TWI235456B - Semiconductor device having fuse and its manufacture method - Google Patents

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Takayuki Kamiya
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Description

1235456⑴ 玖、發明說明 (發明說明應敘明:發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 相關申請案交叉參考 本申請案係根據2001年1 1月6日提出的日本專利申請案 號2001-340872,此處以引用的方式將其全部内容併入本文 中 〇 發明背景 A) 發明領域 本發明係關於一種具熔絲的一半導體裝置及其製造方 法,更明確地說,係關於使用於一半導體積體電路之一微 調電路或一冗餘電路中的溶絲元件方面的技術。 B) 相關技術說明 一微調電路及一冗餘電路經常會以一半導體積體電路來 構成。如果將具有熔絲元件的熔絲電路當作微調電路或冗 餘電路的話,便可在製造半導體積體電路期間或是之後, 進行微調處理及類似的處理,以便對該電路的特徵曲線作 最大的改良。 圖1中的日本專利特許公開申請案第HEI-7-307389號所發 表的電路具有複數個並聯電路,每個並聯電路皆是由一熔 絲元件及一 MOS電晶體串聯所組成。該份申請案提到,用 以獲取燒斷熔絲元件之燒斷電流所需要的電流驅動能力與 選擇電晶體的閘極寬度W具有下面的函數關係: Id=^C0X(W/L)X(1/2)x(Vgs-Vy)2 其中,ID是飽和區中的選擇電晶體汲極電流,μ是載子的 移動率。0:^是選擇電晶體的閘極電容值,W是閘極寬度, -6- Π35456(2) 發明說明續 f .Άα·α、 L是閘極長度。VQS是閘極-源極電壓,而VpS」】是臨界電壓。 如果用以燒斷熔絲元件所需的飽和汲極電流值ID已知的 話,便可利用上述的等式估算出能夠燒斷該熔絲元件電晶 體閘極寬度W(尺寸)。此分析方式假定可利用MOS電晶體 的飽和電流來燒斷一溶絲。 為熔融及燒斷一熔絲元件,必須讓電流流過該熔絲元 件,並且將其溫度加熱至熔點以上。舉例來說,如果使用 單晶矽或多晶矽作為熔絲元件的材料時,由於矽的熔點約 高達1420°C,因此便需要非常大的電流。所以,選擇電晶 體的尺寸便必須非常大,如此一來便無法達到裝置元件的 高度整合結果。根據上述的公開申請案,可利用具高電流 驅動能力的雙極電晶體當作選擇電晶體,以便獲取大電 流。 最近的積體電路都是以MOSFET所構成的MOS型1C作為基 礎裝置元件。如果希望以MOS型1C構成雙極電晶體的話, 元件的結構將會變得非常複雜,並且還需要額外的製程。 發明概要 本發明的其中一項目的係減少具有熔絲元件及選擇電晶 體之熔絲電路所佔據的面積;以及利用MOSFET以MOS 1C 的方式構成該選擇電晶體並且減少該選擇電晶體所佔據的 面積。 根據本發明的其中一項觀點,提供一種半導體裝置,其 包括··一熔絲元件,藉由通過電流便能夠以電氣方式將其 燒斷,在該熔絲元件其中一端施加一第一電壓;一 MOS型 一位於該熔 連接點,以 和汲極端點 、該MOS型 必須經過選 時便能夠燒 須設定成一 連接點的電 電晶體的汲 裝置,其包 方式將其燒 一 MOS型電 位於該熔絲 接點,以及 汲極端點之 該MOS型電 經過選擇, 能夠燒斷該 一步地設定 不會小於該 曲線計算得 1235456 (3) 電晶體,其具有源極、閘極和汲極端點,以及 絲元件另一端與源極和汲極端點之一端點間的 及一低於該第一電壓的第二電壓係施加至源極 之另一端點,其中:該第一電壓和該第二電壓 電晶體的特徵曲線以及該熔絲元件的電阻值 擇,以便在施加預設的程式化電壓至閘極端點 斷該熔絲元件;以及,該熔絲元件的電阻值必 數值,當施加該程式化電壓至閘極端點時,該 壓與該第二電壓間的電壓差必須低於該MOS型 極電流開始飽和時的汲極電壓。 根據本發明的另一項觀點,提供一種半導體 括··一熔絲元件,藉由通過電流便能夠以電氣 斷,在該熔絲元件其中一端施加一第一電壓; 晶體,其具有源極、閘極和汲極端點,以及一 元件另一端與源極和汲極端點之一端點間的連 一低於該第一電壓的第二電壓係施加至源極和 另一端點,其中:該第一電壓和該第二電壓、 晶體的特徵曲線以及該熔絲元件的電阻值必須 以便在施加預設的程式化電壓至閘極端點時便 熔絲元件;以及,該熔絲元件的電阻值必須進 成一數值,讓能夠燒斷該熔絲元件的最小功率 熔絲元件經由該MOS型電晶體之電流-電壓特徵 到的最大消耗功率的90%。 根據本發明的另一項觀點,提供一種半導體裝置,其包 發明說明績頁 1235456 (句 括:一熔絲元件,藉由通過電流便能夠以電氣方式將其燒 斷,在該熔絲元件其中一端施加一第一電壓;一 MOS型電 晶體,其具有源極、閘極和汲極端點,以及一位於該熔絲 元件另一端與源極和汲極端點之一端點間的連接點,以及 一低於該第一電壓的第二電壓係施加至源極和汲極端點之 另一端點,其中:該第一電壓和該第二電壓、該MOS型電 晶體的特徵曲線以及該熔絲元件的電阻值必須經過選擇, 以便在施加預設的程式化電壓至閘極端點時便能夠燒斷該 熔絲元件;以及,該熔絲元件的電阻值必須進一步地設定 成一數值,讓該熔絲元件的燒斷電流介於該MOS型電晶體 之飽和汲極電流的80%至9 8%範圍之間。 供應給該半導體裝置的功率可有效地用以燒斷該熔絲元 件。 根據本發明的進一步觀點,提供一種製造半導體裝置的 方法,其包括下面步驟:在基板上串聯一熔絲元件及一 MOS 型電晶體,其中,該熔絲元件藉由通過電流便能夠以電氣 方式將其燒斷;該MOS型電晶體具有源極、閘極和汲極端 點,以及一位於該熔絲元件其中一端與源極和汲極端點之 一端點間的連接點;將一高於該MOS型電晶體汲極電流開 始飽和時的汲極電壓的電壓施加至該溶絲元件另一端與源 極和汲極端點之另一端點之間;施加一預設的程式化電壓 至該閘極端點,並且藉由將位於該熔絲元件與該MOS型電 晶體之間的連接點的電壓設定成低於該MOS型電晶體在飽 和區中其汲極電流飽和時的汲極電壓的電壓,以便燒斷該 1235456 (5) 熔絲元件。
根據本發明的另一項觀點,提供一種製造半導體裝置的 方法,其包括下面步驟··在基板上串聯一熔絲元件及一 MOS 型電晶體,其中,該熔絲元件藉由通過電流便能夠以電氣 方式將其燒斷,在該熔絲元件其中一端施加一第一電壓; 該MOS型電晶體具有具有源極、閘極和汲極端點,以及一 位於該熔絲元件其中一端與源極和汲極端點之一端點間的 連接點;將低於該第一電壓的第二電壓施加至源極和汲極 端點之另一端點;將一高於該MOS型電晶體汲極電流開始 飽和時的汲極電壓的電壓施加至該熔絲元件另一端與源極 和汲極端點之另一端點之間;施加一預設的程式化電壓至 該閘極端點,並且藉由將該MOS型電晶體的連接點的電壓 設定在一電壓範圍之中用以燒斷該熔絲元件,其中該熔絲 元件的消耗功率不會小於該熔絲元件經由該MOS型電晶體 之電流-電壓特徵曲線計其得到的取大消耗功率的9 0 %。
根據本發明的另一項觀點,提供一種製造半導體裝置的 方法,其包括下面步驟:在基板上串聯一熔絲元件及一 MOS 型電晶體,其中,該熔絲元件藉由通過電流便能夠以電氣 方式將其燒斷,在該熔絲元件其中一端會施加一第一電 壓;該MOS型電晶體具有源極、閘極和汲極端點,以及一 位於該熔絲元件其中一端與源極和汲極端點之一端點間的 連接點;將低於該第一電壓的第二電壓施加至源極和汲極 端點之另一端點;將一高於該MOS型電晶體汲極電流開始 飽和時的汲極電壓的電壓施加至該熔絲元件另一端與源極 -10- 1235456 (6) IMP勝 η'、‘ w …,. 和汲極端點之另一端點之間;施加一預設的程式化電壓至 該閘極端點,並且藉由將位於該熔絲元件與該MOS型電晶 體之間的連接點的電壓設定在一電壓範圍之中用以燒斷該 熔絲元件,其中,該MOS型電晶體之飽和電流會有80%至 9 8 %流過。 如上述,在由串聯的熔絲元件及選擇電晶體所構成的熔 絲電路中,供應給該熔絲電路的功率可有效地用以燒斷該 熔絲元件。因此,便可減少該選擇電晶體所佔據的面積。 圖式簡單說明 圖1所示的係一具有熔絲元件及MOSFET之熔絲電路的電 路圖,該MOSFET係當作該熔絲元件的一選擇電晶體。 圖2A所示的係用以作為一選擇電晶體的MOSFET之一般 電流-電壓特徵曲線關係圖。 圖2B所示的係位於一選擇電晶體與一熔絲之間的互連點 電壓與時間的變化關係圖。 圖3所示的係一熔絲消耗功率與一源極-汲極電壓的關係 圖。 圖4所示的係根據本發明具體實施例之一半導體裝置的 平面圖。 圖5所示的係沿著圖4的直線V-V’所得到的該半導體裝置 的剖面圖。 圖6所示的係一具體實施例之一半導體裝置的電流-電壓 特徵曲線關係圖,圖中顯示出選擇電晶體的操作點變化與 閘極電壓間的關係。 發明說明續頁 035456(7) 圖7所示的係一具體實施例之半導體裝置的電流-電壓特 徵曲線關係圖,圖中顯示出改變熔絲元件的電阻值之後, 讓操作點進入過渡區。 較佳具體實施例說明 在此具體實施例中,「熔絲元件」一詞代表的是當流過 至少等於預設值的電流時便會燒斷的元件。「選擇電晶體」 一詞代表的是與熔絲元件串聯的電晶體,其可判斷電流是 否會流過該熔絲元件,如果會流過的話,便可決定其電流 *5* 〇 在說明本發明的具體實施例之前,先參考圖1至3說明本 發明的原理。 圖1所示的係一具有熔絲元件及一 η型通道M0S型場效電 晶體(M0SFET)之熔絲電路的電路圖,該M0SFET係當作該 熔絲元件的選擇電晶體。圖2Α所示的係作為選擇電晶體的 M0SFET之一般電流-電壓特徵曲線關係圖。圖2Β所示的係 位於選擇電晶體3與熔絲1之間的互連點7a之電壓與時間的 變化關係圖。圖3所示的係熔絲功率消耗與M0S型場效電 晶體之源極-沒極電壓·的關係圖。 如圖1所示,一熔絲電路A具有一熔絲元件1及一選擇電 晶體3,該選擇電晶體係由M0S型的FET所構成,並且與該 熔絲元件串聯。 舉例來說,該熔絲元件1的其中一端1 a係連接至電源供 應器電壓VDD。該熔絲元件的另一端1 b則係連接至該選擇 電晶體3的汲極端點5 a。該選擇電晶體3的源極端點5 b則係 1235456
連接至接地(GND)。 如圖2A所示,該選擇電晶體3沒極電流·電壓特徵 有線性增強區l〇a及飽和區1〇 、 在、,果性£ l〇a中,沒極兩 壓VDS相當低’當沒極電壓Vds增加時,沒極電流1〇 : 乎以線…式增加。在飽和區10b中,彡及極(對源極曰: 壓VDS相當❺,而JL不論汲極電壓、大小*何,通二 流過-怪定的沒極電流。在實際的情形中,在飽 曰 當沒極電壓增加時’有時候沒極電流亦會緩緩地增力… 樣的情形,在沒極電流隨著沒極電壓幾乎以線性 變的區域中(變化率遠低於線性增強區…中的變化二改 便可將其稱為飽和區。在竣降 , 在、.果性£及飽和區之間存在一 域,在此區域中,汲極雷,、云沾祕上* U區 U W立曰加率與汲極電壓的择力 並無任何比例關係。此區域稱為過渡區心。實際:口率 法明確地區分出過渡區 '線性區及飽和區。所…, 以下面的方式來定義:過沪 〇人可 我過履E的其中一端係低於飽和 性特徵曲線2 0 %的雷产赴工# 匕、·泉 ^包心點,而其另一端則係低於飽和 性特徵曲線2 °/〇的電流點。 、泉 嫁絲元件1的電流-電屙牿 . 土特徵曲、,泉一般都是指電流盍心厭 成正比的線性特徵曲線。 一 %壓 曰触。、日 所以位於熔絲元件1與選擇雷 曰口姐3足間的連接點(節 與熔絲开株〗、 、)7的ι壓便相當於選擇電晶體3 ^ 〈間的電泥•電壓特徵曲線中的連接點 點)處的汲極電壓(即在 勺連接點(操作 連接點7的電壓)。 處的坪細說明中’可以's。代表 如圖2 A所示,跨接在 — 落熔絲兀件1兩端的電壓VF等於 #:曰月耸W獄貢: 1235456 (9) (VDD-VDS〇) °施加至選擇電晶體3的源極及汲極之間的電壓 VTR則等於VDS0。 選擇電晶體3的消耗功率Ρτ及熔絲元件1的消耗功率?!:可 以下面的等式(1)及(2)求出: Ρτ-VdsoxId 1 …(1)
Pf=(Vdd-VDS0)xIDi …(2) 其中,ID1是當施加預設的程式化電晶體壓Vp至選擇電晶體 3的閘極端點5 c時流經熔絲元件1與選擇電晶體3串接的電 流。 吾人發現,在燒斷該熔絲期間,由多晶矽製成的熔絲的 電阻值可能會提高。在圖2A中,負載曲線從LC1偏移到LC1’ 所代表的便是此種變化。負載曲線LC1代表的是該選擇電 晶體剛開啟時的狀態,而負載曲線L C Γ代表的則是燒斷該 熔絲之前的狀態。其源極-汲極電壓會從VDSQ降低至VDSQ,。 汲極電流則會從ID1降低至ID1,。因此,該熔絲的功率消耗 便會成為
Pf,= (Vdd-VDS0,)xIDi’ (3) 圖2B所示的係,圖1的電路中,位於選擇電晶體3與熔絲 1之間的互連點之電壓與時間的變化關係圖。當閘極電壓Vp 是0V時,選擇電晶體關閉,而互連端點7a的電壓則是源極 電壓VDD( = 5V)。當閘極電壓Vp升高至5V時’選擇電晶體3 開啟,電流ID1會流過熔絲1。跨接在該熔絲1的壓降會讓互 連端點7a的電壓降低VDS〇。此時,該熔絲的電阻值可以Rf 表示,而電壓VDSQ則可表示成: -14- 發明說明續頁 1235456 (10) VDs〇^VDD-(RfxID1) 隨著電流流過該熔絲的時 通常都會因為少許及不規則 示熔絲電阻值增加。 (4) 間的增加,該互連點處的電壓 的誤差而緩慢地降低。這即表 當斷線或截止電 會生熱,所產生的 度的提高,該熔絲 絲中的功率消耗便 溫度。隨著熔絲溫 改變,因而便可能 流流過’丨谷絲時,該少容 熱則會提高該熔絲的 中的顆粒便會長大或 熔化顆粒邊界。溶絲電阻值的增加可歸因於此種現象。 隨即’該互連點的電壓便會迅速地降低到〇v左右。這即 表示溶絲電阻值便成無限大,也就是,該熔絲已經被燒斷。 從該圖可看出’在電壓便迅速地降低到心之後會出現些許 的追逐擺動,這係因為該互連點的電壓可以快速地變化, 但是流經違溶絲的電流卻無法立即改變所造成的纟士果 在快速降低之前的位置可視為「熔絲即將燒斷」。此時, 汲極電流為iD1’,該互連點的電壓為vds〇,,而該熔絲的電 阻值則為Rf’。同時, VDso "VDD-(Rf,xIDr) (5) 熔絲即將燒斷時該互連點的電壓會低於該選擇電晶體剛 開啟時的電壓,VDS〇,<VDS〇,其意味著有更高的電壓跨接 在該熔絲上。同時,ID1,<ID1,其意味著流過該熔絲的電流 降低’而Rf’>Rf則意味著該熔絲的電阻值增加。 在一瓜的MOS電晶體特徵曲線中,電源供應器心
^ VDD 會設為5 v ’施加至選擇電晶體3的閘極端點5c的程式化電 壓Vp會設為5V,而改變熔絲元件i的電阻值時,利用 〒八(2) -15- (11) !235456 或(3)便可計算出該溶絲元…的消耗功率。 在此詳細說明中,選擇電晶 十 日9睹開始飽和的區域處的汲極 电壓(也就是,汲極電流開始呈 ^ … 口王現幾乎恆疋的數值時的雷 壓,或汲極電流隨著汲極電爆 兒&所王現的近似線性增加率读 小於增強區1 〇 a中的增加率時 、 千哼的電壓)便稱為飽和電壓。 明確地說’在飽和區的綠性特徵曲線中,#電流值增加: 該線性特徵曲線的98%時^極電壓便稱為飽和電壓。 圖3所示的係溶絲元件消 耗力率PF與源極_汲極電壓的關 係圖。圖3所示的係該熔蛘 〇 糸兀件的汲極電流。當熔絲元件 的電阻值改變日争’ v“iD1亦會改變。 如圖3所示,當該選擇兩曰 %日日a豆的源極·沒極電壓V弁古 該熔絲元件的消耗功率合抽^ i DS升问, ^印曰加,並且在Vds=1.5V附近的位 置會產生取大值。其汲極兩 仫 让見k已經跑到線性區外面, 過渡區之中。當源極/沒λ 、入 極电壓VDS超過ι·5ν時,汲極 增加的數量會變小,而 、 让兒< 為跨接在該熔絲元件的電壓 低,所以,該熔絲元件 ]书壓降 〕4耗功率便會逐漸地減低。去、、s 極電流進入飽和區時,好^ 117 ^ 低 ^ 絲的消耗功率便會呈線性地減 一般的熔絲元件都合狀 曰將其操作點設定在該選擇電晶 飽和區中,例如在3V附近^ 擇%阳隨的 功率來說,該選擇電^ ,對該熔絲電路所消耗的 的 "耗的功率會超過總電源功率 用以繞斷該熔絲元件所消耗的功率中 該熔絲元件所消耗的功率 午中, 刀+比例相當低。 基於上述的理論及實驗 耳驗研究結果,本案發明人發現到, -16- (12) (12)1235456 最好不要將該熔絲電路的操作點設定在該選擇電晶體的飽 , 和區中,較佳的係,能夠設定在飽和區與線性區之間的邊 界區域中(即過渡區)。將操作點設定在過渡區中,對該橡 絲電路總消耗功率來說,該熔絲元件所消耗的功率比例便 會提高。換言之,損失在該選擇電晶體中的功率比例會變, 得比較小。 雖然該選擇電晶體剛開啟時的負載曲線會經過源極、 極Ι-ν特徵曲線的過渡區,不過從圖3可看出,如果該熔絲 即將燒斷時的負載曲線穿過源極-汲極特徵曲線的線性· 增強區的話,可用的功率便會變小。如此一來便可能無法 將熔絲燒斷。因此,吾人希望該熔絲元件的電阻值及該選 擇電晶體的特徵曲線經過選擇之[該熔絲即將燒斷時的 負載曲線能夠穿過源極-汲極IeV特徵曲線的過渡區。 參考圖2A ’車父佳的係,負載曲線LC1,經過選擇之後其會 穿過孩選擇電晶體的IeV特徵曲線的過渡區丨〇c,以便有效 且穩定地將溶絲燒斷。 配合該些研究結果,現在將參考圖4及5說明根據本發明_ 之具體實施例的半導體裝置。 圖4所示的係根據本發明之半導體裝置的平面圖。圖5所< π的係々著圖4的直線V_v,所得到的該半導體裝置的剖面·· 圖。圖4及5中的半導體裝置顯示的係圖^之熔絲電路的特· 定結構。現在將說明熔絲電路的製程。 如圖4及5所tf,可利用矽局部氧化(L〇c〇s)技術在半導 體基板11的p型井(雜質濃度:1〇1δ至i〇17cm,預設區域中形 •17- 1235456 (13)
成隔離區2a、2b。亦可以淺溝渠隔離技術(STI)取代LOCOS 7成〉隔離區。隔離區2a、2b會界定出可形成電晶體的主 動區。可將離子植入該主動區的表面層之中,提高P型雜 質濃度,以便調整臨界電壓。 舉例來說’可利用熱氧化技術在該主動區的表面中形成 由氧化石夕所構成的閘極絕緣膜1 5 a。舉例來說,可在該閘 W "表膜l5a之上开> 成由聚合石夕化物(polycide)(石夕化物/多晶 石夕層壓、結構)所構成的問極電極1 7。多晶碎可以摻雜約 10 cm的n型雜質。聚合矽化物的概念涵蓋自排列矽化物 (sahcnde)。該閘極電極亦可僅由多晶矽所構成。 s形成閘極電極1 7的時候,可在隔離區2 a中形成當作熔 絲元件的聚合矽化物層(或多晶矽層)23。 在閘極電極1 7的側護壁中則可形成側間隔絕緣膜丨5b。 在此例中,亦可在熔絲元件23的側護壁中形成該等側間隔 膜。在形成該等側間隔膜之前,必須先對LDD(輕度摻雜汲 極)進行離子植入,以便形成具有1〇口至1〇Ucm·3之η型雜質 濃度的LDD區。 在形成該等側間隔膜之後,則必須將高雜質濃度(10^至 導體基板區域 板區域中形成 閘極電極1 7及 1021 cm·3)的η型雜質植入閘極電極1 7的兩側半 中。於是便可在該閘極電極的兩側半導體基 源極/汲極區5a/5b,並且亦會將雜質摻雜於 熔絲元件2 3之中,因此可降低其電阻值。 化矽所構成 石夕化物電阻 舉例來說,可在該半導體基板之上形成由氧 的層間絕緣膜2 1,用以覆蓋閘極電極1 7及聚合 -18·
1235456 (i4) 層2 3。開口 1 8 a及1 8 b會貫穿該層間絕緣膜2 1,到達該閘極 電極1 7兩側的源極/汲極區5 a/ 5 b,而開口 2 5及2 7亦會抵達 聚合矽化物層2 3反側的上表面。 接著,便可形成第一接線層3 1 a,其可經由開口 2 5接觸 刻4溶絲層2 3其中' 一 ^的上表面。同· ^時間,可形成*第 二接線層3 1 b,其可經由開口 2 7接觸到該熔絲層2 3另一端 的上表面,並且經由開口 1 8a接觸到源極/汲極區5a。進一
步·則可形成第三接線層3 1 c,其可經由開口 1 8 b接觸到源極 /淡極區5 b。 如圖4所示,用以讀取所儲存之資料的讀取端點7a會連 换至熔絲元件1及從第二接線層3丨b旁分出來的選擇電晶體 3。同樣地,第五接線層7b會從閘極端點5c延伸構成一輸 入端點,在該端點上則可施加用以燒斷熔絲元件丨的程式 化電壓。同時亦會形成端點7c ,用以供應電源供應器電壓 VDD給熔絲元件1的其中一端;以及端點7d,用以供應接地 電位給源極/沒極區5 b。
1 夂田 MOSFET 構成的選擇電晶體3的熔絲電路。 現將參考圖6至7來說明該熔絲電路的特 一 τ试萌線。圖6所 不的係备選擇電晶體的閘極電壓v改變時 發、六^班 g又才4这絲電路的 电泥-电壓特徵曲線關係圖。圖7所 、、六—防 J货'落落絲電路的電 壓特徵曲線關係圖。vDD代表的是電源供應器 是施加至該選擇電晶體的閑極端點用以燒斷該溶 、’.·、兀件的程式化電|。直線L代表的是熔絲元件在㈣電 -19· (15) 1235456 發明說明績頁 阻值Rf處的電流-電壓特徵曲綠。 如圖6所π田她加至選擇電晶體的閘極端點的閘極* 壓心從Vgl升高至Vg2及Vg3時,該選擇電晶體的沒極電流^ 亦會增加。該選擇電晶體 ° ]i-V待欲曲線與孩熔絲元件的κ V特徵曲線的交又點亦會從ρ,料上^ 曰k Ρ1變成Ρ2及Ρ3。電源供應器電 壓VDD與操作點P處的汲極電取便县柊拉六兮— % &使疋跨接在孩熔絲元件上的 電壓。所以,當問極電壓Vg升高時,該溶絲元件的消耗功 率亦會增加。以P3作為操作點的原因是因為其沒極電汽足 以燒斷該溶絲元件。該‘这絲元件的電阻值經過選擇之後, 便可在過渡區R3(其係位於、線性區以及飽和以2之間)中的 操作點P3處燒斷該熔絲元件。 現在料考圖7對操作點P3附近的操作情形料細的說 明0 L i代表的是當程式化電| V p施加至該選擇電晶體的閘極 電極時的没極電流·電壓特徵曲線。由具有特徵曲線1丨之 選擇電晶體及炫絲7C件所構成的嫁絲電路具有—位於過渡 區R3(其係位於線性區R1及飽和區R2之間)之中的操作= P3。Vm代表的是該選擇電晶體在操作點”處的源極/沒極 電壓,而Im代表的則是在操作點p3處的汲極電&。汲極電 流Im等於流經該熔絲元件的電流。職表的是該熔絲元件 的電阻值。 如果操作點位於過渡區R3中的話,損失在該選擇電晶體 中的功率會變得比較小。為將操作點設定於過渡區之中, 該熔絲的電阻值必須介於從直線。及以所算出的電阻值範 -20-
1235456 ⑽ 圍之間。直線L2代表的是當操作點P3位於過渡區R3的最高 電壓處時’具有此電阻值的溶絲元件之電流-電壓特徵曲 線;直線L3代表的則是當操作點P3位於過渡區R3的最低電 壓處時,具有此電阻值的熔絲元件之電流-電壓特徵曲線。
較佳的方式是將該熔絲元件的電阻值設定成一數值,讓 第二電壓(源極電壓,在此範例中其為接地電位)與位於該 熔絲元件及該選擇電晶體之間的節點(連接點)處之電壓的 電壓差必須低於,在施加程式化電壓至該選擇電晶體的閘 極端點條件下,該MOS電晶體的汲極電流開始飽和時的汲 極電壓。在此例中,可減少未用於燒斷該熔絲元件的無效 電壓之比例。
較佳的方式是將該熔絲元件的電阻值設定成一數值,讓 第二電壓與位於該熔絲元件及該選擇電晶體之間的連接點 處之電壓的電壓差必須高於,在施加程式化電壓至該選擇 電晶體的閘極端點條件下,該MOS電晶體的汲極電流與汲 極電壓成正比的線性區中的汲極電壓。在此例中,可有效 地運用該MOS電晶體的驅動能力,並且可將該電晶體的尺 寸變得非常小。因此,便可減少該電晶體所佔據的面積。 較佳的方式是將熔絲元件的電阻值設定成一數值,讓能 夠燒斷該熔絲元件的最小功率不會小於該熔絲元件經由 MOS電晶體之電流-電壓特徵曲線計算得到的最大消耗功率 的90%。該電晶體之特徵曲線通常會有1 0%的變動。較佳 的方式是保有該1 0%的容限值,如此便能以最小的電晶體 讓最佳的電流非常可靠地流過。 -21 -
1235456 ⑼ 較佳的方式是將熔絲元件的電阻值設定成一數值,讓該 熔絲元件經由該熔絲之電流-電壓特徵曲線計算得到的燒 斷電流介於MOS電晶體之飽和電流的80%至98%範圍之 間。在此例中,即使發生製造上的差異,亦可維持足以燒 斷該熔絲元件的功率。 由直線L 1所代表的該選擇電晶體的汲極電流-電壓特徵 曲線係當程式化電壓VP施加至該選擇電晶體的閘極端點時 的特徵曲線。一般來說,該程式化電壓係施加至該熔絲電 路中足以開啟該選擇電晶體的電壓(第一電壓:電源供應 器電壓)。 由於該電晶體之電壓降的關係,該程式化電壓可設定成 略低於電源供應器電壓。相反的,該程式化電壓可設定成 略高於電源供應器電壓(第一電壓),以便讓該選擇電晶體 進入電阻值非常低的狀態中。該等程式化電壓稱為「幾乎 等於」第一電壓。 利用上述的設定值,可降低該選擇電晶體的消耗功率, 並且可有效地使用供給該熔絲電路的功率來燒斷該熔絲元 件。用以燒斷熔絲元件所需要的選擇電晶體閘極寬度亦可 變得比較窄,因此該熔絲電路所佔據的面積便會變得比較 小〇 當串聯熔絲元件及選擇電晶體之後,便可依照下面任一 種設定方法來燒斷該熔絲元件。 現在將說明一第一種設定方法。 在熔絲元件及選擇電晶體串聯的兩側之間施加一第一電 -22- 1235456 〇8) 壓,該第一電壓高於該選擇電晶體汲極電流開始飽和時的 汲極電壓。在該選擇電晶體的閘極電極施加一預設的程式 化電壓。在該溶絲元件及選擇電晶體之間的連接點的電壓 南於該選擇電晶體增強線性區中的汲極電壓且低於飽和區 中的汲極電壓的狀況下,燒斷該熔絲元件。 現在將說明一第二種設定方法。 在熔絲元件及選擇電晶體串聯的兩側之間施加一第一電 壓,該第一電壓高於該選擇電晶體汲極電流開始飽和時的 汲極電壓。在該選擇電晶體的閘極電極施加一預設的程式 化電壓。在此例中,將該程式化電壓設定成一數值,讓從 該熔絲元件特徵曲線計算得出的該熔絲元件的消耗功率不 會小於從該熔絲元件之電流-電壓特徵曲線計算得到的最 大消耗功率的90%。利用該些設定值便能燒斷該熔絲元 件。 現在將說明一第三種設定方法。 在熔絲元件及選擇電晶體串聯的兩側之間施加一第一電 壓,該第一電壓略高於該選擇電晶體汲極電流開始飽和時 的汲極電壓。在該選擇電晶體的閘極電極施加一預設的程 式化電壓。在此例中,將該程式化電壓設定成一數值,讓 位於該熔絲元件及選擇電晶體之間的連接點處的電壓落在 一電壓範圍之中,以便讓該選擇電晶體之飽和汲極電流的 80%至9 8%流過。利用該些設定值便能燒斷該熔絲元件。 一選擇電晶體及一熔絲元件的特徵曲線會隨著環境而改 變,尤其是一溫度的變化。如果溫度會發生變化的話,在 -23- 二>V*v )' 1235456 (19) 設計該選擇電晶體及熔絲元件時便必須充分地考量因為溫 度變化所導致特徵曲線的變化結果。 至此,已經配合較佳的具體實施例對本發明加以說明。 本發明並不受限於上面的具體實施例。熟習本技術的人士 可非常輕易地對本發明進行各種變化、改良、組合及類似 的行為。 圖式代表符號說明
1 溶 la 溶 lb 熔 2a,2b 隔 3 選 5 a 汲 5b 源 5 c 閘 7 Ar^r 即 7a 互 7b 第 絲 絲元件1的其中一端 絲元件1的另一端 離區 擇電晶體 極端點 極端點 極端點 點 連點 五接線層 A 熔絲電路 vDD 電源供應器電壓 GND 接地 7c,7d 端點 10a 線性增強區 10b 飽和區 -24·
1235456 10c 過渡區 11 半導體基板 15a 閘極絕緣膜 15b 側間隔絕緣膜 17 閘極電極 18a,18b,25,27 開口 21 層間絕緣膜 23 聚合矽化物層 3 1 (未定義) 3 1a 第一接線層 3 1b 第二接線層 3 1c 第三接線層 -25-

Claims (1)

1235456 第091132855號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(94年3月)
替換頁 S月么日 拾、申請專利範圍 1. 一種半導體裝置,其包括: 一熔絲元件,藉由通過電流便能夠以電氣方式將其燒 斷,在該溶絲元件其中一端施加一第一電壓;及 一 MOS型電晶體,其具有源極、閘極和汲極端點,以 及一位於該熔絲元件另一端與源極和汲極端點之一端點 間的連接點,以及一低於該第一電壓的第二電壓係施加 至源極和汲極端點之另一端點, 其中: 該弟一電壓和該第二電壓、該Μ Ο S型電晶體的特徵曲 線及該溶絲元件的一電阻值必須經過選擇,以便在施加 預設的程式化電壓至該閘極端點時便能夠燒斷該熔絲元 件;以及 該熔絲元件的電阻值必須設定成一數值,當施加該程 式化電壓至該閘極端點時,該連接點的一電壓與該第二 電壓間的一電壓差必須低於該MOS型電晶體的一汲極電 流開始飽和時的一汲極電壓。 2. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中該熔絲元件的 電阻值必須進一步設定成一數值,當施加該程式化電壓 至該閘極端點時,該連接點的電壓與該第二電壓間的一 電壓差必須高於該MOS型電晶體的汲極電流與汲極電流 成正比的一線性區中的汲極電壓。 3. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中該MOS型電晶 體的程式化電壓幾乎等於該第一電壓。 !235456
4·如申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中該M〇s型電晶 體的閘極端點及該熔絲元件係由一相同層所構成的。 •如申睛專利範圍第4項之半導胃豆裝置’其中該相同層係由 聚合碎化物所構成的。 6· —種半導體裝置,其包栝: 一熔絲元件,藉由通過電流便能夠以電氣方式將其燒 斷’在該熔絲元件其中一端施加一第一電壓;及 MOS型電晶體,其具有源極、閘極和;及極端點,以 及一位於該熔絲元件另一端與源極和汲極端點之一端點 間的連接點,,以及一低於該第一電壓的第二電壓係施 加至源極和沒極端點之另一端點, 其中: 讀第一電壓和該第二電壓、該MOS型電晶體的特徵曲 線以及該熔絲元件的電阻值必須經過選擇,以便在施加 一預設的程式化電壓至該閘極端點時便能夠燒斷該熔絲 元件;以及 孩溶絲元件的電阻值必須必須設定成一數值,讓能夠 燒斷該溶絲元件的一最小功率不會小於該熔絲元件經由 該MOS型電晶體之電流-電壓特徵曲線計算得到的最大消 耗功率的90%。 7·如申請專利範圍第6項之半導體裝置,其中該MOS型電晶 體的閘極端點及該熔絲元件係由一相同層所構成。 8·如申#專利範圍第7項之半導體裝置,其中該相同層係由 聚合矽化物所構成。 1235456
9. 一種半導體裝置,其包括: 一熔絲元件,藉由通過電流便能夠以電氣方式將其燒 斷,在該熔絲元件其中一端施加一第一電壓;及 一 MOS型電晶體,其具有源極、閘極和汲極端點,以 及一位於該熔絲元件另一端與源極和汲極端點之一端點 間的連接點,以及一低於該第一電壓的第二電壓係施加 至源極和汲極端點之另一端點, 其中: _ 該第一電壓和該第二電壓、該MOS型電晶體的特徵曲 線以及該熔絲元件的電阻值必須經過選擇,以便在施加 一預設的程式化電壓至該閘極端點時便能夠燒斷該熔絲 元件;以及 該溶絲元件的電阻值必須必須設定成一數值,讓該熔 絲元件的燒斷電流介於該MOS型電晶體之一飽和汲極電 流的80%至98%範圍之間。 10. 如申請專利範圍第9項之半導體裝置,其中該MOS型電晶 41 體的閘極端點及該熔絲元件係由一相同層所構成的。 11. 如申請專利範圍第1 0項之半導體裝置,其中該相同層係 由聚合矽化物所構成。 12. —種製造一半導體裝置的方法,其包括下面的步驟: 在一基板上串聯一熔絲元件及一 MOS型電晶體,其中 該熔絲元件藉由通過電流便能夠以電氣方式將其燒斷; 該Μ Ο S型電晶體具有源極、閘極和沒極端點》以及一位 於該熔絲元件其中一端與源極和汲極端點之一端點間的 1235456
連接點;以及 將一高於該MOS型電晶體一汲極電流開始飽和時的一 汲極電壓的電壓施加至該熔絲元件另一端與源極和汲極 端點之另一端點之間;施加一預設的程式化電壓至該閘 極端點,並且藉由將位於該熔絲元件與該MOS型電晶體 之間的連接點的電壓設定成低於該MOS型電晶體在一飽 和區中其一汲極電流飽和時的一汲極電壓的一電壓,以 便燒斷該熔絲元件。 _ 13. —種製造一半導體裝置的方法,其包括下面的步騾: 在一基板上串聯一熔絲元件及一 MOS型電晶體,其中 該熔絲元件藉由通過電流便能夠以電氣方式將其燒斷, 在該熔絲元件其中一端施加一第一電壓;該MOS型電晶 體具有源極、閘極和汲極端點,以及一位於該熔絲元件 其中一端與源極和汲極端點之一端點間的連接點,將一 低於該第一電壓:的第二電壓施加至源極和沒極端點之另 一端點;及 _ 將一高於該MOS型電晶體一汲極電流開始飽和時的一 沒極電壓的電壓施加至該溶絲元件另一端與源極和汲極 端點之另一端點之間;施加一預設的程式化電壓至該閘 極端點,並且藉由將該MOS型電晶體的連接點的電壓設 定在一電壓範圍之中用以燒斷該熔絲元件,其中該熔絲 元件的一消耗功率不會小於該熔絲元件經由該MOS型電 晶體之電流-電壓·特徵曲線計鼻得到的取大消耗功率的 90%。 1235456
14. 一種製造一半導體裝置的方法,其包括下面的步騾:
在一基板上串聯一熔絲元件及一 MOS型電晶體,其中 該熔絲元件藉由通過電流便能夠以電氣方式將其燒斷, 在該熔絲元件其中一端施加一第一電壓;該MOS型電晶 體具有源極、閘極和汲極端點,以及一位於該熔絲元件 其中一端與源極和汲極端點之一端點間的連接點,以及 將一低於該第一電壓的第二電壓施加至源極和汲極端點 之另一端點;及 將一高於該MOS型電晶體一汲極電流開始飽和時的一 汲極電壓的電壓施加至該熔絲元件另一端與源極和汲極 端點之另一端點之間;施加一預設的程式化電壓至該閘 極端點,並且藉由將位於該熔絲元件與該MOS型電晶體 之間的連接點的電壓設定在一電壓範圍之中用以燒斷該 熔絲元件,其中該MOS型電晶體之飽和電流會有80%至 9 8 %流過。
15. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中該熔絲元件的 該電阻值係該熔絲元件即將燒斷之前的一數值。 16. 如申請專利範圍第6項之半導體裝置,其中該熔絲元件的 該電阻值係該熔絲元件即將燒斷之前的一數值。 17. 如申請專利範圍第9項之半導體裝置,其中該熔絲元件的 該電阻值係該熔絲元件即將燒斷之前的一數值。 18. 如申請專利範圍第12項之製造一半導體裝置的方法,其 中該熔絲元件的該電阻值係該熔絲元件即將燒斷之前的 一數值。 I 1235456
19. 如申請專利範圍第1 3項之製造一半導體裝置的方法,其 中該熔絲元件的該電阻值係該熔絲元件即將燒斷之前的 數值。 20. 如申請專利範圍第1 4項之製造一半導體裝置的方法,其 中該熔絲元件的該電阻值係該熔絲元件即將燒斷之前的 一數值。
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