二編程柵極120b的高電壓（高）與施加到位線160的低電壓（低）之 間的差，第一編程柵極120a和第二編程柵極120b的柵極絕緣膜被破壞。
[0087] 同時，由于以僅所選擇單元的編程柵極可以被編程的方式將低電壓施加到剩余的 未被選擇單元的編程柵極，所以在施加到每個未被選擇的單元的編程柵極的低電壓與施加 到位線的低電壓之間沒有差值。
[0088] 此外，由于以這樣的方式將導通電壓施加到選擇柵極，即，僅被選擇單元的選擇柵 極被導通，并且低電壓被施加到剩余的未被選擇單元的選擇柵極，所以選擇柵極可以被關 斷。在這種情況下，施加到選擇柵極110的導通電壓可以低于施加到編程柵極的高電壓，并 且可以大于施加到位線的低電壓。
[0089] 如上所述，兩個編程柵極（即，第一編程柵極120a和第二編程柵極120b)安置在 一個有源區中，一個編程柵極可以沿著兩個相鄰的有源區連續地安置。因此，由于兩個編程 柵極可以同時被選擇并被編程，故可以在不增加單元面積的情況下選擇兩個編程柵極，并 且與傳統技術相比可以將編程成功率加倍。
[0090] 從上面的描述中明顯的是，相互隔離的兩個編程柵極被配置位在一個有源區中重 疊，反熔絲的編程狀態可以通過兩個編程柵極來獨立地調節。因此，由于兩個編程柵極同時 被選擇并被編程，故在不增加所使用的芯片面積的情況下可以選擇兩個編程柵極，并且與 傳統技術相比可以使編程成功率加倍。
[0091] 此外，由于編程柵極具有改良的形狀，故與傳統技術相比，可以在不增加單元面積 大小的情況下同時對兩個編程柵極進行操作。結果，可以在不增加使用的芯片面積的大小 的情況下提高編程成功率。
[0092] 本領域技術人員將理解，在不脫離這些實施例的范圍和特征的情況下，本公開的 實施例可以以除在本文中闡述的方式之外的其他方式來實施。因此，上述實施例將被解釋 為在各方面都是說明性的而非限制性的。
[0093] 本發明的上述實施例是說明性的而非限制性的。可以進行各種替換和等價。本發 明不受本文中描述的沉積類型、刻蝕、拋光以及圖案化步驟的限制。實施例也不限制為任何 特定類型的半導體器件。例如，實施例可以以動態隨機存取存儲（DRAM)器件或非易失性存 儲器件來實施。其他的添加、減少或修改鑒于本公開而是明顯的，且意在落入所附權利要求 書的范圍之內。
[0094] 通過以上實施例可見，本發明提供了以下技術方案。
[0095] 技術方案1. 一種反熔絲，包括：
[0096] 有源區，形成在半導體襯底中；
[0097] 狹縫區，形成在有源區的在第一方向上的兩個邊緣部分處；
[0098] 選擇柵極，在與有源區的第一方向垂直的第二方向上延伸；以及
[0099] 第一編程柵極和第二編程柵極，與選擇柵極間隔開并安置在由狹縫區隔離的有源 區之上。
[0100] 技術方案2.根據技術方案1所述的反熔絲，其中，狹縫區形成在基于有源區的中 心部分的一側和另一側，并在有源區的第一方向上延伸。
[0101] 技術方案3.根據技術方案1所述的反熔絲，其中，選擇柵極安置在由狹縫區隔離 的有源區之上，并呈在第二方向上延伸的直線而形成。
[0102] 技術方案4.根據技術方案1所述的反熔絲，其中，第一編程柵極和第二編程柵極 在第一方向上以預定間距與有源區的中心部分間隔開，并在第二方向上交替地安置。
[0103] 技術方案5.根據技術方案1所述的反熔絲，其中，第一編程柵極和第二編程柵極 在第二方向上以狹縫區的臨界尺寸相互間隔開。
[0104] 技術方案6.根據技術方案1所述的反熔絲，其中，第一編程柵極和第二編程柵極 中的每個安置為與在第二方向上安置的相鄰的有源區重疊。
[0105] 技術方案7.根據技術方案1所述的反熔絲，其中，選擇柵極、第一編程柵極和第二 編程柵極基于有源區的中心部分對稱。
[0106] 技術方案8.根據技術方案1所述的反熔絲，其中，選擇柵極、第一編程柵極和第二 編程柵極中的每個包括：
[0107] 柵極絕緣膜，形成在半導體襯底之上；
[0108] 導電膜，形成在柵極絕緣膜之上；以及
[0109] 硬掩膜，形成在導電膜之上。
[0110] 技術方案9. 一種反熔絲陣列，包括：
[0111] 有源區，形成在半導體襯底中；
[0112] 狹縫區，形成在有源區的在第一方向上的兩個邊緣部分；
[0113] 多個選擇柵極，在與有源區的第一方向垂直的第二方向上延伸，并耦接到選擇字 線；
[0114] 多個第一編程柵極，與選擇柵極間隔開，形成在由狹縫區隔離的有源區之上，并耦 接到第一編程字線；
[0115] 多個第二編程柵極，與選擇柵極間隔開，形成在由狹縫區隔離的有源區之上，并耦 接到第二編程字線；以及
[0116] 位線，垂直于選擇字線。
[0117] 技術方案10.根據技術方案9所述的反熔絲陣列，其中，選擇字線呈在第二方向上 延伸的直線而形成。
[0118] 技術方案11.根據技術方案9所述的反熔絲陣列，其中，第一編程柵極和第二編程 柵極在第一方向上與選擇柵極間隔開。
[0119] 技術方案12.根據技術方案9所述的反熔絲陣列，其中，第一編程柵極和第二編程 柵極在第二方向上由狹縫區相互隔離。
[0120] 技術方案13.根據技術方案9所述的反熔絲陣列，其中，第一編程柵極和第二編程 柵極在第二方向上以交替的方式連續地安置。
[0121] 技術方案14.根據技術方案9所述的反熔絲陣列，其中，第一編程柵極和第二編程 柵極中的每個安置為與在第二方向上安置的相鄰的有源區重疊。
[0122] 技術方案15.根據技術方案9所述的反熔絲陣列，還包括：
[0123] 第一接觸和第二接觸，分別耦接到第一編程柵極和第二編程柵極。
[0124] 技術方案16.根據技術方案15所述的反熔絲陣列，其中：
[0125] 第一編程柵極通過與第一接觸耦接的延伸部分耦接到第一編程字線；以及
[0126] 第二編程柵極通過與第二接觸耦接的延伸部分耦接到第二編程字線。
[0127] 技術方案17.根據技術方案16所述的反熔絲陣列，其中：
[0128] 第一編程字線和第二編程字線安置在第一編程柵極和第二編程柵極的兩側；以及
[0129] 第一編程字線的延伸部分和第二編程字線的延伸部分分別安置在第一編程柵極 和第二編程柵極之上。
[0130] 技術方案18.根據技術方案9所述的反熔絲陣列，還包括：
[0131] 位線接觸，形成在有源區的中心部分。
[0132] 技術方案19.根據技術方案18所述的反熔絲陣列，其中，位線耦接到位線接觸，并 安置為經過第一編程柵極與第二編程柵極之間。
[0133] 技術方案20. -種操作反熔絲陣列的方法，反熔絲陣列包括：有源區，形成在襯底 中；狹縫區，形成在有源區的在第一方向上的兩個邊緣部分；多個選擇柵極，在與第一方向 垂直的第二方向上延伸，并耦接到選擇字線；多個第一編程柵極，與選擇柵極間隔開，安置 在由狹縫區隔離的有源區之上，并耦接到第一編程字線；多個第二編程柵極，與選擇柵極間 隔開，安置在由狹縫區隔離的有源區之上，并耦接到第二編程字線；以及位線，垂直于選擇 字線，所述方法包括：
[0134] 當第一編程柵極和第二編程柵極中的至少一個的柵極絕緣膜被破壞時，確定對應 的編程柵極的編程狀態。
[0135] 技術方案21.根據技術方案20所述的方法，還包括：
[0136] 通過對被選擇單元的第一編程柵極和第二編程柵極中的至少一個施加高電壓來 對第一編程柵極和第二編程柵極中的至少一個編程，并響應于所述高電壓與施加到位線的 電壓之間的電壓差來破壞第一編程柵極和第二編程柵極中的至少一個的柵極絕緣膜。
[0137] 技術方案22.根據技術方案20所述的方法，還包括：
[0138] 對第一編程柵極和第二編程柵極施加相等的電壓，并基于位線來確定對應的編程 柵極是否被編程。
[0139] 技術方案23.根據技術方案20所述的方法，還包括：
[0140] 響應于施加到選擇柵極的電壓，通過在選擇柵極之下形成的溝道區來在位線與第 一編程柵極和第二編程柵極中的至少一個之間形成電流路徑。
[0141] 技術方案24.根據技術方案23所述的方法，還包括：
[0142] 按照在未被選擇單元的選擇柵極中不形成溝道區，并且未通過未被選擇單元的選 擇柵極形成電流路徑的方式，將比施加到被選擇單元的選擇柵極的電壓低的電壓施加到未 被選擇單元的選擇柵極。
[0143] 附圖中每個元件的符號
[0144] 100 :有源區
[0145] 103:器件隔離膜
[0146] 104、114 :柵極絕緣膜
[0147] 105、115:導電膜
[0148] 106、116:阻擋膜
[0149] 107、117:硅化鎢膜
[0150] 108、118:硬掩膜氮化物膜
[0151] 110:選擇柵極
[0152] 120 :編程柵極
[0153] 120a:第一編程柵極
[0154] 120b :第二編程概極
[0155] 123 :狹縫區
[0156] 145a :第一接觸
[0157] 145b:第二接觸
[0158] 150a :第一金屬線
[0159] 150b :第二金屬線155 :位線接觸160 :位線
【主權項】
1. 一種反恪絲，包括： 有源區，形成在半導體襯底中； 狹縫區，形成在有源區的在第一方向上的兩個邊緣部分處； 選擇柵極，在與有源區的第一方向垂直的第二方向上延伸；以及 第一編程柵極和第二編程柵極，與選擇柵極間隔開并安置在由狹縫區隔離的有源區之 上。2. 根據權利要求1所述的反熔絲，其中，狹縫區形成在基于有源區的中心部分的一側 和另一側，并在有源區的第一方向上延伸。3. 根據權利要求1所述的反熔絲，其中，選擇柵極安置在由狹縫區隔離的有源區之上， 并呈在第二方向上延伸的直線而形成。4. 根據權利要求1所述的反熔絲，其中，第一編程柵極和第二編程柵極在第一方向上 以預定間距與有源區的中心部分間隔開，并在第二方向上交替地安置。5. 根據權利要求1所述的反熔絲，其中，第一編程柵極和第二編程柵極在第二方向上 以狹縫區的臨界尺寸相互間隔開。6. 根據權利要求1所述的反熔絲，其中，第一編程柵極和第二編程柵極中的每個安置 為與在第二方向上安置的相鄰的有源區重疊。7. 根據權利要求1所述的反熔絲，其中，選擇柵極、第一編程柵極和第二編程柵極基于 有源區的中心部分對稱。8. 根據權利要求1所述的反熔絲，其中，選擇柵極、第一編程柵極和第二編程柵極中的 每個包括： 柵極絕緣膜，形成在半導體襯底之上； 導電膜，形成在柵極絕緣膜之上；以及 硬掩膜，形成在導電膜之上。9. 一種反熔絲陣列，包括： 有源區，形成在半導體襯底中； 狹縫區，形成在有源區的在第一方向上的兩個邊緣部分； 多個選擇柵極，在與有源區的第一方向垂直的第二方向上延伸，并耦接到選擇字線； 多個第一編程柵極，與選擇柵極間隔開，形成在由狹縫區隔離的有源區之上，并耦接到 第一編程字線； 多個第二編程柵極，與選擇柵極間隔開，形成在由狹縫區隔離的有源區之上，并耦接到 第二編程字線；以及 位線，垂直于選擇字線。10. -種操作反熔絲陣列的方法，反熔絲陣列包括：有源區，形成在襯底中；狹縫區，形 成在有源區的在第一方向上的兩個邊緣部分；多個選擇柵極，在與第一方向垂直的第二方 向上延伸，并耦接到選擇字線；多個第一編程柵極，與選擇柵極間隔開，安置在由狹縫區隔 離的有源區之上，并耦接到第一編程字線；多個第二編程柵極，與選擇柵極間隔開，安置在 由狹縫區隔離的有源區之上，并耦接到第二編程字線；以及位線，垂直于選擇字線，所述方 法包括： 當第一編程柵極和第二編程柵極中的至少一個的柵極絕緣膜被破壞時，確定對應的編 程柵極的編程狀態D
【文檔編號】H01L23/58GK106057780SQ201510472425
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年8月4日
【發明人】鄭龍善
【申請人】愛思開海力士有限公司