[发明专利]使用耦合沟道的反熔丝存储器及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体元件，且特别是涉及使用耦合沟道的反熔丝存储器及其操作方法。 

背景技术

非挥发性存储器元件由于具有使存入的数据在断电后也不会消失的优点，所以已成为个人电脑和电子设备所广泛采用的一种存储器元件。 

一般而言，非挥发性存储器可以细分为可抹除可编程的只读存储器(Erasable Programmable ROM，EPROM)、电子式可抹除可编程的只读存储器(Electrically Erasable Programmable ROM，EEPROM)、掩模式只读存储器(Mask ROM)、单次可编程的只读存储器(One Time Programmable ROM，OTPROM)等。 

对于可抹除可编程的只读存储器与电子式可抹除可编程的只读存储器而言，由于可抹除可编程的只读存储器与电子式可抹除可编程的只读存储器具有写入与抹除的功能，而为实际应用的较佳选择。但是，相对的可抹除可编程的只读存储器与电子式可抹除可编程的只读存储器的制作工艺较为复杂且会使成本提高。 

对于掩模式只读存储器而言，虽然掩模式只读存储器的制作工艺简单、成本较低，但是需以光掩模定义欲写入的数据，因此在使用上限制较多。 

对于单次可编程的只读存储器而言，由于可在存储器离开工厂后才写入数据，亦即可依照存储器配置的环境由使用者写入数据，因此单次可编程的只读存储器在使用上较掩模式只读存储器更为方便。近年来在半导体集成电路装置中，单次可编程的只读存储器成为不可欠缺的元件。 

反熔丝存储器元件是一种个人电脑和电子设备所广泛采用的一种单次可编程的只读存储器。通过施加电压使电流流过反熔丝层接面造成反熔丝层击穿(高温烧断)而形成导电路径。 

然而，随着集成电路产业的发展，业界莫不以制作出速度更快、尺寸更小的产品为目标，因此存储器元件的积集度(Integration)势必会持续不断地增加。但是，线宽缩小的结果，往往会导致存储单元之间产生漏电流，影响存储器的操作。 

图1所绘示为现有反熔丝存储单元的剖视图。 

如图1所示，经由施加于栅极10的电压与施加于掺杂区16(位线)的电压的电压差使氧化硅层18击穿，由此程式化存储单元。然而，在程式化操作时，难以控制氧化硅层18的击穿位置。击穿位置a是理想的击穿位置；击穿位置b会使存储单元的栅极10于击穿后与口袋掺杂区20(Pocket Implant)产生连接，因口袋掺杂区20位于源/漏极掺杂区(S/D implant region)较下方地方，且导电性与淡掺杂漏极22(Lightly doped drain,LDD)为不同型态，在读取时将导致阻值过高而使之低电流读取或是更甚者，较高的导通电压(Threshold voltage)并导致没有电流产生与流过；击穿位置c会使存储单元的栅极10经由淡掺杂漏极22而与掺杂区16(位线)直接产生短路，其整个读取路径阻值过低而使此位读取电流过大。这些问题，都会造成存储器产生存储单元读取时电流均匀度变异过大的情形，而降低了存储器的可控制性、良率与可靠度。由此可知，如何形成一种具有高积集度且可靠度高的存储器，已经成为亟待解决的问题。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种耦合沟道的反熔丝存储器及其操作方法，利用耦合栅极结构隔开反熔丝结构与掺杂区(位线)。在对反熔丝存储单元进行程式化或读取操作时，于耦合栅极与反熔丝栅极施加电压，通过边缘电场效应于反熔丝栅极与耦合栅极之间的基底中形成感应电荷，并形成所谓的「反转沟道」(inversion channel)，使反熔丝存储单元的整个沟道区开启；并因为此存储单元特殊的设计，在反熔丝存储层可能击穿的点下方无口袋掺杂区、淡掺杂漏极及源/漏极掺杂区，而可以控制反熔丝层产生击穿(break down)的位置，而避免传统式反熔丝存储器易产生的无读取电流或是过大的读取电流问题。 

为解决上述问题，本发明提供一种使用耦合沟道的反熔丝存储器，包括基底、第二导电型的第一掺杂区、耦合栅极、栅极介电层、反熔丝栅极及反 熔丝层。第一掺杂区设置于基底中。反熔丝栅极设置于基底上。反熔丝层设置于反熔丝栅极与基底之间。耦合栅极设置于第一掺杂区与反熔丝栅极之间的基底上，耦合栅极与反熔丝栅极间隔一间隙。栅极介电层设置于耦合栅极与基底之间。于耦合栅极及反熔丝栅极施加电压以产生边缘电场效应(Fringing Electrical Field)，通过边缘电场效应于反熔丝栅极与耦合栅极之间的基底中形成感应电荷，并形成一反转沟道(Inversion Channel)。