專利名稱：反熔絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及電子設(shè)備，并且更具體而言，涉及下述電子設(shè)備，通過電信號可以將所述電子設(shè)備的導(dǎo)電性從相對高的阻抗變?yōu)橄鄬Φ偷淖杩範顟B(tài)，在去除了電信號之后該狀態(tài)保持。
背景技術(shù)：
在該技術(shù)中術(shù)語"熔絲"用于標識出最初(之前)具有低阻抗并且當暴露于高于預(yù)定閾值的電流下時切換到高阻抗最終(之后)狀態(tài)的設(shè)備。在其最簡單的實施例中， 當導(dǎo)體的小截面暴露于過量電流時熔化，從而中斷了它是其一部分的電路。在該技術(shù)中術(shù)語"反熔絲"用于描述其性能基本上與熔絲相反的設(shè)備，即，它最初(之前)具有高阻抗并且當暴露于高于預(yù)定閾值的電壓下時切換到低阻抗最終(之后)狀態(tài)。在其最簡單的實施例中，當夾在兩個導(dǎo)體之間的薄的絕緣電介質(zhì)暴露于高于預(yù)定閾值的"編程"電壓時被擊穿，從而形成了穿過該電介質(zhì)的導(dǎo)電通路，因此該設(shè)備此后呈現(xiàn)出低得多的最終阻抗。利用反熔絲，不必要的是最初和最終阻抗分別是無窮大和零，只要它們完全不同。因此，如這里就反熔絲而言所使用的，術(shù)語“打開”或“斷開”以及“閉合”或“接通”分別是指最初的高阻抗狀態(tài)以及最終的低阻抗狀態(tài)并且不意味著這些狀態(tài)具有無窮大和零阻抗。反熔絲多用在現(xiàn)代電子設(shè)備中，尤其是與集成電路(IC)相結(jié)合使用以提供實質(zhì)上的非易失性存儲器。例如，在制造電子電路期間或之后對反熔絲陣列進行編程以將某些信息或命令存儲在電子電路或其存儲器部分之內(nèi)。所存儲的信息可以是識別序列號或者其他唯一標記，或者可以是用于軟件例程的二進制代碼，或者可以確定特定電路的哪一部分是有源的或者在計算或需要非易失性存儲器或狀態(tài)信息的許多其他功能中應(yīng)該使用的轉(zhuǎn)換因子。重要的是反熔絲易于制造、操作可靠、易于且可靠地被編程且始終被感測、并且同時與作為同一電路或設(shè)備的一部分的其他元件相兼容，尤其是當在例如集成電路(IC)或其他常見的電子組件中一起制造它們時。公知的是使用平面型金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)結(jié)構(gòu)以形成反熔絲。這些是有吸引力的，因為它們可以是由用于形成復(fù)雜IC中的相關(guān)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的相同制造技術(shù)形成的。然而，在利用與這兩者均是其一部分的IC所需的有源設(shè)備相兼容的制造技術(shù)來獲得最佳特性的反熔絲的過程中仍然存在困難。因此，需要不斷改善反熔絲結(jié)構(gòu)以及與先進的集成電路(IC)技術(shù)相兼容的制造方法。


在下文中結(jié)合以下附圖對本發(fā)明進行描述，其中相同數(shù)字表示相同元件，并且其中圖1是金屬氧化物半導(dǎo)體(M0Q型反熔絲的簡化示意性平面視圖；圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的與圖1相對應(yīng)的反熔絲的簡化示意性橫斷面視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的與圖1相對應(yīng)的反熔絲的簡化示意性橫斷面視圖4是用于對在圖2和圖3中所說明的類型的反熔絲特性進行比較的反熔絲電流與反熔絲電壓的圖示；圖5-12是根據(jù)本發(fā)明又一實施例的貫穿在不同制造階段的圖1和圖3中所說明類型的反熔絲的簡化示意性橫斷面視圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明又一實施例的與圖3和圖12的反熔絲相類似的反熔絲的簡單平面視圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明再一實施例的反熔絲的簡單平面視圖，并且圖15和圖16是根據(jù)本發(fā)明再一實施例的圖14的反熔絲的簡化示意性橫斷面視圖。
具體實施例方式以下詳細描述實質(zhì)上僅僅是示例性的，并且不對本發(fā)明或者本發(fā)明的應(yīng)用和使用做出限制。此外，這不受到在先前的技術(shù)領(lǐng)域、背景、或者以下詳細描述中所出現(xiàn)的任何明示或暗示理論的限制。為了說明簡單和清楚起見，附圖對一般的構(gòu)造方式進行說明，并且可以省略對眾所周知的特征和技術(shù)的描述和細節(jié)以避免不必要地模糊本發(fā)明。另外，附圖中的元件不一定是按比例繪制的。例如，可以相對于其他元件或區(qū)域而言放大該圖中的一些元件或區(qū)域的尺寸以幫助提高對本發(fā)明實施例的理解。如果有的話，該描述和權(quán)利要求中的術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等用于區(qū)分相似元件并且不一定用于描述特定順序或按時間的順序。應(yīng)該理解的是如此所使用的術(shù)語在適當?shù)那闆r下是可互換的，以便這里所描述的本發(fā)明的實施例例如能夠按照除了這里所說明的或描述的那些之外的順序進行操作。此外，術(shù)語“包括”、“包含”、“具有”以及其任何變化旨在覆蓋非排他性的包含，使得包括元件或步驟列表的處理、方法、制品、或者裝置不必局限于這些元件或步驟，而是可以包括未明確列出的或者為這種處理、方法、制品、 或者裝置所固有的其他元件或步驟。這里所使用的術(shù)語“耦合”被限定為以電或非電方式直接或間接連接。在這里所使用的術(shù)語“金屬氧化物半導(dǎo)體”和“金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管”以及其各個縮寫MOS和MOSFET具有其最廣泛的意義，因為在該技術(shù)領(lǐng)域中這已是眾所周知的。具體地說，應(yīng)將術(shù)語“金屬”廣義地解釋為包括任何類型的相對導(dǎo)電材料。非限制性的示例是各種導(dǎo)電性元件導(dǎo)體、合金及其混合物、半金屬和摻雜半導(dǎo)體。類似地，應(yīng)將術(shù)語“氧化物”廣義地解釋為包括任何類型的絕緣材料而不只是含氧的那些。非限制性示例是氧化物、氮化物、氟化物、其組合、以及其他有機或無機絕緣材料。術(shù)語“半導(dǎo)體”(簡稱“SC”) 和“半導(dǎo)體襯底”意圖包括任何類型的半導(dǎo)體而不管是有機的還是無機的，以涵蓋類型IV、 類型III-V、以及類型II-VI材料并且涵蓋非晶、多晶、單晶材料及其組合以及諸如例如并不意圖局限于絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)結(jié)構(gòu)的合成物或分層布置。這里就硅半導(dǎo)體而言對各個實施例進行了描述，但是對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說應(yīng)該理解的是這僅是為了方便說明起見并且不意圖對可使用的包括上面所列舉的那些的任何半導(dǎo)體材料做出限制。圖1是金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)型反熔絲20的簡化示意性平面視圖。反熔絲20 包括半導(dǎo)體襯底21、21'，在該半導(dǎo)體襯底21、21'中形成了摻雜SC的區(qū)域22、22' ；24、 24'并且形成有各個歐姆接觸23、23' ；25,25'。具有歐姆接觸27、27'的導(dǎo)體沈、26'與襯底21、21'上的摻雜SC的區(qū)域22、22' ；24,24'基本上成直角。不具有上撇號(‘) 標記的附圖標記與圖2的反熔絲30相關(guān)聯(lián)并且具有上撇號(‘)標記的附圖標記與圖3的反熔絲40相關(guān)聯(lián)。如在圖2和3中更容易看到的，導(dǎo)體沈、26'與襯底21、21'和摻雜SC 的區(qū)域22、22' ；24,24'通過一個或多個絕緣區(qū)分離。硅是半導(dǎo)體襯底21、21'的合適材料，但是也可以使用其他SC材料。圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的與圖1的平面視圖相對應(yīng)的平面MOSFET型反熔絲30的簡化示意性橫斷面視圖。反熔絲30包括例如第一導(dǎo)電類型的單片半導(dǎo)體的襯底21，在該襯底21中已典型地形成了但不總是延伸到襯底21的表面四的第二相反導(dǎo)電類型的摻雜區(qū) 22、24。摻雜區(qū)22J4通過溝道區(qū)31間隔開。典型地是二氧化硅的柵極電介質(zhì)32在表面 29的溝道區(qū)31上方。在用于使導(dǎo)體26與襯底21和摻雜區(qū)22J4絕緣的電介質(zhì)32上提供了例如多晶硅的柵極導(dǎo)體26。在導(dǎo)體沈的橫向面上典型地提供了電介質(zhì)側(cè)壁33。此外， 在摻雜區(qū)22J4上方還提供了電介質(zhì)區(qū)35、37以確保導(dǎo)體沈與歐姆接觸23、25和摻雜區(qū) 22,24絕緣。反熔絲30具有典型的MOSFET配置并且多用在該技術(shù)領(lǐng)域中，因為它利用標準MOSFET IC制造技術(shù)可以很方便地制造。摻雜區(qū)22、對類似于源漏區(qū)，電介質(zhì)32類似于柵極氧化物區(qū)，導(dǎo)體26類似于柵極。它們各個歐姆接觸是傳統(tǒng)的。在反熔絲配置中，接觸 23,25通常被綁在一起并且與反熔絲端子34相耦合并且柵極導(dǎo)體沈被耦合到反熔絲端子 36。當在端子34、36之間施加了超過電介質(zhì)32的擊穿電壓的編程電壓時，電介質(zhì)32擊穿導(dǎo)體沈和摻雜區(qū)22J4和/或相關(guān)的溝道區(qū)31之間的某處，并且可在其之間建立低阻抗導(dǎo)電通路。當隨后在端子34、36之間提供了感測信號時，觀察到該低阻抗(之后)接通狀態(tài)。雖然由于這種結(jié)構(gòu)小尺寸并且與傳統(tǒng)MOSFET IC制造兼容而被廣泛使用，但是其特性不是最佳的。例如，在許多應(yīng)用中要將反熔絲切換到其低阻抗接通狀態(tài)所需的編程電壓大于期望的。在其他應(yīng)用中，編程電流可以大于期望的，從而需要更大的驅(qū)動電路。在還有其他應(yīng)用中，尤其是在為同時編程而需要采用大規(guī)模的并行陣列的反熔絲的情況下，比期望編程電流更高會導(dǎo)致將反熔絲進一步不可靠地編程到陣列中。與更長的編程線中的編程電流相關(guān)聯(lián)的電壓降落會引起這些進一步進入的反熔絲(further-in antifuse)處出現(xiàn)的編程電壓對于可靠編程來說太低并且這種進一步進入的反熔絲會不能編程或比期望的后編程接通電阻更高。這些和其他困難促成了低于期望功能性和/或可靠性。已發(fā)現(xiàn)可以減小編程電壓和電流，并且通過提供仍然與現(xiàn)代IC制造技術(shù)相兼容的不同結(jié)構(gòu)和改進的制造方法可以提高編程及后編程功能性和/或可靠性。圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的與圖1相對應(yīng)的反熔絲40的簡化示意性橫斷面視圖。 反熔絲40包括例如第一導(dǎo)電類型的單片半導(dǎo)體這樣的襯底21'，在該襯底21'中已形成了延伸到21'的表面四‘的襯底摻雜區(qū)22' ,24'。摻雜區(qū)22' ,24'是與襯底21'相同的導(dǎo)電類型或相反的導(dǎo)電類型。任何一個布置是可用的。摻雜區(qū)22' ,24'類似于圖2的摻雜區(qū)22、M并且可以與MOSFET的源-漏區(qū)或下述其他設(shè)備同時形成，所述其他設(shè)備組成了反熔絲40是其一部分的芯片或IC。摻雜區(qū)22'、24'通過深度43和寬度45的淺溝槽隔離(STI)區(qū)42被間隔開。硅氧化物是用于形成STI區(qū)42的適當電介質(zhì)。STI區(qū)42的中心部分46在襯底2Γ的表面四‘的水平面下方下陷量49，并且在STI區(qū)42與表面四‘ 相遇的附近具有與區(qū)域22' ,24'相鄰的薄電介質(zhì)區(qū)或者凸緣44。例如摻雜多晶硅的導(dǎo)體26'覆蓋在STI區(qū)42的中心部分46以及用于使柵極導(dǎo)體沈‘與摻雜區(qū)22'、24'絕緣的薄電介質(zhì)區(qū)或凸緣44上。反熔絲40的擊穿(切換)優(yōu)先發(fā)生在摻雜區(qū)22' ,24'的彎曲表面55、56分別與導(dǎo)體沈‘之間的圓圈47內(nèi)的這些薄電介質(zhì)區(qū)或凸緣44之內(nèi)。為此，還將圓圈47稱為“擊穿區(qū)”47。典型地，在導(dǎo)體沈‘的橫向面上提供了與圖2的電介質(zhì)側(cè)壁 33相類似的電介質(zhì)側(cè)壁33'。在摻雜區(qū)22' ,24'上還提供了與圖2的區(qū)域35、37相類似的進一步電介質(zhì)區(qū)35' ,37'以確保導(dǎo)體沈‘與歐姆接觸23' ,25'和摻雜區(qū)22' ,24' 絕緣。反熔絲40的幾何形狀限制了電介質(zhì)無法優(yōu)先地發(fā)生在被標識為擊穿區(qū)47的圓圈所包圍的局部薄的電介質(zhì)區(qū)44之內(nèi)并且提供了優(yōu)越結(jié)果。通過比較，在圖3的現(xiàn)有技術(shù)反熔絲30中，電介質(zhì)故障可出現(xiàn)在寬的橢圓形37所標識出的區(qū)域之內(nèi)的整個電介質(zhì)32的任何地方。為此，也將橢圓形37稱為“擊穿區(qū)”37。眾所周知的是焦耳加熱是電擊穿電介質(zhì)的重要方面。在電擊穿期間流動的高度局部化電流使局部溫度增大，溫度增大促進擊穿過程。 局部化溫度取決于熱生成速率與熱消散到周圍材料的速率之間的差異。對于現(xiàn)有技術(shù)反熔絲30，由于擊穿區(qū)37與襯底21之間相對大的接觸面積以及襯底21的半導(dǎo)體材料的相對高的熱傳導(dǎo)率，因此在擊穿期間發(fā)生的大部分焦耳加熱對于襯底21被損失。與此相反，與現(xiàn)有技術(shù)反熔絲30的擊穿區(qū)37相比，在反熔絲40中存在STI區(qū)42會降低擊穿區(qū)47附近的局部導(dǎo)熱性。例如，在襯底21、21'是硅并且STI區(qū)42是硅氧化物的情況下，STI區(qū)42的熱傳導(dǎo)率大約比襯底21的熱傳導(dǎo)率低兩個數(shù)量級。通過限制在與STI區(qū)42相鄰的擊穿區(qū) 47之內(nèi)發(fā)生反熔絲40的擊穿(例如編程)，在編程期間更少的熱消散到襯底21'。相對于現(xiàn)有技術(shù)反熔絲30而言，這被認為有助于反熔絲40的有效率的編程，因為在編程處理期間的局部焦耳加熱被認為顯著地有助于與編程相關(guān)的電介質(zhì)擊穿。如果在編程期間更少的熱能對于襯底21'被損失，那么編程更有效率并且所需的編程能量將會降低。通過下面的表格1的數(shù)據(jù)來說明與反熔絲30相比針對反熔絲40所獲得的編程電流降低，并且在圖4中說明編程電壓降低。對于這些設(shè)備，初始(斷開狀態(tài))阻抗典型地是數(shù)百千兆歐姆的數(shù)量級。圖1和圖2的反熔絲30和圖1和3的反熔絲40的編程電流與后編程阻抗
權(quán)利要求
1.一種反熔絲，包括第一導(dǎo)電區(qū)和第二導(dǎo)電區(qū)，所述第一導(dǎo)電區(qū)和第二導(dǎo)電區(qū)具有間隔開的彎曲部分；以及第一電介質(zhì)區(qū)，所述第一電介質(zhì)區(qū)分離所述間隔開的彎曲部分，從而與所述彎曲部分相結(jié)合地形成彎曲的擊穿區(qū)，所述彎曲的擊穿區(qū)適于響應(yīng)于預(yù)定施加的編程電壓而從基本上非導(dǎo)電狀態(tài)切換到基本上導(dǎo)電狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反熔絲，其中，所述第一導(dǎo)電區(qū)和第二導(dǎo)電區(qū)是摻雜半導(dǎo)體區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反熔絲，其中，所述第二導(dǎo)電區(qū)基本上是多晶半導(dǎo)體區(qū)域，并且所述第一導(dǎo)電區(qū)基本上是單晶半導(dǎo)體區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反熔絲，其中，基本上比所述第一電介質(zhì)區(qū)厚的第二電介質(zhì)區(qū)在所述彎曲部分的第一端處與所述第一電介質(zhì)區(qū)相鄰。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的反熔絲，進一步包括半導(dǎo)體襯底，其中通過摻雜所述襯底來形成所述第一導(dǎo)電區(qū)，并且通過對所述襯底的氧化來形成所述第一電介質(zhì)區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的反熔絲，其中，所述第二電介質(zhì)區(qū)包括在所述襯底中的填充腔的電介質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反熔絲，其中，所述第一電介質(zhì)區(qū)是熱生長的氧化物區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的反熔絲，其中，所述第二電介質(zhì)區(qū)包括由化學(xué)氣相沉積所形成的電介質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的反熔絲，其中，所述第二電介質(zhì)區(qū)包括部分通過熱氧化并且部分通過沉積所形成的電介質(zhì)。
10.一種用于形成反熔絲的方法，包括提供具有上表面的襯底；形成從所述上表面延伸預(yù)定距離到所述襯底中的腔；利用電介質(zhì)來填充所述腔，所述電介質(zhì)具有從所述上表面下陷的中心區(qū)；在所述襯底表面的彎曲部分上形成彎曲電介質(zhì)區(qū)，所述彎曲電介質(zhì)區(qū)與所述腔相鄰并且朝著所述中心區(qū)延伸；以及沉積導(dǎo)體，所述導(dǎo)體具有覆蓋在所述彎曲電介質(zhì)區(qū)上的彎曲部分，從而在所述彎曲電介質(zhì)區(qū)的任一側(cè)上形成擊穿區(qū)，所述擊穿區(qū)包括所述導(dǎo)體的彎曲部分和所述襯底的彎曲部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述彎曲電介質(zhì)區(qū)是通過對所述襯底的彎曲部分的氧化來形成的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述填充步驟包括將電介質(zhì)沉積在所述腔中以及所述上表面上方，以及然后去除所述上表面上方的部分所述電介質(zhì)，以便留下所述腔中的所述電介質(zhì)的其他部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，在將所述電介質(zhì)沉積的步驟之前，對所述腔的暴露表面進行處理，以在其上形成氧化物區(qū)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述彎曲電介質(zhì)區(qū)具有在約1至10納米范圍內(nèi)的厚度。
15.一種具有第一端子和第二端子的反熔絲，包括 襯底，所述襯底具有第一表面；第一導(dǎo)電區(qū)，所述第一導(dǎo)電區(qū)與和所述第一端子相耦合的所述第一表面相鄰； 電介質(zhì)區(qū)，所述電介質(zhì)區(qū)與所述第一導(dǎo)電區(qū)相接觸；第二導(dǎo)電區(qū)，所述第二導(dǎo)電區(qū)具有覆蓋在所述電介質(zhì)區(qū)上的第一部分、與所述電介質(zhì)區(qū)間隔開的第二部分、以及與所述第二部分間隔開的第三部分；第一接觸和第二接觸，所述第一接觸和第二接觸分別與所述第二導(dǎo)電區(qū)的所述第一部分和所述第三部分并且與所述第二端子歐姆地相耦合；以及其中，所述第二導(dǎo)體的所述第二部分在所述第二接觸與所述電介質(zhì)區(qū)之間提供了比所述第一接觸與所述電介質(zhì)區(qū)之間更高的電阻。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電介質(zhì)，其中，所述電介質(zhì)區(qū)基本上是平面的。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電介質(zhì)，其中，所述電介質(zhì)區(qū)是彎曲的。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電介質(zhì)，其中，所述電介質(zhì)區(qū)具有約1至10納米的厚度。
19.
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電介質(zhì)，其中，所述第二導(dǎo)電區(qū)是摻雜的半導(dǎo)體，并且所述第二部分具有比所述第一部分和所述第三部分更低的摻雜。
全文摘要
一種反熔絲(40、80、90′)包括具有間隔開的彎曲部分(55、56)的第一(22′、24′)和第二(26′)導(dǎo)電區(qū)，以及第一電介質(zhì)區(qū)(44)位于其之間，與所述彎曲部分(55、56)相結(jié)合地形成彎曲的擊穿區(qū)(47)，所述彎曲的擊穿區(qū)(47)適于響應(yīng)預(yù)定施加的編程電壓而從基本上非導(dǎo)電狀態(tài)切換到基本上導(dǎo)電狀態(tài)。比編程電壓低的感測電壓用于確定反熔絲的狀態(tài)是斷開(高阻抗)還是接通(低阻抗)。期望，提供與擊穿區(qū)(47)相鄰的淺溝道隔離(STI)區(qū)(42)以抑制在編程期間熱從擊穿區(qū)(47)損耗。與利用基本上平面的電介質(zhì)區(qū)(32)的反熔絲(30)相比，觀察到較低的編程電壓和電流。在又一實施例中，將電阻區(qū)(922)插入到具有平面(37)或彎曲(47)擊穿區(qū)的反熔絲(90、90′)的一個引線(92、92′)中，以改善后編程感測可靠性。
文檔編號H01L23/62GK102334185SQ201080009454
公開日2012年1月25日 申請日期2010年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者凱爾·D·茹科夫斯基, 左將凱, 杰夫雷·W·珀金斯, 閔元基 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司