CN100466097C

CN100466097C - 调整可编程电阻达到预定电阻值的方法

Info

Publication number: CN100466097C
Application number: CNB2005100795349A
Authority: CN
Inventors: 陈贝翔
Original assignee: United Microelectronics Corp
Current assignee: United Microelectronics Corp
Priority date: 2005-06-23
Filing date: 2005-06-23
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2025-06-23
Also published as: CN1885429A

Abstract

本发明提供一种调整可编程电阻，使之达到一预定电阻值的方法。该可编程电阻为一连至一晶体管的漏极/源极的电气熔丝。该方法是对该晶体管的栅极提供一电压以烧熔该可编程电阻。接着利用一电阻比较器比较该可编程电阻的电阻值与一预定电阻值是否相符，若相符，则停止烧熔该可编程电阻。此外，若该可编程电阻的电阻值与该预定电阻值不相符，则计算再进行一次烧熔是否会超过该预定电阻值，若是，则停止烧熔该可编程电阻，否则，则继续烧熔该可编程电阻以使其达到该预定电阻值。

Description

调整可编程电阻达到预定电阻值的方法

技术领域

本发明涉及一种调整可编程电阻(programmable resistor)以达到一预定电阻值的方法，特别是涉及一种调整电气熔丝的电阻以达到一预定电阻值的方法。

背景技术

电气熔丝(e-fuse)是指以电气烧毁(blow)的多晶硅熔丝(poly-fuse)。传统的电气熔丝用于一半导体存储器组件的重复电路(redundancy circuit)中。该重复电路中包括有多个熔丝，若经测试主要存储单元数组后发现有缺陷存储单元，即可藉由烧断重复电路中相对应的多晶硅熔丝，并以多余的存储单元来取代有缺陷存储单元，藉此修补该半导体存储器组件。

现有电气熔丝包括有一多晶硅熔丝以及一晶体管串接该多晶硅熔丝。该晶体管包括一设于一通道区上的栅极，以及设置于栅极两侧的漏极/源极区。一般而言，栅极包含有多晶硅层、硅化金属(silicide)层以及氮化硅盖层。多晶硅熔丝与晶体管的栅极结构相同，亦即由多晶硅层、硅化金属层以及氮化硅盖层堆栈而成。其装置结构如图1所示，多晶硅熔丝12一般呈细长条状图案，其一端外接一熔丝源极电压(fuse source voltage，V_FS)，其另一端则电连接于晶体管16的漏极/源极区18，而晶体管的另一漏极/源极区20则通常为接地。晶体管的栅极22接至一栅极电压(V_g)，并可藉由控制该栅极电压，对该电气熔丝提供固定的电流而烧毁的。

现有用以烧毁电气熔丝的该栅极电压通常为一脉冲电压。该脉冲电压为一由脉冲电压产生器提供的单一方形波。请参照图2，其显示现有用以烧毁电气熔丝的脉冲电压示意图。该单一方形波的最高电压值为V_IH，而最低电压值为V_IL，通常最低电压值V_IL为0伏特(volt，V)，而最高电压值V_IH为晶体管的启始电压(threshold voltage，V_TH)。该电气熔丝在受热后，其内部的钴或硼将将迁移(migrate)至节点上。此时，该电气熔丝的电阻将会增加。藉由控制总脉冲时间(T₂-T₁)，可使熔丝中的钴或硼完全移出，并消耗掉部分的多晶硅(poly)，从而大幅提高该电气熔丝的电阻，甚至使其具有超高电阻值(ultra-high resistance)。例如，可使多晶硅熔丝由最初的低电阻值(约100欧姆)提高至数千、数万倍的高电阻值(百万欧姆)。

在此种现有的使用方式下，电气熔丝可具有未经烧熔(unblown)以及烧毁两种状态(state)，亦即烧熔前的低电阻状态与烧熔后的超高电阻状态。电气熔丝此种特性可被应用于可编程只读存储器(programmable ROM，PROM)上，以进行数据的输入。亦即，在栅极提供高电压将连结于晶体管上的熔丝烧毁形成超高电阻，而产生断路(off-state)，即完成“1”的输入；反之，若熔丝完全未经烧熔，则其与晶体管间的连接线路仍存在，而形成导通状态(on-state)，即相当于存入“0”。此种利用高电压烧毁熔丝的过程即为编程(programming)。经由编程过程，可使经编程而形成断路状态的熔丝与未经编程而形成通路状态的熔丝以数字数据(digital bit)形式储存信息。然而，一旦编程的熔丝将永久形成断路状态存在。换言之，被烧毁的电气熔丝无法回复，因此无法重复使用。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种调整可编程电阻达到一预定电阻值的方法，以更有效利用电气熔丝。

根据本发明首先提供一电压以烧熔(partially blow)该可编程电阻。该电压为一脉冲方形波，且提供于连至该可编程电阻的晶体管的栅极上。接着利用一电阻比较器比较该可编程电阻的电阻值与一预定电阻值是否相符，若相符，则停止烧熔该可编程电阻。此外，若该可编程电阻的电阻值与该预定电阻值不相符，则计算再进行一次烧熔是否会超过该预定电阻值，若是，则停止烧熔该可编程电阻，否则，则继续烧熔该可编程电阻。

利用本发明的方法，由于该可编程电阻可藉由多次烧熔而具有不同电阻值。因此在应用于存储器中时，可记录更多信息，并可在存储器中重复使用，从而达到节省成本的目的。

附图说明

图1为现有电气熔丝装置结构的示意图。

图2为现有用以烧熔电气熔丝的脉冲电压示意图。

图3为根据本发明的一具体实施例的流程图。

图4为根据本发明的一具体实施例用以烧熔电气熔丝的脉冲电压示意图。

图5为根据本发明的方法多次烧熔一电气熔丝后电气熔丝的电阻值变化示意图。

附图符号说明

12 多晶硅熔丝 312 烧熔熔丝

16 晶体管 314 比较电阻值

18 漏极/源极区 316 停止烧熔熔丝

20 漏极/源极区 318 检查继续达到该预定电

阻值所需的烧熔次数

22 栅极

具体实施方式

本发明提供一种调整可编程电阻达到一预定电阻值的方法。请参照图3，图3为根据本发明的一具体实施例的流程图。根据此具体实施例，该可编程电阻为一电气熔丝。该电气熔丝的一端连至一晶体管的漏极/源极区，藉由对该晶体管的栅极提供脉冲电压，可烧熔该熔丝，并使其达到一预定电阻值。请参照图4，图4显示根据本发明的一具体实施例用以烧熔电气熔丝的脉冲电压示意图。如图4所示，本发明所提供的脉冲电压为一方形波。本发明的脉冲电压相较于现有的脉冲电压(图2)具有较短的脉冲时间T，且相较于现有仅提供一次脉冲电压，本发明可提供多次的脉冲电压。请参照图5，图5为根据本发明的方法多次烧熔一电气熔丝后电气熔丝的电阻值变化示意图。根据图5，每一次烧熔该电气熔丝，其电阻值均稳定成长，亦即，利用本发明的方式确实能够有效调整电气熔丝的电阻值。

请继续参照图3。首先对该可编程电阻提供一次脉冲电压以烧熔的(步骤312)，其中该脉冲电压提供的时间较短，从而不致将该可编程电阻烧熔为超高电阻。接着利用一电阻比较器比较该烧熔过的可编程电阻的电阻值是否达到一预定电阻值R_P(步骤314)。若该可编程电阻的电阻值已达到该预定电阻值R_P，则停止烧熔的程序，以完成该可编程电阻的调整(步骤316)。若该可编程电阻的电阻值低于该预定电阻值R_P，则计算继续达到该预定电阻值所需提供的脉冲次数(步骤318)，若该次数小于1，则停止烧熔的程序完成该可编程电阻的调整(步骤316)，若次数大于1，则继续对该可编程电阻提供脉冲电压以烧熔的(步骤312)。亦即，若继续达到该电阻值所需的脉冲电压数小于1时，继续对该可编程电阻提供电压可能造成该可编程电阻超过所需的阻值R_p，因此不再对其提供电压。然而，亦可藉由调整步骤312中的脉冲电压提供时间，或电压值以对该可编程电阻提供适当的脉冲电压。

此外，根据本发明，该可编程电阻亦可以其它方式进行调整。例如，可计算在固定电压值与脉冲时间下，达到预定电阻值R_P所需的最高脉冲电压数N(次数高于N时将使可编程电阻的阻值超过该预定电阻值R_P)后，再进行图3所示的流程。亦即，在每次烧熔该可编程电阻后(步骤312)，比较该电阻值是否到达该预定电阻值(步骤314)，若未到达，则判断所提供的脉冲数是否到达N，若未到达，则回到步骤312重新烧熔该可编程电阻。当然，亦可在一开始即对该可编程电阻提供N个脉冲电压，使其直接达到该预定电阻值。

必须说明的是，根据本发明，上述流程中的参数皆可依需要调整。例如所提供脉冲电压的时间以及电压值皆为可调整。又例如在步骤312中，一次可对该可编程电阻提供一个或数个脉冲电压。且该可编程电阻亦可为其它具有类似结构的物质，而不限定于电气熔丝。而在该可编程电阻的应用上，若该预定电阻值R_P为百万欧姆时，该可编程电阻可作为一保险丝使用。此外，本发明的可编程电阻亦可如现有的电气熔丝用于存储器中以进行数据的记录。请参照图4与图5。如图4对一电气熔丝提供第一个脉冲时，将可使其达到图5中经第一次烧熔后的电阻值，而提供第二次脉冲后，则可使电气熔丝达到第二次烧熔后的电阻值。亦即，藉由控制对电气熔丝提供的脉冲电压数，能够精确控制电气熔丝所具有的电阻值。因此，可藉由本发明能精确调整电阻值的特性，将存储器中的电气熔丝分为具有不同电阻值的族群，以支持一种多阶段编程(multi-level-programming，MLP)、以及多次编程(multi-times-programming，MTP)的使用方式。

在多阶段编程的应用方式上，可藉由将电气熔丝预设为多种状态(states)，以使其记录更多的讯息。例如，可预设电气熔丝可能具有未烧熔、烧熔至电阻为5000欧姆(Ohm)(亦即预定电阻为5000欧姆)、烧熔至电阻为50000欧姆、以及烧熔至电阻为500000欧姆等四种状态。相对于传统的电气熔丝仅能记录断路与导通两种状态，因此仅能记录两种讯息，此例中的电气熔丝可记录四种讯息，亦即两位(bits)的信息。换言之，此多阶段编程的电气熔丝可取代两个传统的电气熔丝。当然，亦可将电气熔丝预设为更多种状态，以记录更多的信息。

而在多次编程的应用上，则是藉由改变分界点(trip point)而重复使用该电气熔丝。例如，将电气熔丝分为未烧熔以及烧熔至电阻为5000欧姆(Ohm)两个族群，利用未烧熔的族群纪录讯息“0”，而利用5000欧姆的族群记录讯息“1”。而在第二次使用时，将基准点调至5000欧姆，亦即将必须输入“0”的电气熔丝烧熔至5000欧姆(已达5000欧姆者无须再烧熔)，而将必须输入“1”的电气熔丝烧熔至50000欧姆或更高的电阻值。换言之，利用本发明所提供的调整可编程电阻方法，并调整信息记录的分界点，即可重复使用同一电气熔丝。而将此技术应用于存储器中，则可大幅减少电气熔丝的数量，并可节省芯片(chip)的空间。

利用本发明提供的方法，可藉由控制栅极电压提供的时间及次数调整电气熔丝的电阻值，以更有效地利用电气熔丝。而将本发明提供的方法应用于存储器中，则可节省电气熔丝的使用量。此外，由于利用现有的电气熔丝即可实施本发明的方法，因此本发明在实施上极为简便经济。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种调整一可编程电阻达到一预定电阻值的方法，该方法包含：

a对该可编程电阻提供至少一电压脉冲，且该电压脉冲不将该可编程电阻烧毁；以及

b利用一电阻比较器比较该可编程电阻的电阻值与一预定电阻值；

当该可编程电阻的电阻值低于该预定电阻值时，判断再次进行步骤a是否造成该可编程电阻的电阻值超过该预定电阻值，若再次进行步骤a会造成该可编程电阻的电阻值超过该预定电阻值，则停止对该可编程电阻提供脉冲电压，否则，重复进行步骤a直到该可编程电阻的电阻值达到该预定电阻值。

2.如权利要求1所述的方法，其中该可编程电阻的一端电连接至一晶体管的一掺杂区，而该可编程电阻的另一端电连接至一电压源。

3.如权利要求2所述的方法，其中步骤a是利用控制该晶体管的一栅极电压所实现。

4.如权利要求3所述的方法，其中该栅极电压的电压值对时间的关系为一方形波，且该栅极电压是以脉冲方式提供。

5.如权利要求1所述的方法，其中该可编程电阻为一电气熔丝。

6.如权利要求1所述的方法，还包含计算调整该可编程电阻至该预定电阻所需要的电压脉冲数。

7.一种多阶段烧熔电气熔丝的方法，该电气熔丝电连接至一晶体管的一掺杂区，该方法包含：

a对具有多个预定电阻值的该电气熔丝提供至少一电压脉冲，且利用一电阻比较器比较该电气熔丝的电阻值与所述多个预定电阻值的其中之一，直至该电气熔丝的电阻值达到该预定电阻值，并用于存储器中进行第一信息的记录；以及

b重复步骤a直到该电气熔丝的电阻值达到所述多个预定电阻值中的另一个预定电阻值，且用于存储器中进行第二信息的记录。

8.如权利要求7所述的方法，其中该栅极电压的电压值对时间的关系为一方形波。

9.如权利要求8所述的方法，其中该电气熔丝是记录两位以上的信息。

10.如权利要求7所述的方法，其中该电气熔丝为可重复使用。

11.如权利要求7所述的方法，其中该电气熔丝是作为一可编程电阻使用。