[發明專利]半導體裝置及其操作方法

無效

• 申請號: 201210032529.2
• 申請日: 2012-02-14
• 公開（公告）號: CN102646451A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 兼松成;柳澤佑輝;巖崎松夫
• 申請（專利權）人: 索尼公司
• 主分類號: G11C17/16
• 分類號: G11C17/16;G11C17/18;H01L27/115
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司 11290
• 代理人: 褚海英;武玉琴

相關申請的交叉引用

本申請包含與2011年2月21日向日本專利局提交的日本專利申請JP2011-34797中公開的相關主題并要求其優先權，將其全部內容通過引用并入此處。

技術領域

本發明涉及一種具有適于用作一次可編程(One-time?Programmable，OTP)元件的存儲元件的半導體裝置以及這種半導體裝置的操作方法。

背景技術

OTP元件是即便在切斷裝置電源時仍可保存信息的非易失性存儲元件，并且已有人提議了一些結構，諸如熔絲型、反熔絲型等。

在熔絲型OTP元件中，例如，通過對由多晶硅等制成的電阻元件供給大電流而使電阻熔斷，使兩個電極間的狀態由短接(短路)狀態變為斷開(開路)狀態，從而進行信息寫入操作。另一方面，在反熔絲型OTP元件中，例如，通過將等于或大于介質電壓的電壓施加于金屬氧化物半導體(MOS)型電容元件，導致介電膜發生介質擊穿，于是兩個電極間的狀態由開路狀態變為短路狀態。換言之，在該反熔絲型OTP元件中，通過使兩個電極間的狀態由開路狀態變為短路狀態，從而進行信息寫入操作。

而且，例如，日本未經審查的專利申請(PCT申請的公開日文譯文)JP2006-510203號公報提出了利用與上述技術不同的技術的反熔絲型OTP元件。

發明內容

上述日本未經審查的專利申請JP?2006-510203號公報中的OTP元件利用了MOS晶體管中的驟回崩潰現象(snapback?phenomenon)。所述驟回崩潰現象為這樣的現象，其中，當通過將預定電壓(柵極電壓)施加給柵極而使晶體管處于導通狀態并然后使柵極電壓下降時，強制產生了強夾斷，并且以低于一般MOS晶體管的耐壓的電壓而使大電流流過源極和漏極之間。在日本未經審查的專利申請JP?2006-510203號公報中的OTP元件中，在發生該驟回崩潰現象時流過的大電流會破壞PN結，結果，在源極和漏極之間發生短路。換言之，以類似于上述普通的反熔絲型OTP元件的方式，通過使兩個電極間的狀態由開路狀態變為短路狀態，在該OTP元件的兩個電極之間進行信息寫入操作。

順便提及，在上述典型的熔絲型OTP元件中，在寫入操作時為了熔斷電阻，要求提供大電流。因此，需要有允許大電流流過的電流容量高的晶體管以及足夠寬以通過大電流的布線，從而使包括用于寫入操作的外圍部分在內的整個電路的面積增大。此外，需要使OTP元件自身相比于普通晶體管的元件尺寸大，這樣，當存儲裝置中的位數增加時，還導致關于面積方面的缺點。

另一方面，在上述典型的反熔絲型OTP元件中，需要施加高電壓以使介電膜發生介質擊穿。高電壓處于超過了使用介電膜作為柵極絕緣膜的普通MOS晶體管的耐壓的等級，于是，期望提供一種耐壓更高的晶體管以便對OTP元件進行寫入操作。因此，仍然會導致存儲裝置的面積增大，或者導致制造工藝的增加。

相比之下，在上述日本未經審查的專利申請JP?2006-510203號公報中的OTP元件中，因為PN結被發生驟回崩潰現象時流過的大電流破壞，故大電流還流過晶體管(選擇晶體管)以選擇待驅動(作為寫入操作對象)的OTP元件。這里，在這種技術中，如前所述，通過降低OTP元件的柵極電壓而使其中電流流過OTP元件和選擇晶體管的狀態(導通狀態)變為驟回崩潰模式，從而使大電流流過。因此，存在這樣的擔憂，即，當最初導通狀態時的選擇晶體管的電阻值大時，OTP元件的兩端間的電壓由于電壓降而降低。因此，在選擇晶體管中，期望例如通過將溝道區設定為大寬度(柵極寬度)而降低電阻值。這會導致選擇晶體管的元件尺寸增大。

此外，該選擇晶體管還用于在寫入操作以后的讀出操作時選擇作為讀出對象的OTP元件，于是，不允許在寫入操作時破壞選擇晶體管。因此，期望選擇晶體管具有足夠高的電流容量，以便在導通狀態下允許在寫入操作時流過足夠大的電流通過，并且考慮到這一點，也期望使選擇晶體管的元件尺寸大于OTP元件。

因此，在日本未經審查的專利申請JP?2006-510203號公報中的OTP元件中，雖然可使OTP元件的元件尺寸與普通的MOS晶體管基本上相同，但用來與OTP元件配對的選擇晶體管的元件尺寸大于OTP元件。結果，每個位的存儲單元(所謂的“1T1R”型存儲單元)整體上導致了元件面積的增加。

這樣，在具有典型的存儲元件(OTP元件)的半導體裝置中，難以減小面積，并且期望提供一種技術以改善這種狀況。

因此，期望提供一種可減小面積的半導體裝置及其操作方法。