本申請(qǐng)要求以Xia Li等人的名義于2014年4月1日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No.61/973,712的權(quán)益，該臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)援引整體明確納入于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)一般涉及電阻性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)設(shè)計(jì)和制造。更具體而言，本公開(kāi)涉及反熔絲一次性可編程(OTP)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。

背景

非易失性存儲(chǔ)器(NVM)可包括作為基本開(kāi)關(guān)元件來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器單元。一次性可編程(OTP)非易失性存儲(chǔ)器是一種形式的數(shù)字存儲(chǔ)器，且每一位的設(shè)定值由熔絲或反熔絲來(lái)鎖定。在OTP存儲(chǔ)器中，每一位單元的設(shè)定值不能被重置。作為對(duì)比，在多次可編程(MTP)存儲(chǔ)器中，可支持?jǐn)?shù)個(gè)寫(xiě)循環(huán)，這與其中數(shù)據(jù)被永久存儲(chǔ)且不能改變的OTP形成對(duì)照。

MTP器件可以采用諸如晶體管等開(kāi)關(guān)元件來(lái)在不同狀態(tài)之間切換。遺憾的是，這樣的狀態(tài)之間的頻繁切換可導(dǎo)致過(guò)量的電流變動(dòng)、以及MTP器件的軟擊穿和崩潰。延長(zhǎng)的切換活動(dòng)也可最終導(dǎo)致對(duì)MTP器件中的材料的永久損傷。出于這一原因，MTP器件還具有有限的數(shù)據(jù)保持跨度以及耐久度。MTP器件的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)能力也可能是暫時(shí)的。

概述

一種反熔絲器件，包括：第一電極；第一電極上的絕緣體；絕緣體上的第二電極；以及耦合到第二電極的選擇器邏輯。該器件還包括第一和第二電極之間的導(dǎo)電路徑。該導(dǎo)電路徑可被配置成提供硬擊穿以用于一次性可編程非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

一種編程和讀取一次性可編程(OTP)器件的方法，包括：在電阻性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)陣列的(諸)第一單元內(nèi)驅(qū)動(dòng)電流。對(duì)(諸)第一單元驅(qū)動(dòng)電流可以引起(諸)第一單元的硬擊穿以提供(諸)第一單元內(nèi)的數(shù)據(jù)的一次性編程。該方法還包括從(諸)第一單元讀取該數(shù)據(jù)。

一種反熔絲器件，包括：第一電極；第一電極上的絕緣體；絕緣體上的第二電極；以及耦合到第二電極的選擇器邏輯。該器件還包括用于在第一和第二電極之間導(dǎo)電的裝置。該導(dǎo)電裝置引起硬擊穿以用于一次性可編程非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

這已較寬泛地勾勒出本公開(kāi)的特征和技術(shù)優(yōu)勢(shì)以便下面的詳細(xì)描述可以被更好地理解。本公開(kāi)的附加特征和優(yōu)點(diǎn)將在下文描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該領(lǐng)會(huì)，本公開(kāi)可容易地被用作修改或設(shè)計(jì)用于實(shí)施與本公開(kāi)相同的目的的其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)認(rèn)識(shí)到，這樣的等效構(gòu)造并不脫離所附權(quán)利要求中所闡述的本公開(kāi)的教導(dǎo)。被認(rèn)為是本公開(kāi)的特性的新穎特征在其組織和操作方法兩方面連同進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)在結(jié)合附圖來(lái)考慮以下描述時(shí)將被更好地理解。然而，要清楚理解的是，提供每一幅附圖均僅用于解說(shuō)和描述目的，且無(wú)意作為對(duì)本公開(kāi)的限定的定義。

附圖簡(jiǎn)述

為了更全面地理解本公開(kāi)，現(xiàn)在結(jié)合附圖參閱以下描述。

圖1示出常規(guī)電阻性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)多次可編程(MTP)器件的示意視圖。

圖2示出根據(jù)本公開(kāi)的一方面的RRAM反熔絲一次性可編程(OTP)器件的示意視圖。

圖3A示出根據(jù)本公開(kāi)的一方面的RRAM器件的憶阻器效應(yīng)。

圖3B示出解說(shuō)根據(jù)本公開(kāi)的一方面的RRAM器件的憶阻器效應(yīng)的圖表。

圖4是解說(shuō)根據(jù)本公開(kāi)的一方面的用于使用RRAM反熔絲OTP器件的過(guò)程的過(guò)程流程圖。

圖5是示出其中可有利地采用本公開(kāi)的配置的示例性無(wú)線通信系統(tǒng)的框圖。

圖6是解說(shuō)根據(jù)一種配置的用于半導(dǎo)體組件的電路、布局、以及邏輯設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)工作站的框圖。

詳細(xì)描述

以下結(jié)合附圖闡述的詳細(xì)描述旨在作為各種配置的描述，而無(wú)意表示可實(shí)踐本文中所描述的概念的僅有的配置。本詳細(xì)描述包括具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)各種概念的透徹理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)的是，沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)也可實(shí)踐這些概念。在一些實(shí)例中，以框圖形式示出眾所周知的結(jié)構(gòu)和組件以避免湮沒(méi)此類(lèi)概念。如本文所述的，術(shù)語(yǔ)“和/或“的使用旨在代表“可兼性或”，而術(shù)語(yǔ)“或”的使用旨在代表“排他性或”。

非易失性存儲(chǔ)器(NVM)可包括作為基本交換元件來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器單元。一次性可編程(OTP)非易失性存儲(chǔ)器是一種形式的數(shù)字存儲(chǔ)器，其中每一位的設(shè)定值由熔絲或反熔絲來(lái)鎖定。在OTP存儲(chǔ)器中，每一位單元的設(shè)定值不能被重置。作為對(duì)比，在多次可編程(MTP)存儲(chǔ)器中，可支持?jǐn)?shù)個(gè)寫(xiě)循環(huán)，這與其中數(shù)據(jù)被永久存儲(chǔ)且不能改變的OTP形成對(duì)照。

MTP器件通常采用開(kāi)關(guān)元件(諸如晶體管)來(lái)在不同狀態(tài)之間切換。遺憾的是，這樣的狀態(tài)之間的頻繁切換可導(dǎo)致過(guò)量的電流變動(dòng)、以及MTP器件的軟擊穿和崩潰。延長(zhǎng)的切換活動(dòng)也可最終導(dǎo)致對(duì)MTP器件中的材料的永久損傷。為此，MTP器件還具有有限的數(shù)據(jù)保持跨度以及耐久度。MTP器件的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)能力也可能是暫時(shí)的。

在本公開(kāi)的一個(gè)方面，電阻性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)提供展現(xiàn)出對(duì)OTP器件的性能改進(jìn)的反熔絲OTP器件。該反熔絲OTP器件可包括第一電極、第一電極上的絕緣體、以及絕緣體上的第二電極。該反熔絲OTP還包括耦合到第二電極的選擇器邏輯。在這一布置中，反熔絲OTP器件包括第一和第二電極之間的導(dǎo)電路徑，該導(dǎo)電路徑被配置成提供用于一次性可編程非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的硬擊穿。

圖1示出電阻性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)多次可編程(MTP)器件100的示意性視圖。MTP器件100包括電壓源102、開(kāi)關(guān)元件104以及電阻性元件106。開(kāi)關(guān)元件104可以是晶體管，且還包括柵極116、第一端子114和第二端子118。電阻性元件106充當(dāng)電阻器且還包括第一電極108、絕緣體層110以及第二電極112。電阻性元件106也可以是金屬絕緣體金屬(MIM)結(jié)構(gòu)，如在圖1中所示。

開(kāi)關(guān)元件104可以提供存儲(chǔ)器功能，諸如數(shù)據(jù)寫(xiě)入。為了寫(xiě)入數(shù)據(jù)，開(kāi)關(guān)元件104可以控制電壓從電壓源102向電阻性元件106中的饋送。電壓的饋送可以使電阻性元件106在各狀態(tài)(諸如電阻高狀態(tài)(RHS)和電阻低狀態(tài)(RLS))之間切換。遺憾的是，高和低狀態(tài)之間的這種不斷的切換可能使得電阻性元件106體驗(yàn)到軟擊穿和/或崩潰。用多個(gè)寫(xiě)循環(huán)對(duì)MTP器件100的重復(fù)編程和重置也可造成MTP器件100的電阻性元件106的軟擊穿或崩潰。如本文描述的，“軟擊穿”可以指在較低電壓或較低電流電平下RRAM材料的降級(jí)或RRAM功能性的停止，這可能更頻繁地發(fā)生，因?yàn)檩^低電壓或電流通常被用在RRAM器件中?！败洆舸毙?yīng)也可由低電壓或電流來(lái)反轉(zhuǎn)。軟擊穿可以創(chuàng)建第一電極108與第二電極112之間的穿過(guò)絕緣體層110以用于將電流傳導(dǎo)通過(guò)電阻性元件106的導(dǎo)體絲。

MTP器件100可包括1R1T(1電阻器，1晶體管)單元區(qū)域。MTP器件的密度也是高的，并且器件的數(shù)據(jù)保持性可能是受限和有窮的(例如，10年)。MTP器件100也可被用在暫時(shí)或非易失性存儲(chǔ)器解決方案中，諸如嵌入式存儲(chǔ)器或閃存存儲(chǔ)器。

MTP器件100可經(jīng)歷“設(shè)置”過(guò)程，該過(guò)程通過(guò)從“零”電流和高電阻到中間值(例如，臨時(shí)“設(shè)定”電壓或稱(chēng)Vtset，約10μA，0.625V)，并隨后到達(dá)高電流、低電阻值(在“設(shè)定”電壓或稱(chēng)Vset，約25μA，1.5V)來(lái)進(jìn)行。MTP器件100還可經(jīng)歷“重置”過(guò)程，該過(guò)程通過(guò)從零電流變成高電流、低電阻值(例如，臨時(shí)“重置”電壓Vtres，約20μA，0.5V)，隨后到達(dá)低電流、高電阻值(例如，“重置”電壓或稱(chēng)Vres，約18μA，1.5V)，并隨后回到零電流。低電阻和高電阻可在約25μA的固定電流處具有大變動(dòng)。

MTP器件100類(lèi)似于通過(guò)暴露于過(guò)量電流電平或電壓切換而體驗(yàn)到導(dǎo)絲軟擊穿和/或崩潰的非易失性存儲(chǔ)器。例如，MTP器件可在從高到低切換或反向切換有窮次數(shù)后體驗(yàn)到某種類(lèi)型的擊穿。此外，RRAM器件可被高溫所開(kāi)關(guān)，這導(dǎo)致有限的數(shù)據(jù)保持性。同樣，MTP器件100的所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可能被無(wú)意地改變，這可導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

圖2示出根據(jù)本公開(kāi)的一方面的RRAM反熔絲一次性可編程(OTP)器件200的示意圖。反熔絲連接或短路(例如，反熔絲短路120)可被配置有高電阻且被設(shè)計(jì)成在跨反熔絲的電壓超過(guò)某一電平時(shí)永久創(chuàng)建跨該反熔絲器件的導(dǎo)電路徑。這一永久導(dǎo)電路徑可被稱(chēng)為反熔絲的硬擊穿。按常規(guī)，RRAM存儲(chǔ)器單元的硬擊穿是不合乎需要的且被當(dāng)作器件故障。即，RRAM存儲(chǔ)器單元的硬擊穿一般被避免并且使得該器件被分類(lèi)成在操作期間被忽略且不被使用的故障器件。

在本公開(kāi)的一個(gè)方面，RRAM反熔絲OTP器件200經(jīng)歷硬擊穿以使得數(shù)據(jù)能夠持久存儲(chǔ)來(lái)提供對(duì)MTP器件100的性能改進(jìn)。硬擊穿由于高電流或電壓值引起的對(duì)電介質(zhì)的永久損傷而發(fā)生。即，硬擊穿形成不能被移除或修復(fù)的導(dǎo)電路徑。RRAM反熔絲OTP器件200可具有與圖1的MTP器件100類(lèi)似的元件。在這一配置中，RRAM反熔絲OTP器件200展現(xiàn)出將第一電極108耦合到第二電極112的反熔絲短路120。反熔絲短路120形成第一電極108與第二電極112之間的穿過(guò)絕緣體層110的持久短路，以使得數(shù)據(jù)能夠持久OTP存儲(chǔ)。

電阻性元件106的反熔絲短路120通過(guò)避免軟擊穿或崩潰而被限于硬擊穿。在一方面，硬擊穿指的是只在較高電壓或較高電流電平情況下RRAM材料的降級(jí)或RRAM功能性的停止，這較少發(fā)生，因?yàn)檩^高電壓或電流很少被用在RRAM器件中。同樣，因?yàn)槠銸TP功能性，RRAM反熔絲OTP器件200只寫(xiě)并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)一次，這與必須切換多次(如在MTP器件100的情形中)形成對(duì)比。一旦被編程，OTP數(shù)據(jù)就可從RRAM反熔絲OTP器件200被讀出。

RRAM反熔絲OTP器件200的密度可小于MTP器件100的高密度，如在圖1中所示。RRAM反熔絲OTP器件200的陣列大小也可小于常規(guī)OTP器件。RRAM OTP器件也可與RRAM MTP器件共存，且類(lèi)似工藝可制造這兩種器件。通過(guò)制造OTP和MTP變型這兩者，RRAM OTP和RRAM MTP被形成在同一陣列中，其中它們的外圍電路是不同的。因此，RRAM反熔絲OTP器件200可以用降低的制造成本來(lái)制造，具有更高效的設(shè)計(jì)。

RRAM反熔絲OTP器件200的數(shù)據(jù)保持性一般是永久的，這與常規(guī)MTP器件的有限數(shù)據(jù)保持性(例如，10年)形成對(duì)比。與MTP器件的耐久度相比，RRAM反熔絲OTP器件200的耐久度也高得多。RRAM OTP器件的耐久度可由產(chǎn)品壽命來(lái)定義。RRAM反熔絲OTP器件也可被更頻繁地用于更持久的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解決方案，它們也可以是非易失性存儲(chǔ)器。

RRAM反熔絲OTP器件200永久地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在編程之后不能被改變。這一持久存儲(chǔ)藉由硬擊穿以及避免過(guò)量電流/電壓切換造成的軟擊穿或崩潰切換來(lái)提供。此外，RRAM反熔絲OTP器件200不能被重新編程，或使其數(shù)據(jù)以任何方法被擾亂或反轉(zhuǎn)。作為結(jié)果，RRAM反熔絲OTP器件200可永久地存儲(chǔ)ID數(shù)據(jù)、模擬/射頻(RF)電路修剪數(shù)據(jù)、安全數(shù)據(jù)和目的數(shù)據(jù)、諸如指紋等標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)，等等。

硬擊穿也是RRAM反熔絲OTP器件200的有益屬性之一，因?yàn)橛矒舸┎粫?huì)偶然發(fā)生。RRAM反熔絲OTP器件200也可在編程之后永久地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并且防止數(shù)據(jù)的反轉(zhuǎn)、重新編程、或經(jīng)重新修改的編程，尤其是在低電阻狀態(tài)中，在低電阻狀態(tài)中擊穿更有可能發(fā)生。RRAM反熔絲OTP器件200也可被用在RRAM陣列內(nèi)部(只有某些單元被指派給RRAM OTP器件)，或者可只被用作邏輯、模擬或RF電路的反熔絲組件。

RRAM反熔絲OTP器件200也可被實(shí)現(xiàn)在差分式或每位多單元式結(jié)構(gòu)中，這可改進(jìn)讀感測(cè)放大器性能。同樣，使用多個(gè)脈沖、步進(jìn)電壓信號(hào)或電流掃掠可以改進(jìn)RRAM OTP器件的可靠性和性能。RRAM OTP器件也可兼容RRAM MTP過(guò)程/器件，并且沒(méi)有與將RRAM OTP器件與RRAM MTP器件一起使用或使用RRAM OTP器件來(lái)代替RRAM MTP器件相關(guān)聯(lián)的附加工藝成本。此外，RRAM OTP器件可以與RRAM MTP器件集成在一起，而沒(méi)有附加工藝成本或其他問(wèn)題。例如，RRAM陣列的一些部分可被實(shí)現(xiàn)為RRAM OTP器件且一些其他部分可被實(shí)現(xiàn)為RRAM MTP器件。

第一電極108和第二電極112可以是諸如氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、銅(Cu)、鋁(Al)和/或鉑(Pt)等導(dǎo)電材料。絕緣體層110可包括介電材料，包含氧化鉿(HfO₂)、氧化鈦(TiOx)、氧化鉈(TlO₂)、氧化鎢(W₂O₃)和/或氧化鋁(Al₂O₃)。

圖3A示出根據(jù)本公開(kāi)的一方面的RRAM器件的憶阻器效應(yīng)。圖表300示出第一狀態(tài)302、第二狀態(tài)304、第三狀態(tài)306以及第四狀態(tài)308。第一狀態(tài)302是低電阻狀態(tài)(LRS)，第四狀態(tài)308是在高電阻狀態(tài)(HRS)，而第二狀態(tài)304和第三狀態(tài)306是按電阻的升序來(lái)布置的。這些狀態(tài)中的每一者示出導(dǎo)體絲和這樣的導(dǎo)體絲內(nèi)的分子。如本文所使用的，變量“Nc”表示特定狀態(tài)中組成該導(dǎo)體絲的分子數(shù)。該導(dǎo)體絲可以是電阻性元件106的絕緣體層110中的形成該電阻性元件106的絕大部分電阻的結(jié)構(gòu)，如在圖2中所示。該導(dǎo)體絲(例如，氧化空位絲)也可以在介電材料諸如氧化鉿(HfO₂)、氧化鈦(TiOx)、氧化鉈(TlO₂)、氧化鎢(W₂O₃)、氧化鋁(Al₂O₃)等等中制成。導(dǎo)電路徑(例如，反熔絲短路120)也可以是介電薄膜內(nèi)的導(dǎo)電材料絲。導(dǎo)電路徑或反熔絲短路120也可以由導(dǎo)電材料諸如氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、銅(Cu)、鋁(Al)、銀(Ag)和/或鉑(Pt)等制成。導(dǎo)電路徑可類(lèi)似于導(dǎo)電橋接隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(CBRAM)的實(shí)現(xiàn)，這是一種類(lèi)型的導(dǎo)電RAM或電阻性RAM。

第一狀態(tài)302示出完好的憶阻器的歐姆絲310。Nc或即組成該歐姆絲310的分子數(shù)是約20-100。該歐姆絲中的電阻也在其最低狀態(tài)。如果高電流或電壓量被饋送通過(guò)歐姆絲310，這產(chǎn)生諸如圖2中所示的反熔絲短路120等永久短路，則在第一狀態(tài)302中可發(fā)生對(duì)歐姆絲的損傷。

第二狀態(tài)304也被稱(chēng)為憶阻器的淺重置階段，其示出了具有約8-15的Nc的收縮區(qū)域312。收縮區(qū)域312經(jīng)歷在收縮效應(yīng)中減少其分子數(shù)的定量灌注變化(QPC)。第二狀態(tài)304中的電阻稍高于第一狀態(tài)302中的電阻。

第三狀態(tài)306也被稱(chēng)為憶阻器的中度重置階段，其示出了具有約1-5的Nc的進(jìn)一步收縮區(qū)域314。進(jìn)一步收縮區(qū)域314也經(jīng)歷在收縮效果中額外地減少分子數(shù)的QPC，這比第二狀態(tài)304中的收縮更加強(qiáng)烈。第三狀態(tài)306中的電阻稍高于第二狀態(tài)304中的電阻。

第四狀態(tài)308也被稱(chēng)為憶阻器的深重置階段，其示出了具有Nc＝0或即沒(méi)有分子的場(chǎng)重分布區(qū)域316。換言之，場(chǎng)重分布區(qū)域316是間隙。第四狀態(tài)308中的電阻處于其所有四個(gè)狀態(tài)中的最高值，且基本上通過(guò)不導(dǎo)電來(lái)阻止在導(dǎo)體絲中形成連接。

氧空位缺陷可導(dǎo)致導(dǎo)體絲的形成。如果導(dǎo)體絲的分子中的氧鍵斷開(kāi)，則氧被釋放，從而引起氧空位。氧空位形成有缺陷的能級(jí)和介電帶隙中的帶。有缺陷的能級(jí)和帶可充當(dāng)介電帶隙中的電子或空穴導(dǎo)電路徑。在發(fā)生多個(gè)氧空位時(shí)，它們使分子四處移位以形成導(dǎo)體絲。導(dǎo)體絲也可沿其導(dǎo)電路徑來(lái)傳遞電子。因此，導(dǎo)體絲形成導(dǎo)電通路(例如，氧空位導(dǎo)電通路)。電子也可穿過(guò)氧空位或?qū)w絲的分子。在一個(gè)方面，電壓可被施加到氧空位以通過(guò)移動(dòng)氧離子以與氧空位重新組合來(lái)移除氧空位，藉此在導(dǎo)體絲內(nèi)提供非導(dǎo)電路徑。

對(duì)于硬擊穿，高電流或電壓通過(guò)高熱造成對(duì)介電鍵的永久損傷，這導(dǎo)致形成低電阻導(dǎo)電路徑。這是與氧空位導(dǎo)絲形成過(guò)程不同的過(guò)程。另外，所穿過(guò)的高電流生成熱，這熔化材料并造成永久損傷以形成RRAM器件中的導(dǎo)電路徑。硬擊穿也導(dǎo)致受損的氧化物結(jié)構(gòu)以及導(dǎo)電通路或永久短路。這一損傷可類(lèi)似于圖2中所示的反熔絲短路120。在查看圖2的電阻性元件106的橫截面時(shí)，例如，可以在RRAM材料(或絕緣體層110)中看到形成導(dǎo)電通路或永久短路的損傷線。硬擊穿導(dǎo)電通路的電阻可甚至低于第一狀態(tài)302的低電阻狀態(tài)(LRS)。

圖3B示出根據(jù)本公開(kāi)的一方面的RRAM器件的憶阻器效應(yīng)的圖表320。在圖表320中，位線的電壓形成y軸324且沿導(dǎo)體絲的位置形成x軸322。存在針對(duì)圖3A中討論的各階段中的每一階段的標(biāo)繪：I，第一狀態(tài)302的標(biāo)繪；II，第二狀態(tài)304的標(biāo)繪；III，第三狀態(tài)306的標(biāo)繪；以及IV，第四狀態(tài)308的標(biāo)繪。在第一定量灌注變化(QPC)點(diǎn)326，第二狀態(tài)304和第三狀態(tài)306標(biāo)繪在電壓方面下降且還在該圖表上彼此相交。在第二QPC點(diǎn)328，第二狀態(tài)304和第三狀態(tài)306標(biāo)繪在電壓方面再次下降且在該圖表上彼此相交。第一QPC點(diǎn)236和第二QPC點(diǎn)328還表示發(fā)生在第二狀態(tài)304和第三狀態(tài)306兩者中所示的同一位置上的壓降。電壓函數(shù)標(biāo)繪330示出了位線的電壓的標(biāo)繪，作為沿導(dǎo)體絲的位置的函數(shù)(例如，V(x))，或即越過(guò)導(dǎo)體絲中的位置“x”的電壓。

圖4是解說(shuō)根據(jù)本公開(kāi)的一方面的用于使用RRAM反熔絲OTP器件的過(guò)程的過(guò)程流程圖。在框402，在電阻性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)陣列的第一單元(例如，電阻性元件106)內(nèi)驅(qū)動(dòng)電流以提供第一單元的硬擊穿，從而提供第一單元內(nèi)的數(shù)據(jù)的一次性編程存儲(chǔ)或數(shù)據(jù)的一次性編程。在框404，從第一單元讀取數(shù)據(jù)。

在一個(gè)方面，RRAM陣列的第二單元的非編程被執(zhí)行，以進(jìn)入高電阻狀態(tài)來(lái)用于第二單元內(nèi)的另一數(shù)據(jù)的高電阻存儲(chǔ)。此外，數(shù)據(jù)在第一單元和第二單元之間被差分地感測(cè)。在第一單元和第二單元之間此數(shù)據(jù)可以通過(guò)感測(cè)放大器的不同路徑中的低電阻和高電阻來(lái)被感測(cè)。

在一個(gè)方面，RRAM陣列的第二單元的非編程被執(zhí)行，以進(jìn)入低電阻狀態(tài)來(lái)用于第二單元內(nèi)的另一數(shù)據(jù)的低電阻存儲(chǔ)。此外，數(shù)據(jù)在第一單元和第二單元之間被差分地感測(cè)。在第一單元和第二單元之間此數(shù)據(jù)可以通過(guò)感測(cè)放大器的不同路徑中的低電阻和高電阻來(lái)被感測(cè)。

在一個(gè)方面，RRAM陣列的第三單元的非編程被執(zhí)行，以進(jìn)入高電阻狀態(tài)來(lái)用于第三單元內(nèi)的另一數(shù)據(jù)的高電阻存儲(chǔ)。從第一單元、第二單元以及第三單元差分地感測(cè)單元狀態(tài)值。此外，通過(guò)分析從第一單元、第二單元以及第三單元差分地感測(cè)的單元狀態(tài)值，確定最終單元狀態(tài)值。

在一個(gè)方面，RRAM陣列的第三單元的非編程被執(zhí)行，以進(jìn)入低電阻狀態(tài)來(lái)用于第三單元內(nèi)的另一數(shù)據(jù)的低電阻存儲(chǔ)。從第一單元、第二單元以及第三單元差分地感測(cè)單元狀態(tài)值。此外，通過(guò)分析從第一單元、第二單元以及第三單元差分地感測(cè)的單元狀態(tài)值，確定最終單元狀態(tài)值。

在一個(gè)方面，在RRAM陣列的諸單元內(nèi)驅(qū)動(dòng)電流以造成單元的硬擊穿，以用于單元內(nèi)的數(shù)據(jù)的一次性編程存儲(chǔ)。此外，來(lái)自RRAM陣列的諸單元的單元狀態(tài)值被差分地感測(cè)以確定最終單元狀態(tài)值。

在一個(gè)方面，在RRAM陣列的第二單元內(nèi)驅(qū)動(dòng)電流以達(dá)成第二單元的硬擊穿，來(lái)在第二單元內(nèi)提供另一數(shù)據(jù)的一次性編程存儲(chǔ)。還在RRAM陣列的第三單元內(nèi)驅(qū)動(dòng)電流以提供第三單元的硬擊穿，以用于第三單元內(nèi)的另一數(shù)據(jù)的一次性編程。各單元可被一次性編程以提供OTP功能。隨后，該多個(gè)OTP單元被感測(cè)并且通過(guò)分析多個(gè)單元狀態(tài)值、或多單元狀態(tài)值投票過(guò)程來(lái)獲得最終狀態(tài)值。這還改進(jìn)了OTP陣列的成品率、保持性以及耐久度。

在一個(gè)方面，電流的驅(qū)動(dòng)是使用多個(gè)脈沖(較高脈沖或具有較長(zhǎng)歷時(shí)的脈沖)來(lái)執(zhí)行的。電流的驅(qū)動(dòng)可被用來(lái)執(zhí)行硬擊穿。

在一種配置中，在RRAM陣列的第一單元內(nèi)驅(qū)動(dòng)有限電流以造成第二單元的軟擊穿，從而提供第二單元內(nèi)的數(shù)據(jù)的多次編程。

在另一配置中，在RRAM陣列的第一單元內(nèi)驅(qū)動(dòng)有限電流以設(shè)置第二單元的低電阻狀態(tài)或重置其高電阻狀態(tài)，從而提供第二單元內(nèi)的數(shù)據(jù)的多次編程。

在又一方面，反熔絲器件包括第一電極和在第一電極上的絕緣體。該器件還包括絕緣體上的第二電極以及耦合到該第二電極的選擇器邏輯。該器件進(jìn)一步包括用于在第一和第二電極之間進(jìn)行導(dǎo)電的裝置，它被配置成提供硬擊穿以用于一次性可編程非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。在一個(gè)方面，該導(dǎo)電裝置是反熔絲短路120。在另一方面，前述裝置可以是配置成執(zhí)行由前述裝置敘述的功能的任何材料或結(jié)構(gòu)。

各種導(dǎo)電材料層(諸如第一電極108和第二電極112或反熔絲短路120)的導(dǎo)電材料可以是氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、鉑(Pt)或銅(Cu)、或具有高導(dǎo)電性的其他導(dǎo)電材料。例如，這些層可包括銀(Ag)、退火銅(Cu)、金(Au)、鋁(Al)、鈣(Ca)、鎢(W)、鋅(Zn)、鎳(Ni)、鋰(Li)、或鐵(Fe)。前述導(dǎo)電材料層也可通過(guò)電鍍、化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、噴濺、原子層沉積(ALD)或蒸發(fā)來(lái)沉積。

絕緣體層110可由包括以下各項(xiàng)的材料制成：氧化鉿(HfO₂)、氧化鈦((TiOx)、氧化鉈(TlO₂)、氧化鎢(W₂O₃)和/或氧化鋁(Al₂O₃)。絕緣體層110和其他所公開(kāi)的絕緣材料也可以由具有低k或低介電常數(shù)值的材料(包括氧化硅(SiO₂))或高k電介質(zhì)(包括氧化鉿(HfO₂))制成，并且是氟摻雜、碳摻雜和多孔碳摻雜的形式，以及旋涂式有機(jī)聚合電介質(zhì)(諸如聚酰亞胺、聚降冰片烯、苯并環(huán)丁烯(BCB)和聚四氟乙烯(PTEF))、基于旋涂硅酮的聚合物電介質(zhì)和含硅氮的碳氧化物(SiCON)。前述的那些層也可通過(guò)旋涂式工藝、化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、噴濺或蒸發(fā)來(lái)沉積。

盡管在上述工藝步驟中未提及，但光致抗蝕劑、通過(guò)掩膜進(jìn)行紫外線曝光、光致抗蝕劑顯影和光刻可被使用。光致抗蝕劑層可通過(guò)旋涂、基于液滴的光致抗蝕劑沉積、噴涂、化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、噴濺或蒸發(fā)來(lái)沉積。光致抗蝕劑層然后可被曝光，并且隨后通過(guò)使用諸如氯化鐵(FeCl₃)、氯化銅(CuCl₂)或堿性氨(NH₃)之類(lèi)的溶液的化學(xué)蝕刻工藝進(jìn)行蝕刻以便洗去經(jīng)曝光的光致抗蝕劑部分，或者通過(guò)使用等離子體的干蝕刻工藝來(lái)蝕刻。光致抗蝕劑層也可通過(guò)化學(xué)光致抗蝕劑剝離工藝或使用等離子體(諸如氧)的干光致抗蝕劑剝離工藝來(lái)剝離，其被稱(chēng)為灰化。

圖5是示出其中可有利地采用本公開(kāi)的一方面的示例性無(wú)線通信系統(tǒng)500的框圖。出于解說(shuō)目的，圖5示出了三個(gè)遠(yuǎn)程單元520、530和550以及兩個(gè)基站540。將認(rèn)識(shí)到，無(wú)線通信系統(tǒng)可具有遠(yuǎn)多于此的遠(yuǎn)程單元和基站。遠(yuǎn)程單元520、530和550包括IC器件525A、525C和525B，這些IC器件包括所公開(kāi)的器件(例如，RRAM反熔絲OTP器件)。將認(rèn)識(shí)到，其他設(shè)備也可包括所公開(kāi)的器件(例如，RRAM反熔絲OTP器件)，諸如基站、交換設(shè)備、和網(wǎng)絡(luò)裝備。圖5示出了從基站540到遠(yuǎn)程單元520、530和550的前向鏈路信號(hào)580，以及從遠(yuǎn)程單元520、530和550到基站540的反向鏈路信號(hào)590。

在圖5中，遠(yuǎn)程單元520被示為移動(dòng)電話(huà)，遠(yuǎn)程單元530被示為便攜式計(jì)算機(jī)，而遠(yuǎn)程單元550被示為無(wú)線本地環(huán)路系統(tǒng)中的固定位置遠(yuǎn)程單元。例如，這些遠(yuǎn)程單元可以是移動(dòng)電話(huà)、手持式個(gè)人通信系統(tǒng)(PCS)單元、便攜式數(shù)據(jù)單元(諸如個(gè)人數(shù)據(jù)助理)、啟用GPS的設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備、機(jī)頂盒、音樂(lè)播放器、視頻播放器、娛樂(lè)單元、固定位置數(shù)據(jù)單元(諸如儀表讀數(shù)裝置)、或者存儲(chǔ)或取回?cái)?shù)據(jù)或計(jì)算機(jī)指令的其他設(shè)備、或者其組合。盡管圖5解說(shuō)了根據(jù)本公開(kāi)的各方面的遠(yuǎn)程單元，但本公開(kāi)并不被限定于所解說(shuō)的這些示例性單元。本公開(kāi)的各方面可以合適地在包括所公開(kāi)的器件的許多設(shè)備中使用。

圖6是解說(shuō)用于半導(dǎo)體組件(諸如以上公開(kāi)的器件)的電路、布局以及邏輯設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)工作站600的框圖。設(shè)計(jì)工作站600包括硬盤(pán)601，該硬盤(pán)601包含操作系統(tǒng)軟件、支持文件、以及設(shè)計(jì)軟件(諸如Cadence或OrCAD)。設(shè)計(jì)工作站600還包括促成對(duì)電路610或諸如所公開(kāi)的器件的半導(dǎo)體組件612(例如，RRAM反熔絲OTP器件)的設(shè)計(jì)的顯示器602。提供存儲(chǔ)介質(zhì)604以用于有形地存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)610或半導(dǎo)體組件612。電路設(shè)計(jì)610或半導(dǎo)體組件612可以文件格式(諸如GDSII或GERBER)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)604上。存儲(chǔ)介質(zhì)604可以是CD-ROM、DVD、硬盤(pán)、閃存、或者其他合適的設(shè)備。此外，設(shè)計(jì)工作站600包括用于從存儲(chǔ)介質(zhì)604接受輸入或者將輸出寫(xiě)到存儲(chǔ)介質(zhì)604的驅(qū)動(dòng)裝置603。

存儲(chǔ)介質(zhì)604上記錄的數(shù)據(jù)可指定邏輯電路配置、用于光刻掩模的圖案數(shù)據(jù)、或者用于串寫(xiě)工具(諸如電子束光刻)的掩模圖案數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)可進(jìn)一步包括與邏輯仿真相關(guān)聯(lián)的邏輯驗(yàn)證數(shù)據(jù)，諸如時(shí)序圖或網(wǎng)電路。在存儲(chǔ)介質(zhì)604上提供數(shù)據(jù)通過(guò)減少用于設(shè)計(jì)半導(dǎo)體晶片的工藝數(shù)目來(lái)促成電路設(shè)計(jì)610或半導(dǎo)體組件612的設(shè)計(jì)。

對(duì)于固件和/或軟件實(shí)現(xiàn)，這些方法體系可以用執(zhí)行本文所描述功能的模塊(例如，規(guī)程、函數(shù)等等)來(lái)實(shí)現(xiàn)。有形地體現(xiàn)指令的機(jī)器可讀介質(zhì)可被用來(lái)實(shí)現(xiàn)本文所述的方法體系。例如，軟件代碼可被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中并由處理器單元來(lái)執(zhí)行。存儲(chǔ)器可以在處理器單元內(nèi)或在處理器單元外部實(shí)現(xiàn)。如本文所用的，術(shù)語(yǔ)“存儲(chǔ)器”是指長(zhǎng)期、短期、易失性、非易失性類(lèi)型存儲(chǔ)器、或其他存儲(chǔ)器，而并不限于特定類(lèi)型的存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)器數(shù)目、或記憶存儲(chǔ)在其上的介質(zhì)的類(lèi)型。

如果以固件和/或軟件實(shí)現(xiàn)，則功能可作為一條或多條指令或代碼存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。示例包括編碼有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)和編碼有計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括物理計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)。存儲(chǔ)介質(zhì)可以是能被計(jì)算機(jī)存取的可用介質(zhì)。作為示例而非限定，此類(lèi)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盤(pán)存儲(chǔ)、磁盤(pán)存儲(chǔ)或其他磁存儲(chǔ)設(shè)備、或能被用來(lái)存儲(chǔ)指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式的期望程序代碼且能被計(jì)算機(jī)訪問(wèn)的任何其他介質(zhì)；如本文中所使用的盤(pán)(disk)和碟(disc)包括壓縮碟(CD)、激光碟、光碟、數(shù)字多用碟(DVD)、軟盤(pán)和藍(lán)光碟，其中盤(pán)常常磁性地再現(xiàn)數(shù)據(jù)，而碟用激光光學(xué)地再現(xiàn)數(shù)據(jù)。上述的組合應(yīng)當(dāng)也被包括在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的范圍內(nèi)。

除了存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，指令和/或數(shù)據(jù)還可作為包括在通信裝置中的傳輸介質(zhì)上的信號(hào)來(lái)提供。例如，通信裝置可包括具有指示指令和數(shù)據(jù)的信號(hào)的收發(fā)機(jī)。這些指令和數(shù)據(jù)被配置成使一個(gè)或多個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求中敘述的功能。

盡管已詳細(xì)描述了本公開(kāi)及其優(yōu)勢(shì)，但是應(yīng)當(dāng)理解，可在本文中作出各種改變、替代和變更而不會(huì)脫離如由所附權(quán)利要求所定義的本公開(kāi)的技術(shù)。例如，諸如“上方”和“下方”之類(lèi)的關(guān)系術(shù)語(yǔ)是關(guān)于基板或電子器件使用的。當(dāng)然，如果該基板或電子器件被顛倒，則上方變成下方，反之亦然。此外，如果是側(cè)面取向的，則上方和下方可指代基板或電子器件的側(cè)面。而且，本申請(qǐng)的范圍并非旨在被限定于說(shuō)明書(shū)中所描述的過(guò)程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法和步驟的特定配置。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易從本公開(kāi)領(lǐng)會(huì)到的，根據(jù)本公開(kāi)，可以利用現(xiàn)存或今后開(kāi)發(fā)的與本文所描述的相應(yīng)配置執(zhí)行基本相同的功能或?qū)崿F(xiàn)基本相同結(jié)果的過(guò)程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法或步驟。因此，所附權(quán)利要求旨在將這樣的過(guò)程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法或步驟包括在其范圍內(nèi)。