DE112010002791B4 - SCHALTKREISSTRUKTUR UND VERFAHREN ZUM PROGRAMMIEREN UNDUMPROGRAMMIEREN EINER ELEKTRONISCHEN SICHERUNG (eFUSE) FÜRGERINGE LEISTUNG UND MIT MEHREREN ZUSTÄNDEN - Google Patents

SCHALTKREISSTRUKTUR UND VERFAHREN ZUM PROGRAMMIEREN UNDUMPROGRAMMIEREN EINER ELEKTRONISCHEN SICHERUNG (eFUSE) FÜRGERINGE LEISTUNG UND MIT MEHREREN ZUSTÄNDEN Download PDF

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Abstract

Schaltkreisstruktur (100), die Folgendes umfasst: eine Sicherung (150) mit einer ersten Leiterschicht (110), mit einer zweiten Leiterschicht (120) auf der ersten Leiterschicht (110) und mit einer dritten Leiterschicht (130) oberhalb der zweiten Leiterschicht (120), wobei die erste Leiterschicht (110) und die dritte Leiterschicht (130) jeweils einen höheren Atomdiffusionswiderstand als die zweite Leiterschicht (120) aufweisen; eine Spannungsquelle (170); und elektrische Verbindungen (161–164) zwischen der Spannungsquelle (170) und der ersten Leiterschicht (110), zwischen der Spannungsquelle (170) und entgegengesetzten Enden (121, 122) der zweiten Leiterschicht (120) und zwischen der Spannungsquelle (170) und der dritten Leiterschicht (130), wobei die Spannungsquelle (170) selektiv gesteuert werden kann, damit -eine Polarität der Spannung an ausgewählten elektrischen Verbindungen (161–164) geändert werden kann, wodurch ein bidirektionaler Elektronenfluss (220, 320, 420, 520) innerhalb der zweiten Leiterschicht (120) und dadurch eine zerstörungsfreie Bildung von entweder Leitungsunterbrechungen (201, 403, 501, 503) oder Kurzschlüssen innerhalb der zweiten Leiterschicht (120) an den Grenzflächen (125, 126) zur ersten Leiterschicht (110) und zur dritten Leiterschicht (130) selektiv gesteuert wird, wodurch reversibel aufgrund diffundierender Atome von den Grenzflächen (125, 126) weg aus den Kurzschlüssen die Leitungsunterbrechungen (201, 403, 501, 503) entstehen.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Ausführungsarten der Erfindung betreffen im Allgemeinen elektronische Sicherungen (e-fuses – eSicherungen) und insbesondere Ausführungsarten einer Schaltkreisstruktur zum Programmieren und Umprogrammieren einer elektronischen Sicherung für geringe Leistung und mit mehreren Zuständen sowie ein zugehöriges Verfahren zum Programmieren und Umprogrammieren einer solchen elektronischen Sicherung.
  • Beschreibung der zugrunde liegenden Technik
  • Programmierbare Sicherungen oder Antisicherungen, z. B. elektrische oder Lasersicherungen oder Antisicherungen sind von entscheidender Bedeutung für moderne integrierte Schaltkreisanwendungen, um redundante, wiederverwendbare und zuverlässige Schaltungen zu realisieren. Leider können die meisten dieser programmierbaren Sicherungen oder Antisicherungen nur einmal programmiert werden. Das heißt, sie werden grundsätzlich zerstört und können nicht noch einmal programmiert werden. Wenn zum Beispiel eine herkömmliche elektronische Sicherung programmiert wird (d. h. durchgebrannt wird), wird eine Leitungsunterbrechung erzeugt, die unumkehrbar ist. Ähnliches gilt, wenn bei einer herkömmlichen Antisicherung ein Kurzschluss erzeugt wird, der nicht wieder aufgehoben werden kann. Nichtflüchtige Speicher mit wahlfreiem Zugriff (Nonvolatile Random Access Memory, NVRAM) verwenden eine Floating-Gate-Schaltung, die mehrmals umprogrammiert und zum Programmieren von Funktionen anstelle programmierbarer Sicherungen in Schaltkreise integriert werden kann. Durch die Verwendung der NVRAM-Technologie nehmen die Prozesskomplexität und die Fertigungskosten deutlich zu. Daher wäre es von Vorteil, eine elektronische Sicherung für geringe Leistung und mit mehreren Zuständen, die leichter in vorhandene Prozesse eingebunden werden kann und deren Programmierung prinzipiell zerstörungsfrei erfolgt, zusammen mit einer Schaltkreisstruktur zum Programmieren und Umprogrammieren sowie ein hierfür geeignetes Verfahren zum Programmieren und Umprogrammieren einer solchen elektronischen Sicherung bereitzustellen.
  • ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
  • Gemäß dem oben Gesagten werden hier Ausführungsarten einer Schaltkreisstruktur zum Programmieren und Umprogrammieren einer elektronischen Sicherung für geringe Leistung und mit mehreren Zuständen (d. h. einer eSicherung) beschrieben. Bei einer Ausführungsart der Schaltung kann die elektronische Sicherung zwei relativ kurze Leiterschichten umfassen, die an den entgegengesetzten Seiten und am selben Ende einer relativ langen Leiterschicht angeordnet sind. Die kurzen Leiterschichten können einen relativ hohen Atomdiffusionswiderstand aufweisen (d. h., ihr Diffusionsvermögen für Atome kann gering sein) und die lange Leiterschicht kann einen relativ geringen Atomdiffusionswiderstand aufweisen (d. h., ihr Diffusionsvermögen für Atome kann hoch sein). Mit den beiden entgegengesetzten Enden der langen Leiterschicht und mit jeder der beiden kurzen Leiterschichten kann eine Spannungsquelle verbunden werden, sodass die Schaltung der elektronischen Sicherung vier Anschlussklemmen (terminals) hat. Die Spannungsquelle kann selektiv gesteuert werden, um die Polarität und wahlweise auch die Höhe der an die verschiedenen Anschlussklemmen angelegten Spannung zu ändern. Durch Ändern der Polarität (und der Höhe) der Spannung an den verschiedenen Anschlussklemmen kann der bidirektionale Elektronenfluss innerhalb der langen Leiterschicht selektiv gesteuert werden. Durch Steuern des bidirektionalen Elektronenflusses innerhalb der langen Leiterschicht kann die zerstörungsfreie Bildung von Leitungsunterbrechungen und/oder Kurzschlüssen an den Grenzflächen zwischen der langen Leiterschicht und den kurzen Leiterschichten selektiv gesteuert werden, um mehrere verschiedene Programmierzustände zu erzeugen. Andere Ausführungsarten der Schaltung können eine elektronische Sicherung mit zusätzlichen Leiterschichten und zusätzlichen Anschlussklemmen beinhalten, um noch weitere Programmierzustände zu ermöglichen. Ferner werden Ausführungsarten zugehöriger Verfahren zum Programmieren und Umprogrammieren der elektronischen Sicherung beschrieben.
  • Insbesondere werden hier Ausführungsarten einer Schaltkreisstruktur zum Programmieren und Umprogrammieren einer elektronischen Sicherung für geringe Leistung und mit mehreren Zuständen (eSicherung) beschrieben.
  • Bei einer Ausführungsart kann die Schaltkreisstruktur ebenfalls eine elektronische Sicherung umfassen. Die elektronische Sicherung kann eine erste Leiterschicht, eine zweite Leiterschicht auf der ersten Leiterschicht und eine dritte Leiterschicht auf der zweiten Leiterschicht umfassen. Die erste Leiterschicht und die dritte Leiterschicht können einen höheren Atomdiffusionswiderstand als die zweite Leiterschicht aufweisen. Die Schaltkreisstruktur kann ferner eine Spannungsquelle und elektrische Verbindungen zwischen der Spannungsquelle und verschiedenen Stellen an der elektronischen Sicherung umfassen, um Anschlussklemmen zu bilden. Insbesondere kann eine elektrische Verbindung zwischen der Spannungsquelle und der ersten Leiterschicht ein erstes Anschlussklemme bilden. Eine elektrische Verbindung zwischen der Spannungsquelle und der dritten Leiterschicht kann eine zweite Anschlussklemme bilden. Und schließlich können elektrische Verbindungen zwischen der Spannungsquelle und den entgegengesetzten Enden der zweiten Leiterschicht eine dritte bzw. vierte Anschlussklemme bilden. Somit kann die elektronische Sicherung bei dieser Ausführungsart vier verschiedene Anschlussklemmen aufweisen. Die Spannungsquelle kann selektiv so gesteuert werden, dass die Polarität der Spannung und wahlweise die Höhe der Spannung aller elektrischen Verbindungen (d. h. an den vier Anschlussklemmen) geändert werden können, um den bidirektionalen Elektronenfluss innerhalb der zweiten Leiterschicht zu steuern. Durch die selektive Steuerung des bidirektionalen Elektronenflusses innerhalb der zweiten Leiterschicht kann die zerstörungsfreie Bildung von Leitungsunterbrechungen und/oder Kurzschlüssen innerhalb der zweiten Leiterschicht an den Grenzflächen zwischen den Schichten mit hohem Atomdiffusionswiderstand und niedrigem Atomdiffusionswiderstand (d. h. an den Grenzflächen zwischen der zweiten Leiterschicht einerseits und der ersten und dritten Leiterschicht andererseits) selektiv gesteuert werden. Durch die selektive Steuerung der Bildung solcher Leitungsunterbrechungen und/oder Kurzschlüsse kann die elektrische Sicherung für einen von vier verschiedenen Programmierungszuständen programmiert und umprogrammiert werden.
  • Bei einer anderen Ausführungsart kann die Schaltkreisstruktur auch eine elektronische Sicherung umfassen. Bei dieser Ausführungsart kann die elektronische Sicherung zusätzliche leitende Schichten umfassen, um mehr Grenzflächen zwischen Schichten mit hohem Atomdiffusionswiderstand und niedrigem Atomdiffusionswiderstand, mehr Anschlussklemmen und dadurch eine größere Anzahl von Programmierungszuständen zu ermöglichen. Insbesondere kann die elektronische Sicherung eine erste Leiterschicht, eine zweite Leiterschicht oberhalb der ersten Leiterschicht, eine dritte Leiterschicht oberhalb der zweiten Leiterschicht und eine vierte Leiterschicht oberhalb der dritten Leiterschicht umfassen. Die zweite Leiterschicht und die vierte Leiterschicht können jeweils einen höheren Atomdiffusionswiderstand als die erste Leiterschicht und als die dritte Leiterschicht aufweisen. Diese Schaltkreisstruktur kann ferner eine Spannungsquelle und elektrische Verbindungen zwischen der Spannungsquelle und den entgegengesetzten Enden der ersten Leiterschicht, zwischen der Spannungsquelle und den entgegengesetzten Enden der dritten Leiterschicht und zwischen der Spannungsquelle und der vierten Leiterschicht umfassen. Bei dieser Ausführungsart kann die elektronische Sicherung somit fünf verschiedene Anschlussklemmen aufweisen. Die Spannungsquelle kann selektiv so gesteuert werden, dass die Polarität der Spannung und wahlweise die Höhe der Spannung an den elektrischen Verbindungen (d. h. an den fünf Anschlussklemmen) geändert werden kann, um den bidirektionalen Elektronenfluss innerhalb der ersten und dritten Leiterschicht zu steuern. Durch die selektive Steuerung des bidirektionalen Elektronenflusses innerhalb der ersten und dritten Leiterschicht kann die zerstörungsfreie Bildung von Leitungsunterbrechungen und/oder Kurzschlüssen innerhalb der ersten und dritten Leiterschicht an den Grenzflächen zwischen den Schichten mit hohem Atomdiffusionswiderstand und niedrigem Atomdiffusionswiderstand (d. h. innerhalb der ersten Leiterschicht an der Grenzfläche zur zweiten Leiterschicht einerseits und innerhalb der dritten Leiterschicht an den Grenzflächen zur zweiten und vierten Leiterschicht andererseits) selektiv gesteuert werden. Ebenso wie bei der vorhergehenden Ausführungsart kann durch die selektive Steuerung der Bildung solcher Leitungsunterbrechungen und/oder Kurzschlüsse die elektrische Sicherung für einen von mehreren verschiedenen Zuständen programmiert und umprogrammiert werden.
  • Ferner werden hier auch Ausführungsarten eines zugehörigen Verfahrens zum Programmieren und Umprogrammieren einer elektronischen Sicherung beschrieben. Ausführungsarten des Verfahrens können das Bereitstellen einer elektronischen Sicherung, das elektrische Verbinden einer Spannungsquelle mit verschiedenen Stellen der elektronischen Sicherung und das Durchführen der Prozesse zum Programmieren und Umprogrammieren einer elektronischen Sicherung durch selektives Steuern der Spannungsquelle umfassen, um die Polarität und wahlweise auch die Höhe der Spannung an den verschiedenen Stellen selektiv zu steuern.
  • Bei einer Ausführungsart kann das Verfahren das Bereitstellen einer elektronischen Sicherung umfassen, die eine erste Leiterschicht, eine zweite Leiterschicht auf der ersten Leiterschicht und eine dritte Leiterschicht auf der zweiten Leiterschicht umfasst. Die erste Leiterschicht und die dritte Leiterschicht können jeweils einen höheren Atomdiffusionswiderstand als die zweite Leiterschicht aufweisen. Dann werden die elektrischen Verbindungen zwischen einer Spannungsquelle und der ersten Leiterschicht gebildet, um eine erste Anschlussklemme zu bilden, zwischen der Spannungsquelle und der dritten Leiterschicht, um eine zweite Anschlussklemme zu bilden, und zwischen der Spannungsquelle und den entgegengesetzten Enden der zweiten Leiterschicht, um eine vierte bzw. fünfte Anschlussklemme zu bilden. Sodann können die Prozesse zum Programmieren und Umprogrammieren der elektronischen Sicherung durch selektives Steuern der Spannungsquelle durchgeführt werden, damit die Polarität der Spannung an den elektrischen Verbindungen (d. h. an den vier Anschlussklemmen) so geändert werden kann, dass der bidirektionale Elektronenfluss innerhalb der zweiten Leiterschicht selektiv gesteuert wird. Der bidirektionale Elektronenfluss innerhalb der zweiten Leiterschicht kann selektiv so gesteuert werden, dass innerhalb der zweiten Leiterschicht an den Grenzflächen zwischen den Schichten mit hohem Atomdiffusionswiderstand bzw. niedrigem Atomdiffusionswiderstand (d. h. an den Grenzflächen zwischen der zweiten Leiterschicht und der ersten und dritten Leiterschicht) selektiv und zerstörungsfrei Leitungsunterbrechungen und/oder Kurzschlüsse gebildet werden und dadurch die elektronische Sicherung für vier verschiedene Programmierzustände programmiert oder umprogrammiert wird.
  • Bei einer anderen Ausführungsart kann das Verfahren das Bereitstellen einer elektronischen Sicherung mit zusätzlichen leitenden Schichten umfassen, um mehr Grenzflächen zwischen Schichten mit hohem Atomdiffusionswiderstand und niedrigem Atomdiffusionswiderstand, mehr Anschlussklemmen und dadurch eine größere Anzahl von Programmierzuständen zu ermöglichen. Insbesondere kann diese Ausführungsart des Verfahrens das Bereitstellen einer elektronischen Sicherung mit einer ersten Leiterschicht, einer zweiten Leiterschicht oberhalb der ersten Leiterschicht, einer dritten Leiterschicht oberhalb der zweiten Leiterschicht und einer vierten Leiterschicht oberhalb der dritten Leiterschicht umfassen. Die zweite Leiterschicht und die vierte Leiterschicht können jeweils einen höheren Atomdiffusionswiderstand als die erste Leiterschicht und als die dritte Leiterschicht aufweisen. Elektrische Verbindungen werden zwischen einer Spannungsquelle und den entgegengesetzten Enden der ersten Leiterschicht (d. h. am zugewandten und am abgewandten Ende der ersten Leiterschicht), zwischen der Spannungsquelle und den entgegengesetzten Enden der dritten Leiterschicht (d. h. am zugewandten und am abgewandten Ende der dritten Leiterschicht) und zwischen der Spannungsquelle und der vierten Leiterschicht gebildet. Somit werden bei dieser Ausführungsart fünf verschiedene Anschlussklemmen erzeugt. Sodann können die Prozesse zum Programmieren und Umprogrammieren der elektronischen Sicherung durch selektives Steuern der Spannungsquelle durchgeführt werden, damit die Polarität der Spannung an den elektrischen Verbindungen (d. h. an den fünf Anschlussklemmen) so geändert werden kann, dass der bidirektionale Elektronenfluss innerhalb der ersten und dritten Leiterschicht selektiv gesteuert wird. Der bidirektionale Elektronenfluss innerhalb der ersten und der dritten Leiterschicht kann selektiv so gesteuert werden, dass innerhalb der ersten und dritten Leiterschicht an den Grenzflächen zwischen den Schichten mit hohem Atomdiffusionswiderstand bzw. niedrigem Atomdiffusionswiderstand (d. h. innerhalb der ersten Leiterschicht an der Grenzfläche zur zweiten Leiterschicht und innerhalb der dritten Leiterschicht an den Grenzflächen zur zweiten Leiterschicht und zur vierten Leiterschicht) selektiv und zerstörungsfrei Leitungsunterbrechungen und/oder Kurzschlüsse gebildet werden. Ebenso wie bei der vorhergehenden Ausführungsart des Verfahrens kann die elektronische Sicherung durch selektives Steuern der Bildung solcher Leitungsunterbrechungen und/oder Kurzschlüsse für einen von mehreren verschiedenen Zuständen programmiert und umprogrammiert werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ZEICHNUNGSANSICHTEN
  • Die Ausführungsarten der Erfindung lassen sich besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezug auf die Zeichnungen verstehen, die nicht unbedingt maßstabsgerecht sind und wobei:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsart des Schaltkreises zum Programmieren und Umprogrammieren einer elektronischen Sicherung zeigt, die eine elektronische Sicherung in einem Programmierzustand 11 veranschaulicht.;
  • 2 eine schematische Darstellung der Ausführungsart eines Schaltkreises zum Programmieren und Umprogrammieren einer elektronischen Sicherung von 1 zeigt, welche die elektronische Sicherung in einem Programmierzustand 01 veranschaulicht;
  • 3 eine schematische Darstellung der Ausführungsart des Schaltkreises zum Programmieren und Umprogrammieren einer elektronischen Sicherung von 1 zeigt, welche die elektronische Sicherung in einem Programmierzustand 11 veranschaulicht;
  • 4 eine schematische Darstellung der Ausführungsart des Schaltkreises zum Programmieren und Umprogrammieren einer elektronischen Sicherung von 1 zeigt, welche die elektronische Sicherung in einem Programmierzustand 10 veranschaulicht;
  • 5 eine schematische Darstellung der Ausführungsart des Schaltkreises zum Programmieren und Umprogrammieren einer elektronischen Sicherung von 1 zeigt, welche die elektronische Sicherung in einem Programmierzustand 00 veranschaulicht;
  • 6 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsart des Schaltkreises zum Programmieren und Umprogrammieren einer elektronischen Sicherung zeigt;
  • 7 einen Ablaufplan zeigt, der eine Ausführungsart eines Verfahrens zum Programmieren und Umprogrammieren einer elektronischen Sicherung veranschaulicht;
  • 8 einen Ablaufplan zeigt, der eine Ausführungsart eines Verfahrens zum Programmieren und Umprogrammieren einer elektronischen Sicherung veranschaulicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Wie oben bereits erwähnt, werden hier Ausführungsarten einer Schaltkreisstruktur zum Programmieren und Umprogrammieren einer elektronischen Sicherung (d. h. einer eSicherung) für geringe Leistung und mit mehreren Zuständen beschrieben. Bei einer Ausführungsart des Schaltkreises kann die elektronische Sicherung zwei relativ kurze Leiterschichten umfassen, die auf den entgegengesetzten Seiten und am selben Ende einer relativ langen Leiterschicht angeordnet sind. Die kurzen Leiterschichten können einen relativ hohen Atomdiffusionswiderstand (d. h. ein geringes Diffusionsvermögen für Atome) und die lange Leiterschicht kann einen relativ niedrigen Atomdiffusionswiderstand (d. h. ein hohes Diffusionsvermögen für Atome) aufweisen. Eine Spannungsquelle kann elektrisch mit den entgegengesetzten Enden der langen Leiterschicht sowie mit jeder der kurzen Leiterschichten verbunden werden, sodass die Struktur der elektronischen Sicherung vier Anschlussklemmen aufweist. Die Spannungsquelle kann selektiv gesteuert werden, um die Polarität und wahlweise die Höhe der an den verschiedenen Anschlussklemmen anliegenden Spannung zu ändern. Durch die Änderung der Polarität (und der Höhe) der Spannung kann der bidirektionale Elektronenfluss innerhalb der langen Leiterschicht selektiv gesteuert werden. Durch die Steuerung des bidirektionalen Elektronenflusses innerhalb der langen Leiterschicht kann die zerstörungsfreie Bildung von Leitungsunterbrechungen und/oder Kurzschlüssen an den Grenzflächen zwischen der langen Leiterschicht und den kurzen Leiterschichten selektiv gesteuert werden, um mehrere Programmierzustände zu erzeugen. Andere Ausführungsarten des Schaltkreises beinhalten eine elektronische Sicherung mit zusätzlichen Leiterschichten und zusätzlichen Anschlussklemmen, um eine größere Anzahl von Programmierzuständen zu ermöglichen. Ferner werden auch Ausführungsarten von zugehörigen Verfahren zur Programmierung und Umprogrammierung einer elektronischen Sicherung beschrieben.
  • Insbesondere werden hier Ausführungsarten einer Schaltkreisstruktur zum Programmieren und Umprogrammieren einer elektronischen Sicherung für geringe Leistung und mit mehreren Zuständen (d. h. eine eSicherung) beschrieben.
  • Gemäß 1 kann eine Ausführungsart der Schaltkreisstruktur 100 eine elektronische Sicherung 150, eine selektiv steuerbare Spannungsquelle 170 und elektrische Verbindungen 161 bis 164 zwischen der elektronischen Sicherung 150 und der Spannungsquelle 170 umfassen.
  • Die elektronische Sicherung 150 kann eine erste Leiterschicht 110, eine zweite Leiterschicht 120 auf der ersten Leiterschicht 110 und eine dritte Leiterschicht 130 auf der zweiten Leiterschicht 120 umfassen. Die erste Leiterschicht 110 und die dritte Leiterschicht 130 können kürzer als die zweite Leiterschicht 120 und ferner an den entgegengesetzten Seiten 121, 122 (d. h. oberhalb und unterhalb) sowie nahe einem Ende 123 (d. h. einem zugewandten Ende) der zweiten Leiterschicht 120 angeordnet sein. Zusätzlich können bei dieser Ausführungsart die erste Leiterschicht 110 und die dritte Leiterschicht 130 jeweils einen höheren Atomdiffusionswiderstand als die zweite Leiterschicht 120 aufweisen. Speziell die zweite Leiterschicht 120 kann ein beliebiges geeignetes leitendes Material umfassen, das einen niedrigen Atomdiffusionswiderstand (d. h. ein hohes Diffusionsvermögen für Atome) aufweist. Zum Beispiel kann die zweite Leiterschicht 120 Kupfer oder Aluminium umfassen. Hingegen können die erste und die zweite Leiterschicht 110, 130 ein beliebiges geeignetes leitendes Material umfassen, das einen hohen Atomdiffusionswiderstand aufweist (d. h. eine Diffusionssperre aus leitendem Material, das ein niedriges Diffusionsvermögen für Atome aufweist). Zum Beispiel können die erste und die dritte Leiterschicht Cobalt, Chrom, Ruthenium, Tantal, Tantalnitrid, Indiumoxid, Wolfram, Wolframnitrid, Titan und Titannitrid oder eine beliebige geeignete Legierung aus diesen Komponenten umfassen. Es wird darauf hingewiesen, dass die erste und die dritte Leiterschicht 110, 130 entweder Diffusionssperren aus gleichen leitenden Materialien oder Diffusionssperren aus verschiedenen leitenden Materialen umfassen können.
  • Die elektrischen Verbindungen 161 bis 164 zwischen der Spannungsquelle 170 und verschiedenen Stellen an der elektronischen Sicherung 150 bilden Anschlussklemmen. Insbesondere bildet eine elektrische Verbindung 161 zwischen der Spannungsquelle 170 und der ersten Leiterschicht 110 eine erste Anschlussklemme. Eine elektrische Verbindung 162 zwischen der Spannungsquelle 170 und der dritten Leiterschicht 130 bildet eine zweite Anschlussklemme. Und schließlich bilden die elektrischen Verbindungen 163, 164 zwischen der Spannungsquelle 170 und den entgegengesetzten Enden (d. h. einem zugewandten Ende 123 und einem abgewandten Ende 124) der zweiten Leiterschicht 120 eine dritte bzw. eine vierte Anschlussklemme. Somit weist die elektronische Sicherung 150 in dieser Ausführungsart vier verschiedene Anschlussklemmen auf.
  • Die Spannungsquelle 170 kann selektiv gesteuert werden (d. h., sie ist so eingerichtet bzw. so konfiguriert, dass sie zum Beispiel durch ein Steuersignal von einer Steuereinheit 680 selektiv gesteuert werden kann), damit die Polarität und wahlweise die Höhe der Spannung an den elektrischen Verbindungen 161 bis 164 (d. h. an den vier Anschlussklemmen) geändert werden kann. Das heißt, die Spannungsquelle 170 kann einen herkömmlichen Schaltkreis als Spannungspolaritätsumschalter umfassen. Dem Fachmann ist klar, dass Schaltkreise als Spannungspolaritätsumschalter bestens bekannt sind, weshalb auf die speziellen Einzelheiten zu diesen Schaltern verzichtet wird, damit das Interesse des Lesers auf die markanten Aspekte der hier beschriebenen Ausführungsarten konzentriert werden kann.
  • Durch selektive Änderung der Polarität und wahlweise der Höhe der Spannung an den Anschlussklemmen 161 bis 163 kann der bidirektionale Elektronenfluss innerhalb der zweiten Leiterschicht 120 selektiv gesteuert werden. Durch die selektive Steuerung des bidirektionalen Elektronenflusses innerhalb der zweiten Leiterschicht 120 kann die zerstörungsfreie Bildung von Leitungsunterbrechungen und/oder Kurzflüssen innerhalb der zweiten Leiterschicht an den Grenzflächen 125, 126 zwischen Schichten mit hohem Atomdiffusionswiderstand und niedrigem Atomdiffusionswiderstand (an den Grenzflächen 125 bis 126 zwischen der zweiten Leiterschicht 120 und der ersten und der dritten Leiterschicht 110, 130) selektiv gesteuert werden. Durch die selektive Steuerung der Bildung solcher Leitungsunterbrechungen und/oder Kurzschlüsse kann die elektronische Sicherung 150 für einen der vier verschiedenen Programmierzustände programmiert und umprogrammiert werden. Diese Zustände werden wie folgt bezeichnet: 11, 01, 10 und 00, wobei der in 1 gezeigte Zustand 11 einen Anfangszustand (d. h. einen Grundzustand) ohne jegliche Leitungsunterbrechungen umfasst, sodass alle Anschlussklemmen 161 bis 164 miteinander elektrisch verbunden sind (d. h., es gibt Kurzschlüsse an den Grenzflächen 125 bis 126 zwischen der zweiten Leiterschicht 120 sowie der ersten Leiterschicht 110 und der dritten Leiterschicht 130), und wobei die in den 2, 4 und 5 gezeigten Zustände 01, 10 bzw. 00 Programmierzustände mit einer oder mehreren Leitungsunterbrechungen an den Grenzflächen 125 bis 126 zwischen der zweiten Leiterschicht 120 sowie der ersten und der dritten Leiterschicht 110, 130 umfassen.
  • Zum Beispiel kann die elektronische Sicherung 150 vom Anfangszustand 11 zum Zustand 01 und dann bei Bedarf wieder zurück in den Zustand 11 umprogrammiert werden. Insbesondere kann gemäß 2 ein Steuersignal die Spannungsquelle 170 veranlassen, eine negative Spannung an die erste Leiterschicht 110 (d. h. an die erste Anschlussklemme 161) und eine positive Spannung an das abgewandte Ende 124 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. an die vierte Anschlussklemme 164) anzulegen. Dadurch werden die Elektronen veranlasst, innerhalb der zweiten Leiterschicht von der Grenzfläche 125 zwischen der ersten Leiterschicht 110 und der zweiten Leiterschicht 120 zum abgewandten Ende 124 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. zur vierten Anschlussklemme 164) zu fließen 220. Die in diese Richtung fließenden Elektronen bewirken eine Diffusion von Atomen des zweiten Leitermaterials (d. h. des leitenden Materials, aus dem die zweite Leiterschicht 120 besteht) von der Grenzfläche 125 weg und erzeugen somit eine Leitungsunterbrechung 201 (d. h. eine Lücke). Diese Leitungsunterbrechung 201 trennt die Anschlussklemme 161 wirksam von den anderen Anschlussklemmen 162 bis 164. Die Elektronen fließen nicht durch die Grenzfläche 126. Mithin verbleibt das zweite Leitermaterial an der Grenzfläche 126 zwischen der dritten Leiterschicht 130 und der zweiten Leiterschicht 120 (d. h., an der Grenzfläche 126 bleibt weiterhin ein Kurzschluss erhalten).
  • 3 veranschaulicht, wie ein anderes Steuersignal zum Umkehren dieses Zustands 01 die Spannungsquelle 170 veranlassen kann, eine negative Spannung an das abgewandte Ende 124 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. an die vierte Anschlussklemme 164) und eine positive Spannung an das zugewandte Ende 123 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. an die dritte Anschlussklemme 163) anzulegen. Dadurch werden die Elektronen innerhalb der zweiten Leiterschicht veranlasst, zum zugewandten Ende 123 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. zur dritten Anschlussklemme 163) zurückzufließen 320, was eine Diffusion von Atomen des leitenden Materials der zweiten Leiterschicht 120 auslöst, dadurch die Lücke 201 wieder mit dem zweiten Leitermaterial auffüllt und erneut einen Kurzschluss an der Grenzfläche 125 zur ersten Leiterschicht 110 erzeugt (d. h. die Anschlussklemme 161 wieder mit den anderen Anschlussklemmen 162 bis 163 verbindet).
  • Die elektronische Sicherung 150 kann ebenso auch von einem Anfangszustand 11 in einen Zustand 10 und bei Bedarf wieder zurück in den Zustand 11 umprogrammiert werden. Insbesondere kann gemäß 4 ein Steuersignal die Spannungsquelle 170 veranlassen, eine negative Spannung an die dritte Leiterschicht 130 (d. h. an die zweite Anschlussklemme 162) und eine positive Spannung an das abgewandte Ende 124 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. an die vierte Anschlussklemme 164) anzulegen. Dadurch werden die Elektronen innerhalb der zweiten Leiterschicht 120 veranlasst, von der Grenzfläche 126 zwischen der dritten Leiterschicht 130 und der zweiten Leiterschicht 120 zum abgewandten Ende 124 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. zur vierten Anschlussklemme 164) zu fließen 420. Die in diese Richtung fließenden Elektronen lösen eine Diffusion von Atomen des zweiten Leitermaterials (d. h. des leitenden Materials, aus dem die zweite Leiterschicht 120 besteht) von der Grenzfläche 126 aus und erzeugen somit eine Leitungsunterbrechung 403 (d. h. eine Lücke). Diese Leitungsunterbrechung 403 trennt die Anschlussklemme 162 wirksam von den anderen Anschlussklemmen 161, 163 und 164. Die Elektronen fließen nicht durch die Grenzfläche 125. Demzufolge verbleibt das zweite Leitermaterial an der Grenzfläche 125 zwischen der ersten Leiterschicht 110 und der zweiten Leiterschicht 120 (d. h., an der Grenzfläche 125 bleibt weiterhin ein Kurzschluss erhalten).
  • 3 veranschaulicht, wie ein anderes Steuersignal zum Umkehren dieses Zustands 10 die Spannungsquelle 170 veranlassen kann, eine negative Spannung an das abgewandte Ende 124 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. an die vierte Anschlussklemme 164) und eine positive Spannung an das zugewandte Ende 123 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. an die dritte Anschlussklemme 163) anzulegen. Dadurch werden die Elektronen innerhalb der zweiten Leiterschicht 120 veranlasst, zum zugewandten Ende 123 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. zur dritten Anschlussklemme 163) zurückzufließen 320, was eine Diffusion von Atomen der zweiten Leiterschicht 120 auslöst, die Lücke 403 wieder mit dem zweiten Leitermaterial auffüllt und erneut einen Kurzschluss an der Grenzfläche 126 zur dritten Leiterschicht 130 erzeugt (d. h. die Anschlussklemme 162 wieder mit den anderen Anschlussklemmen 161 und 163 bis 164 verbindet).
  • Und schließlich kann die elektronische Sicherung 150 auf gleiche Weise vom Anfangszustand 11 in einen Zustand 00 und bei Bedarf wieder zurück in den Zustand 11 umprogrammiert werden. Insbesondere zeigt 5, wie ein Steuersignal die Spannungsquelle 170 veranlassen kann, eine negative Spannung an die erste Leiterschicht 110 (d. h. an die erste Anschlussklemme 161) und an die dritte Leiterschicht 130 (d. h. an die zweite Anschlussklemme 162) sowie eine positive Spannung an ein abgewandtes Ende 124 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. an die vierte Anschlussklemme 164) anzulegen.
  • Dadurch werden die Elektronen innerhalb der zweiten Leiterschicht 120 veranlasst, von den Grenzflächen 125 und 126 zwischen der zweiten Leiterschicht 120 sowie der ersten und dritten Leiterschicht 110, 130 (d. h. von der ersten und der zweiten Anschlussklemme 161, 162) zum abgewandten Ende 124 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. zur vierten Anschlussklemme 164) zu fließen 520. Die derart fließenden Elektronen lösen eine Diffusion der Atome des zweiten Leitermaterials (d. h. des leitenden Materials, aus dem die zweite Leiterschicht 120 besteht) an den beiden Grenzflächen 125 und 126 aus und erzeugen somit die Leitungsunterbrechungen (d. h. Lücken) 501, 503. Diese Leitungsunterbrechungen 501, 503 trennen jede der beiden Anschlussklemmen 161 und 162 wirksam von den anderen Anschlussklemmen 163 und 164.
  • 3 veranschaulicht, wie ein anderes Steuersignal zum Umkehren dieses Zustands 00 die Spannungsquelle 170 veranlassen kann, eine negative Spannung an das abgewandte Ende 124 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. die vierte Anschlussklemme 164) und eine positive Spannung an das zugewandte Ende 123 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. die dritte Anschlussklemme 163) anzulegen, um die Leitungsunterbrechungen 501, 503 aufzufüllen und an diesen Grenzflächen 125, 126 wieder Kurzschlüsse zu erzeugen (d. h. die Anschlussklemmen 161 und 162 wieder zu verbinden).
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die Höhe der Spannung an den verschiedenen Anschlussklemmen auch während dieser Programmierungs- und Umprogrammierungsprozesse angepasst werden kann, um die Programmierungs- und Umprogrammierungsprozesse zu verbessern.
  • In Bezug auf 1 wird ferner darauf hingewiesen, dass in der elektronischen Sicherung 150 der Abstand 191 von einer der Grenzflächen 125, 126 am zugewandten Ende 123 der zweiten Leiterschicht 120 bis zur elektrischen Anschlussklemme 164 am abgewandten Ende 124 der zweiten Leiterschicht 120 eine hinreichend große vorgegebene Länge haben muss, damit an den Grenzflächen 125, 126 eine Lücke gebildet werden kann. Insbesondere sollte diese Länge 191 größer als die kritische Lückenbildungslänge sein, die anhand der Diffusionseigenschaften der Atome des zweiten Leitermaterials (d. h. des Leitermaterials, aus dem die zweite Leiterschicht 120 besteht) sowie der Abmessungen der zweiten und der dritten Leiterschicht (genauer gesagt, der Abmessungen der Grenzflächen) ermittelt wird. Bei den Abmessungen (z. B. den Längen und Breiten) der zweiten und der dritten Leiterschicht kann es sich um beliebige Abmessungen handeln, die entsprechend dem zur Herstellung der elektronischen Sicherung zugrunde gelegten technologischen Standard erreicht werden können. Zur besseren Anschaulichkeit sind die Grenzflächen 125 und 126 zueinander ausgerichtet dargestellt; jedoch ist es denkbar, dass die Grenzflächen 125 und 126 in x- oder z-Richtung gegeneinander versetzt sein können.
  • Gemäß 6 kann eine andere Ausführungsart der Schaltkreisstruktur 600 eine elektronische Sicherung 650, eine selektiv steuerbare Spannungsquelle 670 und elektrische Verbindungen 661 bis 665 zwischen der elektronischen Sicherung 650 und der Spannungsquelle 670 umfassen.
  • Die elektronische Sicherung 650 kann zusätzliche leitende Schichten umfassen, die eine größere Anzahl von Grenzflächen zwischen Schichten mit hohem Atomdiffusionswiderstand und niedrigem Atomdiffusionswiderstand, eine größere Anzahl von Anschlussklemmen und dadurch eine größere Anzahl von Programmierzuständen ermöglichen. Zum Beispiel kann die elektronische Sicherung 650 eine erste Leiterschicht 610, eine zweite Leiterschicht 620 oberhalb der ersten Leiterschicht 610, eine dritte Leiterschicht 630 oberhalb der zweiten Leiterschicht 620 und eine vierte Leiterschicht 640 oberhalb der dritten Leiterschicht 630 umfassen. Bei dieser Ausführungsart können die zweite und die vierte Leiterschicht 620, 640 kürzer als die erste und die dritte Leiterschicht 610, 630 sein. Die zweite und die vierte Leiterschicht 620, 640 können ferner an den zugewandten Enden 613, 633 der ersten und der dritten Leiterschicht 610, 630 angeordnet sein. Außerdem können bei dieser Ausführungsart die zweite Leiterschicht 620 und die vierte Leiterschicht 640 jeweils einen höheren Atomdiffusionswiderstand als die erste Leiterschicht 610 und die dritte Leiterschicht 630 aufweisen.
  • Insbesondere können die erste Leiterschicht 610 und die dritte Leiterschicht 630 ein beliebiges geeignetes leitendes Material umfassen, das einen geringen Atomdiffusionswiderstand (d. h. ein hohes Diffusionsvermögen) aufweist. Zum Beispiel können die erste und die dritte Leiterschicht 610, 630 Kupfer oder Aluminium umfassen. Es wird darauf hingewiesen, dass die erste und die dritte Leiterschicht 610, 630 entweder dieselben oder verschiedene Materialien umfassen können. Die zweite und die vierte Leiterschicht 620, 640 hingegen können ein beliebiges leitendes Material mit einem hohen Atomdiffusionswiderstand (d. h., ein als Diffusionssperre geeignetes leitendes Material mit einem niedrigen Diffusionsvermögen) umfassen. Zum Beispiel können die zweite und die vierte Leiterschicht 620, 640 Cobalt, Chrom, Ruthenium, Tantal, Tantalnitrid, Indiumoid, Wolfram, Wolframnitrid, Titan und Titannitrid oder beliebige geeignete Legierungen daraus umfassen. Es wird darauf hingewiesen, dass die zweite und die vierte Leiterschicht 620, 640 entweder dieselben oder verschiedene leitende Materialien als Diffusionssperre umfassen können.
  • Die elektrischen Verbindungen 661 bis 665 zwischen der Spannungsquelle 670 und verschiedenen Stellen an der elektronischen Sicherung 650 bilden Anschlussklemmen. Diese elektrischen Verbindungen beinhalten elektrische Verbindungen 661 und 663 zwischen der Spannungsquelle 670 und den entgegengesetzten Enden 613, 614 (d. h. dem zugewandten und dem abgewandten Ende) der ersten Leiterschicht 610, elektrische Verbindungen 664, 665 zwischen der Spannungsquelle 670 und den entgegengesetzten Enden 633, 634 (d. h. dem zugewandten und dem abgewandten Ende) der dritten Leiterschicht 630 und eine elektrische Verbindung 662 zwischen der Spannungsquelle 670 und der vierten Leiterschicht 640. Somit kann die elektronische Sicherung 650 in dieser Ausführungsart fünf verschiedene Anschlussklemmen aufweisen.
  • Die Spannungsquelle 670 kann selektiv gesteuert werden (d. h., sie ist so eingerichtet bzw. so konfiguriert, dass sie zum Beispiel durch ein Steuersignal von einer Steuereinheit 680 selektiv gesteuert werden kann), damit die Polarität und wahlweise die Höhe der Spannung an den elektrischen Verbindungen 661 bis 665 (d. h. an den fünf Anschlussklemmen) geändert werden kann. Das heißt, die Spannungsquelle 670 kann einen herkömmlichen Schaltkreis als Spannungspolaritätsumschalter umfassen. Dem Fachmann ist klar, dass Schaltkreise als Spannungspolaritätsumschalter bestens bekannt sind; deshalb wird auf die ausführliche Beschreibung dieser Schalter verzichtet, damit das Interesse des Lesers auf die markanten Aspekte der hier beschriebenen Ausführungsarten konzentriert werden kann.
  • Durch selektive Änderung der Polarität und wahlweise der Höhe der Spannung an den Anschlussklemmen 661 bis 665 kann der bidirektionale Elektronenfluss innerhalb der ersten und der dritten Leiterschicht 610 und 630 selektiv gesteuert werden. Durch die selektive Steuerung des bidirektionalen Elektronenflusses innerhalb der ersten und der dritten Leiterschicht 610, 630 kann die zerstörungsfreie Bildung von Leitungsunterbrechungen und/oder Kurzflüssen innerhalb der ersten und der dritten Leiterschicht 610, 630 an den Grenzflächen 616, 635, 636 zwischen Schichten mit hohem Atomdiffusionswiderstand und niedrigem Atomdiffusionswiderstand (d. h. innerhalb der ersten Leiterschicht 610 an der Grenzfläche 616 zur zweiten Leiterschicht 620 und innerhalb der dritten Leiterschicht 630 an den Grenzflächen zur zweiten Leiterschicht 620 bzw. zur vierten Leiterschicht 640) selektiv gesteuert werden. Ebenso wie bei der vorhergehenden Ausführungsart kann durch die selektive Steuerung der Bildung solcher Leitungsunterbrechungen und/oder Kurzschlüsse die elektronische Sicherung 650 für einen mehrerer verschiedener Programmierzustände programmiert und umprogrammiert werden.
  • Unter Bezug auf die 7 und 8 werden hier auch Ausführungsarten eines zugehörigen Verfahrens zum Programmieren und Umprogrammieren einer elektronischen Sicherung beschrieben. Ausführungsart des Verfahrens können das Bereitstellen einer elektronischen Sicherung, das elektrische Verbinden einer Spannungsquelle mit verschiedenen Stellen der elektronischen Sicherung und das Durchführen der Programmier- und Umprogrammierprozesse durch selektives Steuern der Spannungsquelle umfassen, um die Polarität und wahlweise die Höhe der Spannung an den verschiedenen Stellen selektiv zu ändern.
  • Insbesondere kann unter Bezug auf 7 eine Ausführungsart des Verfahrens das Bereitstellen einer elektronischen Sicherung 150 umfassen, wie sie in 1 veranschaulicht und oben in Bezug auf die erste Ausführungsart der Schaltkreisstruktur 100 (702) ausführlich beschrieben wurde. Es wird darauf hingewiesen, dass die elektronische Sicherung 150 und ganz speziell die verschiedenen Leiterschichten 110, 120 und 130, aus denen die elektronische Sicherung 150 besteht, während der herkömmlichen Metallisierung am Ende des Herstellungsprozesses (back-end-of-line, BEOL) (d. h. während der Bildung der Metallschichten) unter Verwendung bestens bekannter Verfahren wie subtraktives Ätzen und Kupferabscheidung (Damascene- und Dual-Damascene-Verfahren) auf einem Halbleiterwafer gebildet werden können, auf deren ausführliche Beschreibung verzichtet wird, damit das Interesse des Lesers auf die markanten Aspekte der hier beschriebenen Ausführungsarten konzentriert werden kann.
  • Dann werden die elektrischen Verbindungen 161 bis 164 zwischen der Spannungsquelle 170 und der ersten Leiterschicht 110 gebildet und damit eine erste Anschlussklemme erzeugt, zwischen der Spannungsquelle und der dritten Leiterschicht 130 gebildet und damit eine zweite Anschlussklemme erzeugt und zwischen der Spannungsquelle 170 und den entgegengesetzten Enden (d. h. einem zugewandten Ende 123 und einem abgewandten Ende 124) der zweiten Leiterschicht 120 gebildet und damit eine dritte bzw. vierte Anschlussklemme erzeugt, sodass die elektronische Sicherung vier verschiedene Anschlussklemmen (704) aufweist.
  • Sodann können die Prozesse zum Programmieren und Umprogrammieren der elektronischen Sicherung durch selektives Steuern der Spannungsquelle 170 (z. B. durch ein Steuersignal von einer Steuereinheit 180) durchgeführt werden, damit die Polarität und wahlweise die Höhe der Spannung an den vier Anschlussklemmen geändert werden kann, um den bidirektionalen Elektronenfluss innerhalb der Leiterschicht 120 selektiv zu steuern (706). Der bidirektionale Elektronenfluss innerhalb der zweiten Leiterschicht 120 kann selektiv gesteuert werden, um an den Grenzflächen 125, 126 zwischen den Schichten mit hohem Atomdiffusionswiderstand und niedrigem Atomdiffusionswiderstand (d. h. an den Grenzflächen 125, 126 zwischen der zweiten Leiterschicht 120 und der ersten und der dritten Leiterschicht 110, 130) selektiv zerstörungsfrei Leitungsunterbrechungen und/oder Kurzschlüsse zu bilden und dadurch die elektronische Sicherung 150 für einen von vier verschiedenen Programmierzuständen zu programmieren oder umzuprogrammieren. Diese Zustände werden wie folgt bezeichnet: 11, 01, 10 und 00, wobei der Zustand 11 einen Anfangszustand (d. h. einen Grundzustand) ohne jegliche Leitungsunterbrechungen umfasst, sodass alle Anschlussklemmen miteinander elektrisch verbunden sind (d. h., es gibt Kurzschlüsse an den Grenzflächen 125 bis 126 zwischen der zweiten Leiterschicht 120 sowie der ersten Leiterschicht 110 und der dritten Leiterschicht 130), und wobei die Zustände 01, 10 bzw. 00 Programmierzustände mit einer oder mehreren Leitungsunterbrechungen an den Grenzflächen 125 bis 126 zwischen der zweiten Leiterschicht 120 sowie der ersten und der dritten Leiterschicht 110, 130 umfassen.
  • Zum Beispiel kann die elektronische Sicherung 150 vom Anfangszustand 11 zum Zustand 01 und dann bei Bedarf wieder in den Zustand 11 zurück umprogrammiert werden. Insbesondere kann durch Anlegen einer negativen Spannung an die erste Leiterschicht 110 (d. h. an die erste Anschlussklemme 161) und einer positiven Spannung an das abgewandte Ende 124 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. die vierte Anschlussklemme 164) ein erster Programmierprozess durchgeführt werden (Schritt 707, siehe auch 2). Dadurch werden die Elektronen veranlasst, innerhalb der zweiten Leiterschicht 120 von der Grenzfläche 125 zwischen der ersten Leiterschicht 110 und der zweiten Leiterschicht 120 zum abgewandten Ende 124 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. zur vierten Anschlussklemme 164) zu fließen 220. Die in diese Richtung fließenden Elektronen bewirken eine Diffusion von Atomen des zweiten Leitermaterials (d. h. des leitenden Materials, aus dem die zweite Leiterschicht 120 besteht) von der Grenzfläche 125 weg und erzeugen somit eine Leitungsunterbrechung 201 (d. h. eine Lücke). Diese Leitungsunterbrechung 201 trennt die Anschlussklemme 161 wirksam von den anderen Anschlussklemmen 162 bis 164. Die Elektronen fließen nicht durch die Grenzfläche 126. Mithin verbleibt das zweite Leitermaterial an der Grenzfläche 126 zwischen der dritten Leiterschicht 130 und der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. an der Grenzfläche 126 bleibt weiterhin ein Kurzschluss bestehen). Zum Umkehren dieses Zustands 01 kann durch Anlegen einer negativen Spannung an das abgewandte Ende 124 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. die vierte Anschlussklemme 164) und einer positiven Spannung an das zugewandte Ende 123 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. die dritte Anschlussklemme 163) ein zweiter Programmierprozess durchgeführt werden (Schritt 713, siehe auch 3). Dadurch werden die Elektronen innerhalb der zweiten Leiterschicht 120 veranlasst, zum zugewandten Ende 123 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. zur dritten Anschlussklemme 163) zurückzufließen 320, was eine Diffusion von Atomen des leitenden Materials der zweiten Leiterschicht auslöst, dadurch die Lücke 201 wieder auffüllt und erneut einen Kurzschluss an der Grenzfläche 125 zur ersten Leiterschicht 110 erzeugt (d. h., die Anschlussklemme 161 wieder mit den anderen Anschlussklemmen 162 bis 163 verbindet).
  • Die elektronische Sicherung 150 kann ebenso auch vom Anfangszustand 11 in einen Zustand 10 und bei Bedarf wieder zurück zum Zustand 11 umprogrammiert werden. Insbesondere kann durch Anlegen einer negativen Spannung an die dritte Leiterschicht 130 (d. h. die zweite Anschlussklemme 162) und einer positiven Spannung an das abgewandte Ende 124 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. die vierte Anschlussklemme 164) ein erster Programmierprozess durchgeführt werden (Schritt 709, siehe auch 4). Dadurch werden die Elektronen innerhalb der zweiten Leiterschicht 120 veranlasst, von der Grenzfläche 126 zwischen der dritten Leiterschicht 130 und der zweiten Leiterschicht 120 zum abgewandten Ende 124 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. zur vierten Anschlussklemme 164) zu fließen. Die in diese Richtung fließenden Elektronen lösen eine Diffusion von Atomen des zweiten Leitermaterials (d. h. des leitenden Materials, aus dem die zweite Leiterschicht 120 besteht) an der Grenzfläche 126 aus und erzeugen somit eine Leitungsunterbrechung 403 (d. h. eine Lücke). Diese Leitungsunterbrechung 403 trennt die Anschlussklemme 162 wirksam von den anderen Anschlussklemmen 161 und 163 bis 164. Die Elektronen fließen nicht durch die Grenzfläche 125. Demzufolge verbleibt das zweite Leitermaterial an der Grenzfläche 125 zwischen der ersten Leiterschicht 110 und der zweiten Leiterschicht 120 (d. h., an der Grenzfläche 125 bleibt weiterhin ein Kurzschluss bestehen). Um diesen Zustand 10 umzukehren, kann durch Anlegen einer negativen Spannung an das abgewandte Ende 124 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. an die vierte Anschlussklemme 164) und einer positiven Spannung an das zugewandte Ende 123 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. an die dritte Anschlussklemme 163) ein zweiter Programmierprozess durchgeführt werden (Schritt 713, siehe auch 3). Dadurch werden die Elektronen innerhalb der zweiten Leiterschicht 120 veranlasst, zum zugewandten Ende 123 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. zur dritten Anschlussklemme 163) zurückzufließen 320, was eine Diffusion von Atomen des zweiten Leitermaterials auslöst, die Lücke 403 wieder auffüllt und erneut einen Kurzschluss an der Grenzfläche 126 zur dritten Leiterschicht 130 erzeugt (d. h., die Anschlussklemme 162 wieder mit den anderen Anschlussklemmen 161 und 163 bis 164 verbindet).
  • Und schließlich kann die elektronische Sicherung 150 ebenso vom Anfangszustand 11 in einen Zustand 00 und bei Bedarf wieder zurück in den Zustand 11 umprogrammiert werden. Insbesondere kann durch Anlegen einer negativen Spannung an die erste Leiterschicht 110 (d. h. an die erste Anschlussklemme 161) und an die dritte Leiterschicht 130 (d. h. an die zweite Anschlussklemme 162) sowie einer positiven Spannung an ein abgewandtes Ende 124 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. an die vierte Anschlussklemme 164) ein erster Programmierprozess durchgeführt werden (Schritt 711, siehe auch 5). Dadurch werden die Elektronen innerhalb der zweiten Leiterschicht 120 veranlasst, von den Grenzflächen 125 und 126 zwischen der zweiten Leiterschicht 120 sowie der ersten und dritten Leiterschicht 110, 130 (d. h. von der ersten und der zweiten Anschlussklemme 161, 162) zum abgewandten Ende 124 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. zur vierten Anschlussklemme 164) zu fließen 520. Die derart fließenden Elektronen lösen eine Diffusion der Atome des zweiten Leitermaterials (d. h. des leitenden Materials, aus dem die zweite Leiterschicht 120 besteht) weg von den beiden Grenzflächen 125 und 126 aus und erzeugen somit die Leitungsunterbrechungen 501, 503 (d. h. Lücken). Diese Leitungsunterbrechungen 501, 503 trennen jede der beiden Anschlussklemmen 161 und 162 wirksam von den anderen Anschlussklemmen. Zum Umkehren dieses Zustands 00 kann durch Anlegen einer negativen Spannung an das abgewandte Ende 124 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. die vierte Anschlussklemme 164) und einer positiven Spannung an das zugewandte Ende 123 der zweiten Leiterschicht 120 (d. h. die dritte Anschlussklemme 163) kann ein zweiter Programmierprozess durchgeführt werden, um die Leitungsunterbrechungen 501, 503 aufzufüllen und an diesen Grenzflächen 125, 126 wieder Kurzschlüsse zu erzeugen (d. h. die Anschlussklemmen 161 und 162 wieder zu verbinden).
  • Eine andere Ausführungsart des Verfahrens kann das Bereitstellen einer elektronischen Sicherung mit zusätzlichen leitenden Schichten umfassen, um eine größere Anzahl von Grenzflächen zwischen Schichten mit hohem Atomdiffusionswiderstand und niedrigem Atomdiffusionswiderstand, von Anschlussklemmen und dadurch Programmierzuständen zu ermöglichen. Insbesondere kann eine andere Ausführungsart des Verfahrens unter Bezug auf 8 das Bereitstellen einer elektronischen Sicherung 650 umfassen, wie sie in 6 veranschaulicht und oben in Bezug auf die erste Ausführungsart 600 der Schaltkreisstruktur ausführlich beschrieben wurde (802). Es wird darauf hingewiesen, dass die elektronische Sicherung 650 und insbesondere die verschiedenen Leiterschichten 610, 620, 630 und 640, aus welchen die elektronische Sicherung 650 besteht, während der herkömmlichen Metallisierung am Ende des Herstellungsprozesses (back-end-of-line, BEOL) (d. h. während der Bildung der Metallschichten) unter Verwendung bestens bekannter Verfahren wie abtragendes Ätzen und Kupferabscheidung (Damascene- und Dual-Damascene-Verfahren) auf einem Halbleiterwafer gebildet werden können, auf deren ausführliche Beschreibung verzichtet wird, damit das Interesse des Lesers auf die markanten Aspekte der hier beschriebenen Ausführungsarten konzentriert werden kann.
  • Dann können die elektrischen Verbindungen 661 bis 665 zwischen einer Spannungsquelle 670 und den entgegengesetzten Enden 613, 614 der ersten Leiterschicht 610 (d. h. dem zugewandten Ende 613 und dem abgewandten Ende 614 der ersten Leiterschicht 110) gebildet und dadurch eine erste bzw. eine dritte Anschlussklemme erzeugt, zwischen der Spannungsquelle und der vierten Leiterschicht 640 gebildet und dadurch eine zweite Anschlussklemme erzeugt sowie zwischen der Spannungsquelle 670 und den entgegengesetzten Enden 633, 634 der dritten Leiterschicht 630 (d. h. dem zugewandten Ende 633 und dem abgewandten Ende 634 der dritten Leiterschicht 630) gebildet und eine vierte und eine fünfte Anschlussklemme erzeugt werden (804). Somit kann die elektronische Sicherung bei dieser Ausführungsart fünf verschiedene Anschlussklemmen aufweisen.
  • Sodann können die Prozesse zum Programmieren und Umprogrammieren der elektronischen Sicherung durch selektives Steuern der Spannungsquelle 670 (z. B. durch ein Steuersignal von einer Steuereinheit 680) durchgeführt werden, damit die Polarität der Spannung an den elektrischen Verbindungen 661 bis 665 (d. h. an den fünf Anschlussklemmen) geändert werden kann, um den bidirektionalen Elektronenfluss innerhalb der ersten und der dritten Leiterschicht 610, 630 selektiv zu steuern (806). Der bidirektionale Elektronenfluss innerhalb der ersten und der dritten Leiterschicht 610, 630 kann selektiv gesteuert werden, um innerhalb der ersten und der dritten Leiterschicht 610, 630 an den Grenzflächen 616, 635, 636 zwischen den Schichten mit hohem Atomdiffusionswiderstand und niedrigem Atomdiffusionswiderstand (d. h. innerhalb der ersten Leiterschicht 610 an der Grenzfläche 616 zur zweiten Leiterschicht 620 und innerhalb der dritten Leiterschicht 630 an den Grenzflächen 635, 636 zur zweiten Leiterschicht 620 bzw. zur vierten Leiterschicht 640) zerstörungsfrei Leitungsunterbrechungen und/oder Kurzschlüsse zu bilden. Ebenso wie bei der vorhergehenden Ausführungsart des Verfahrens kann durch das selektive Steuern der Bildung solcher Leitungsunterbrechungen und/oder Kurzschlüsse die elektronische Sicherung 650 für einen beliebigen von mehreren verschiedenen Zuständen programmiert und umprogrammiert werden.
  • Es sollte klar sein, dass sich der hier in Bezug auf Leiterschichten (z. B. die zweite Leiterschicht 120 von 1 oder die erste und die dritte Leiterschicht 610 bzw. 630 von 6) gebrauchte Ausdruck „zugewandtes Ende” auf das Ende bezieht, das einer oder mehreren Grenzflächen mit anderen Leiterschichten am nahesten liegt, während sich der hier in Bezug auf Leiterschichten gebrauchte Begriff „abgewandtes Ende” auf das Ende bezieht, das am weitesten von solchen Grenzflächen entfernt ist. Ferner sollte klar sein, dass die entsprechenden Strukturen, Materialien, Handlungen und Entsprechungen aller Mittel oder Schritte zuzüglich der Funktionselemente in den folgenden Ansprüchen alle Strukturen, Materialien oder Handlungen zum Ausführen der Funktion in Kombination mit anderen gesondert beanspruchten Elementen beinhalten sollen. Außerdem sollte klar sein, dass die obige Beschreibung der vorliegenden Erfindung zur Veranschaulichung und zur Beschreibung vorgelegt wurde, aber nicht als erschöpfend oder auf die Erfindung in der dargelegten Form beschränkt anzusehen ist. Dem Fachmann sind viele Modifikationen und Änderungen offenkundig, ohne vom Geist und vom Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen. Die Ausführungsarten wurden ausgewählt und beschrieben, um die Grundgedanken der Erfindung der praktischen Anwendung bestmöglich zu erläutern und anderen Fachleuten das Verständnis der Erfindung für verschiedene Ausführungsarten mit verschiedenen Modifikationen zu ermöglichen, die für den jeweils vorgesehenen Verwendungszweck geeignet sind. Auf allseits bekannte Komponenten und Verarbeitungstechniken wurde in der obigen Beschreibung verzichtet, um die Ausführungsarten der Erfindung nicht unnötig zu verschleiern.
  • Und schließlich sollte klar sein, dass die in der obigen Beschreibung verwendeten Begriffe nur zur Beschreibung einzelner Ausführungsarten dienen und nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen sind. Zum Beispiel sollen die hier gebrauchten Einzahlformen ”ein”, ”eine” und ”der, die, das” auch die Mehrzahlformen einschließen, sofern aus dem Zusammenhang nichts anderes hervorgeht. Außerdem bezeichnen die in dieser Beschreibung gebrauchten Begriffe ”umfasst”, ”umfassend” und/oder „beinhaltend” das Vorhandensein von genannten Merkmalen, Zahlen, Schritten, Handlungen, Elementen und/oder Komponenten, schließen jedoch nicht das Vorhandensein oder das Hinzukommen einer oder mehrerer anderer Merkmale, Zahlen, Schritte, Handlungen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon aus.
  • Somit werden oben Ausführungsarten einer Schaltkreisstruktur zum Programmieren und Umprogrammieren einer elektronischen Sicherung (d. h. eSicherung) für geringe Leistung und mit mehreren Zuständen beschrieben. Bei einer Ausführungsart des Schaltkreises kann die elektronische Sicherung zwei relativ kurze Leiterschichten umfassen, die an den entgegengesetzten Seiten und am selben Ende einer relativ langen Leiterschicht angeordnet sind. Die kurzen Leiterschichten können einen relativ hohen Atomdiffusionswiderstand (d. h. ein geringes Diffusionsvermögen für Atome) aufweisen, und die lange Leiterschicht kann einen relativ niedrigen Atomdiffusionswiderstand (d. h. ein hohes Diffusionsvermögen für Atome) aufweisen. Eine Spannungsquelle kann mit den gegenüberliegenden Enden der langen Leiterschicht sowie mit jeder der kurzen Leiterschichten elektrisch verbunden werden, sodass die elektronische Sicherung vier Anschlussklemmen aufweist. Die Spannungsquelle kann selektiv gesteuert werden, damit die Polarität und wahlweise die Höhe der an die verschiedenen Anschlussklemmen angelegten Spannung geändert werden kann. Durch die Änderung der Polarität (und der Höhe) der Spannung an den verschiedenen Anschlussklemmen kann der bidirektionale Elektronenfluss innerhalb der langen Leiterschicht selektiv gesteuert werden. Durch das Steuern des bidirektionalen Elektronenflusses innerhalb der langen Leiterschicht kann die zerstörungsfreie Bildung von Leitungsunterbrechungen und/oder Kurzschlüssen an den Grenzflächen zwischen der langen Leiterschicht und den kurzen Leiterschichten selektiv gesteuert werden, um mehrere verschiedene Programmierzustände zu erzeugen. Andere Ausführungsarten des Schaltkreises können eine elektronische Sicherung mit zusätzlichen Leiterschichten und zusätzlichen Anschlussklemmen beinhalten, um eine größere Anzahl von Programmierzuständen zu ermöglichen. Ferner werden auch Ausführungsarten zugehöriger Verfahren zum Programmieren und Umprogrammieren einer elektronischen Sicherung beschrieben. Die oben beschriebenen Ausführungsarten ermöglichen die zerstörungsfreie Programmierung und Umprogrammierung mit geringer Leistung und weisen den Vorteil auf, dass sie mit der Metallisierung am Ende üblicher Herstellungsprozesse (BEOL) völlig kompatibel sind.

Claims (20)

  1. Schaltkreisstruktur (100), die Folgendes umfasst: eine Sicherung (150) mit einer ersten Leiterschicht (110), mit einer zweiten Leiterschicht (120) auf der ersten Leiterschicht (110) und mit einer dritten Leiterschicht (130) oberhalb der zweiten Leiterschicht (120), wobei die erste Leiterschicht (110) und die dritte Leiterschicht (130) jeweils einen höheren Atomdiffusionswiderstand als die zweite Leiterschicht (120) aufweisen; eine Spannungsquelle (170); und elektrische Verbindungen (161–164) zwischen der Spannungsquelle (170) und der ersten Leiterschicht (110), zwischen der Spannungsquelle (170) und entgegengesetzten Enden (121, 122) der zweiten Leiterschicht (120) und zwischen der Spannungsquelle (170) und der dritten Leiterschicht (130), wobei die Spannungsquelle (170) selektiv gesteuert werden kann, damit -eine Polarität der Spannung an ausgewählten elektrischen Verbindungen (161–164) geändert werden kann, wodurch ein bidirektionaler Elektronenfluss (220, 320, 420, 520) innerhalb der zweiten Leiterschicht (120) und dadurch eine zerstörungsfreie Bildung von entweder Leitungsunterbrechungen (201, 403, 501, 503) oder Kurzschlüssen innerhalb der zweiten Leiterschicht (120) an den Grenzflächen (125, 126) zur ersten Leiterschicht (110) und zur dritten Leiterschicht (130) selektiv gesteuert wird, wodurch reversibel aufgrund diffundierender Atome von den Grenzflächen (125, 126) weg aus den Kurzschlüssen die Leitungsunterbrechungen (201, 403, 501, 503) entstehen.
  2. Schaltkreisstruktur (100) nach Anspruch 1, wobei die zweite Leiterschicht (130) ein zugewandte Ende (123) und ein dem zugewandten Ende (123) gegenüberliegendes abgewandtes Ende (124) aufweist und wobei die erste Leiterschicht (110) und die dritte Leiterschicht (130) jeweils kürzer als die zweite Leiterschicht (120) sind und ferner an entgegengesetzten Seiten (121, 122) und nahe dem zugewandten Ende (123) der zweiten Leiterschicht (120) angeordnet sind.
  3. Schaltkreisstruktur (100) nach Anspruch 1, wobei die Spannungsquell (170) ferner selektiv gesteuert werden kann, wodurch eine Höhe der Spannung an ausgewählten elektrischen Verbindungen (161–164) geändert werden kann.
  4. Schaltkreisstruktur (100) nach Anspruch 2, wobei die Spannungsquelle (170) eine negative Spannung an die dritte Leiterschicht (130) und eine positive Spannung an das abgewandte Ende (124) der zweiten Leiterschicht (120) anlegt, wodurch an der Grenzfläche (126) zur dritten Leiterschicht (130) eine Leitungsunterbrechung (201, 403, 501, 503) erzeugt wird; und wobei die Spannungsquelle (170) ferner eine negative Spannung an das abgewandte Ende (124) der zweiten Leiterschicht (120) und eine positive Spannung an das zugewandte Ende (123) der zweiten Leiterschicht (120) anlegt, wodurch die Leitungsunterbrechung (201, 403, 501, 503) aufgefüllt wird und an der Grenzfläche (126) zur dritten Leiterschicht (130) wieder ein Kurzschluss erzeugt wird.
  5. Schaltkreisstruktur (100) nach Anspruch 2, wobei die Spannungsquelle (170) eine negative Spannung an die erste Leiterschicht (110) und eine positive Spannung an das abgewandte Ende (124) der zweiten Leiterschicht (120) anlegt, wodurch an der Grenzfläche (125) zur ersten Leiterschicht (110) eine Leitungsunterbrechung (201, 403, 501, 503) erzeugt wird; wobei die Spannungsquelle (170) ferner eine negative Spannung an das abgewandte Ende (124) der zweiten Leiterschicht (120) und eine positive Spannung an das zugewandte Ende (123) der zweiten Leiterschicht (120) anlegt, wodurch die Leitungsunterbrechung (201, 403, 501, 503) aufgefüllt wird und an der Grenzfläche (125) zur ersten Leiterschicht (110) wieder ein Kurzschluss erzeugt wird.
  6. Schaltkreisstruktur (100) nach Anspruch 2, wobei die Spannungsquelle (170) eine negative Spannung an die erste Leiterschicht (110) und die dritte Leiterschicht (130) und eine positive Spannung an das abgewandte Ende (124) der zweiten Literschicht (120) anlegt, wodurch an den Grenzflächen (125, 126) Leitungsunterbrechungen (201, 403, 501, 503) erzeugt werden; wobei die Spannungsquelle (170) ferner eine negative Spannung an das abgewandte Ende (124) der zweiten Leiterschicht (120) und eine positive Spannung an das zugewandte Ende (123) der zweiten Leiterschicht (120) anlegt, wodurch die Leitungsunterbrechungen (201, 403, 501, 503) aufgefüllt werden und an den Grenzflächen (125, 126) wieder Kurzschlüsse erzeugt werden.
  7. Schaltkreisstruktur (100) nach Anspruch 1, wobei die zweite Leiterschicht (120) Kupfer oder Aluminium umfasst.
  8. Schaltkreisstruktur (100) nach Anspruch 1, wobei die erste (110) und die dritte Leiterschicht (130) jeweils ein leitendes Material als Diffusionssperre umfassen.
  9. Schaltkreisstruktur (100) nach Anspruch 8, wobei das als Diffusionssperre dienende leitende Material Cobalt, Chrom, Ruthenium, Tantal, Tantalnitrid, Indiumoxid, Wolfram, Wolframnitrid, Titan oder Titannitrid umfasst.
  10. Schaltkreisstruktur (600), die Folgendes umfasst: eine Sicherung (650) mit einer ersten Leiterschicht (610), mit einer zweiten Leiterschicht (620) oberhalb der ersten Leiterschicht (610), mit einer dritten Leiterschicht (630) oberhalb der zweiten Leiterschicht (620) und mit einer vierten Leiterschicht (640) oberhalb der dritten Leiterschicht (630), wobei die zweite Leiterschicht (620) und die vierte Leiterschicht (640) jeweils einen höheren Atomdiffusionswiderstand als die erste Leiterschicht (610) und die dritte Leiterschicht (630) aufweisen; eine Spannungsquelle (670); und elektrische Verbindungen (661–665) zwischen der Spannungsquelle (670) und entgegengesetzten Enden (613, 614) der ersten Leiterschicht (610), zwischen der Spannungsquelle (670) und den entgegengesetzten Enden (633, 634) der dritten Literschicht (630) und zwischen der Spannungsquelle (670) und der vierten Leiterschicht (640), wobei die Spannungsquelle (670) selektiv gesteuert werden kann, damit eine Polarität der Spannung an den elektrischen Verbindungen (661–665) geändert werden kann, wodurch ein bidirektionaler Elektronenfluss innerhalb der ersten Leiterschicht (610) und der dritten Leiterschicht (630) selektiv gesteuert wird und wodurch eine zerstörungsfreie Bildung von entweder Leitungsunterbrechungen (201, 403, 501, 503) oder Kurzschlüssen innerhalb der ersten Leiterschicht (610) an einer Grenzfläche (616) zur zweiten Leiterschicht (620) und innerhalb der dritten Leiterschicht (630) an den Grenzflächen (635, 636) zur zweiten Leiterschicht (620) und zur vierten Leiterschicht (640) selektiv gesteuert wird, wodurch reversibel aufgrund diffundierender Atome von den Grenzflächen (616, 635, 636) weg aus den Kurzschlüssen die Leitungsunterbrechungen (201, 403, 501, 503) entstehen.
  11. Schaltkreisstruktur (600) nach Anspruch 10, wobei die zweite Leiterschicht (620) und die vierte Leiterschicht (640) jeweils kürzer als die erste (610) und die dritte Leiterschicht (630) sind.
  12. Schaltkreisstruktur (600) nach Anspruch 10, wobei die Spannungsquelle (670) ferner selektiv gesteuert werden kann, wodurch eine Höhe der Spannung an ausgewählten elektrischen Verbindungen (661–665) geändert werden kann.
  13. Schaltkreisstruktur (600) nach Anspruch 10, wobei die erste Leiterschicht (610) und die dritte Leiterschicht (630) jeweils Kupfer und/oder Aluminium umfassen.
  14. Schaltkreisstruktur (600) nach Anspruch 10, wobei die zweite Leiterschicht (620) und die vierte Leiterschicht (640) jeweils ein leitendes Material umfassen, das als Diffusionssperre dient.
  15. Schaltkreisstruktur (600) nach Anspruch 14, wobei das als Diffusionssperre dienende leitende Material Cobalt, Chrom, Ruthenium, Tantal, Tantalnitrid, Indiumoxid, Wolfram, Wolframnitrid, Titan und/oder Titannitrid umfasst.
  16. Verfahren zum Programmieren und Umprogrammieren einer elektronischen Sicherung (150), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellen (702) eine Sicherung (150), die eine erste Leiterschicht (110), eine zweite Leiterschicht (120) auf der ersten Leiterschicht (110) und eine dritte Leiterschicht (130) auf der zweiten Leiterschicht (120) umfasst, wobei die erste Leiterschicht (110) und die dritte Leiterschicht (130) jeweils einen höheren Atomdiffusionswiderstand als die zweite Leiterschicht (120) aufweisen, wobei die zweite Leiterschicht (120) ein zugewandtes Ende (123) und ein dem zugewandten Ende (123) gegenüberliegendes abgewandtes Ende (124) aufweist und wobei die erste Leiterschicht (110) und die dritte Leiterschicht (130) kürzer als die zweite Leiterschicht (120) sind und an entgegengesetzten Seiten (121, 122) sowie angrenzend an das zugewandte Ende (123) der zweiten Leiterschicht (120) angeordnet sind; Bilden (704) elektrischer Verbindungen (161–164) zwischen einer Spannungsquelle (170) und der ersten Leiterschicht (110), zwischen der Spannungsquelle (170) und den entgegengesetzten Enden (121, 122) der zweiten Leiterschicht (120) sowie zwischen der Spannungsquelle (170) und der dritten Leiterschicht (130); und Durchführen (706) von Prozessen zum Programmieren und Umprogrammieren durch selektives Steuern der Spannungsquelle (170), damit eine Polarität der Spannung an den elektrischen Verbindungen (161–164) geändert werden kann, wodurch ein bidirektionaler Elektronenfluss (220, 320, 420, 520) innerhalb der zweiten Leiterschicht (120) und wodurch eine zerstörungsfreie Bildung von entweder Leitungsunterbrechungen (201, 403, 501, 503) oder Kurzschlüssen innerhalb der zweiten Leiterschicht (120) an den Grenzflächen (125, 126) zur ersten Leiterschicht (110) und zur dritten Leiterschicht (130) selektiv gesteuert wird, wodurch reversibel aufgrund diffundierender Atome von den Grenzflächen (125, 126) weg aus den Kurzschlüssen die Leitungsunterbrechungen (201, 403, 501, 503) entstehen.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Durchführen (706) der Prozesse zum Programmieren und Umprogrammieren folgende Schritte umfasst: Durchführen eines ersten Programmierprozesses durch Anlegen einer negativen Spannung an die dritte Leiterschicht (130) und einer positiven Spannung an das abgewandte Ende (124) der zweiten Leiterschicht (120), wodurch an einer Grenzfläche (126) zur dritten Leiterschicht (130) eine Leitungsunterbrechung (201, 403, 501, 503) erzeugt wird; und Durchführen eines zweiten Prozesses zum Programmieren und Umprogrammieren durch Anlegen einer positiven Spannung an das zugewandte Ende (123) der zweiten Leiterschicht (120) und einer negativen Spannung an das abgewandte Ende (124) der zweiten Leiterschicht (120), wodurch die Leitungsunterbrechung (201, 403, 501, 503) aufgefüllt wird und wodurch an der Grenzfläche (126) zur dritten Leiterschicht (130) ein Kurzschluss erzeugt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Durchführen (706) der Prozesse zum Programmieren und Umprogrammieren ferner folgende Schritte umfasst: Durchführen eines ersten Programmierprozesses durch Anlegen einer negativen Spannung an die erste Leiterschicht (110) und, einer positiven Spannung an das abgewandte Ende (124) der zweiten Leiterschicht (120), wodurch an einer Grenzfläche (125) zur ersten Leiterschicht (110) eine Leitungsunterbrechung (201, 403, 501, 503) erzeugt wird; und Durchführen eines zweiten Programmierprozesses durch Anlegen einer negativen Spannung an das abgewandte Ende (124) der zweiten Leiterschicht (120) und einer positiven Spannung an das zugewandte Ende (123) der zweiten Leiterschicht (120), wodurch die Leitungsunterbrechung (201, 403, 501, 503) aufgefüllt wird und wodurch an der Grenzfläche (125) zur ersten Leiterschicht (110) ein Kurzschluss erzeugt wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Durchführen (706) der Prozesse zum Programmieren und Umprogrammieren ferner folgende Schritte umfasst: Durchführen eines ersten Programmierprozesses durch Anlegen einer negativen Spannung an die erste Leiterschicht (110) und an die dritte Leiterschicht (130) sowie einer positiven Spannung an das abgewandte Ende (121) der zweiten Leiterschicht (120), wodurch die Leitungsunterbrechungen (201, 403, 501, 503) an den Grenzflächen (125, 126) erzeugt werden; Durchführen eines zweiten Programmierprozesses durch Anlegen einer negativen, Spannung an das abgewandte Ende (124) der zweiten Leiterschicht (120) und einer positiven Spannung an das zugewandte Ende (123) der zweiten Leiterschicht (120), wodurch die Leitungsunterbrechungen (201, 403, 501, 503) aufgefüllt werden und wodurch die Kurzschlüsse an den Grenzflächen (125, 126) erzeugt werden.
  20. Verfahren zum Programmieren und Umprogrammieren einer Sicherung (650), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen (802) einer Sicherung (650), die eine erste Leiterschicht (610), eine zweite Leiterschicht (620) oberhalb der ersten Leiterschicht (610), eine dritte Leiterschicht (630) oberhalb der zweiten Leiterschicht (620) und eine vierte Leiterschicht (640) oberhalb der dritten Leiterschicht (630) umfasst, wobei die zweite Leiterschicht (620) und die vierte Leiterschicht (640) jeweils einen höheren Atomdiffusionswiderstand als die erste Leiterschicht (610) und die dritte Leiterschicht (630) aufweisen; Bilden (804) elektrischer Verbindungen (661–665) zwischen einer Spannungsquelle (670) und entgegengesetzten Enden (613, 614) der ersten Leiterschicht (610), zwischen der Spannungsquelle (670) und den entgegengesetzten Enden (633, 634) der dritten Leiterschicht (630) und zwischen der Spannungsquelle (670) und der vierten Leiterschicht (640); Durchführen (806) von Prozessen zum Programmieren und Umprogrammieren durch selektives Steuern der Spannungsquelle (670), damit eine Polarität der Spannung an den elektrischen Verbindungen (661–665) geändert werden kann, wodurch ein bidirektionaler Elektronenfluss innerhalb der ersten Leiterschicht (610) und der dritten Leiterschicht (630) und wodurch eine zerstörungsfreie Bildung von Leitungsunterbrechungen (201, 403, 501, 503) und/oder Kurzschlüssen innerhalb der ersten Leiterschicht (610) an einer Grenzfläche (616) zur zweiten Leiterschicht (620) und innerhalb der dritten Leiterschicht (630) an den Grenzflächen (635, 636) Zur zweiten Leiterschicht (620) und zur vierten Leiterschicht (640) selektiv gesteuert wird, wodurch reversibel aufgrund diffundierender Atome von den Grenzflächen (616, 635, 636) weg aus den Kurzschlüssen die Leitungsunterbrechungen (201, 403, 501, 503) entstehen.
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