[发明专利]一次性编程器件和半导体器件

说明书

技术领域

实施例涉及非易失性存储器领域，尤其涉及一次性编程器件和一种包括一次性编程器件阵列的半导体器件。

背景技术

在许多电子应用中，永久、安全和高度可靠地存储数字信息是必要的。这一要求是来自用户或客户的具体需要，例如其中程序代码由固件提供并且被存储在NVM（非易失性存储器）中。进一步地，时常需要数据（例如晶片识别、客户版本、针对模拟值调整的浏览数据（例如参考电压、参考电流、开关阈值，开关温度）），其可以在制造之后被一次性编程。可期望的是，该数据可能是在器件或应用电路的测试过程期间被写入，而且不能再被擦除或重写。某些晶片上集成的非易失性存储器是基于一次性编程的方法。

用于在晶片上一次性编程非易失性数据的这种方法可以例如基于PROM（可编程只读存储器）、EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）、闪存或一次性编程器件（OTP）。不同的方法基于若干物理机制。例如，有些是基于熔化。在这种情况下，较低电阻性器件结构通过过电流脉冲而成为断路或高电阻性（例如多晶硅熔丝（断路）金属熔丝（断路））。另一机制是基于激光熔化，其通过激光切割断开低电阻性连接。另外，抗熔化是这些机制中的一个。在此，高电阻性器件结构是通过过电压或过电流而短路或变为低电阻性（例如，氧化物分解（短路），二极管击穿（短路））。另外，一次性编程器件可以基于EEPROM或闪存。在这种情况下，MOS晶体管（金属氧化物半导体晶体管）的导电性由沉积浮动栅极电荷限定。

发明内容

根据一个实施例的一次性编程器件包括场效应半导体晶体管。场效应半导体晶体管的栅极或沟道区包括占用面积的形状，从而使得在场效应半导体晶体管的导通状态下，在场效应半导体晶体管的沟道区、本体区或漏极区的区域内达到临界电场，因为占用面积的形状导致场效应半导体晶体管的沟道区或本体区和漏极区之间的p-n结的损坏，或导致预定编程时间之后场效应半导体晶体管的栅极绝缘的损坏。

实施例可以基于这样的发现，即场效应半导体晶体管的栅极和/或沟道区的占用面积的形状可以被构造为使得在沟道区、本体区或漏极区内可以达到临界电场。因此，场效应半导体晶体管可以通过使用一般可用的电压而不需要生成更高的电压（例如，通过电荷泵）来损坏栅极绝缘或沟道区或本体区和漏极区之间的p-n结而被编程。另外，可以避免制造一次性编程器件的附加步骤，因为栅极的占用面积的形状可以由也用于为晶片上其它结构的栅极成形的掩膜来限定，并且沟道区占用面积的形状可以由栅极的形状和用于制造晶片上不同结构之间的浅沟槽隔离（STI）或场氧化层（FOX）的掩膜的形状来限定。因此，一次性编程器件可以用低位置需求和几乎没有或没有附加的制造难度。

在一些实施例中，栅极占用面积的形状包括面向漏极的栅极的边缘处的凹口，导致场效应半导体晶体管的沟道长度随着场效应半导体晶体管的沟道宽度而变化，使得在接近构成最小沟道长度的凹口区域的沟道区、本体区或漏极区的区域内达到临界电场。独立于凹口的精确形状，沟道长度随着沟道宽度变化，从而使得电荷载流子倾向于采用从源极到漏极的最短路径，导致最接近源极区的凹口区域中的增大的电场。以这种方式，由于栅极占用面积的形状，所以可以达到临界电场，并且可以不太费力地制造一次性编程器件。

还有一些实施例涉及一种一次性编程器件，所述一次性编程器件具有的场效应半导体晶体管的沟道区的占用面积的形状包括变化的宽度，导致变化的沟道宽度。在该连接中，面向源极区的栅极的边缘处的沟道区的宽度可以实施为大于达到临界电场的沟道区、本体区或漏极区的区域的宽度。通过使沟道宽度变窄，更少的空间用于电荷载流子从源极移动到漏极，从而在移动到沟道区的更窄部分期间，电场得以增强。以这种方式，也可以不太费力地制造一次性编程器件。

一些实施例涉及一种一次性编程器件，所述一次性编程器件具有的场效应半导体晶体管包括本体连接，其构造为使得在场效应半导体晶体管的导通状态下，在栅极绝缘或沟道区或本体区和漏极区之间的p-n结被损坏之前，在源极区、漏极区和本体触点之间建立的寄生双极晶体管向总漏极电流贡献至少10%。

由于附加的双极晶体管电流，损坏栅极绝缘或p-n结所需的时间可以显著降低，导致低的必要编程时间（例如，通过省略轻掺杂漏极注入或晕环注入来增加本体接触电阻）。