专利名称：含有电可编程非易失存储器单元的布置的半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及含有电可编程非易失存储器单元的布置的半导体装置。
小尺寸的可编程非易失存储器使用在非常多的微电子产品中，例如逻辑和模拟设备中，比如用于识别衰减或者产品。其他的应用包括存储例如安全位、电子密钥、网络地址位和低密度的操作系统码。
用于将小尺寸的可编程非易失存储器加入到半导体装置中几种方法是已知的例如专用线路图形的激光切割、应用单-多(E)EPROMS、应用专用的非易失装置例如EPROM、EEPROM或者闪电存储器，以及使用熔断丝。
一般的，现有技术中的方法缺少费用的有效性、可靠性和可测量性。例如，激光切割会损坏在半导体装置中的钝化层。另外，激光切割是相对慢的过程，不利地减少了整个的处理过程。
使用专用的非易失装置例如EPROM、EEPROM或者闪电存储器需要许多另外的处理步骤，这也增加到产品的费用中去。
单-多(E)EPROMS需要低的隧道氧化物限制，大约7nm，以正确保持数据和低的泄漏电流。在深亚微型处理中，例如0.25μm和更低，栅极氧化物典型地低于7nm。例如对于(E)EPROMS，另外的处理步骤也增加了制造的费用。
最后，熔断丝提供了相对简单的存储器元件，在编程过程中，该存储器元件能够被电流流过熔断丝产生的焦耳热写入。该熔断丝在这样的编程步骤中熔断和断开。
然而，用于熔断熔断丝所必须的能量分散需要一个电流，该电流太高而不能够由熔断丝本身提供。在现有技术中，已知了熔断丝存储器元件的编程通过提供另外的加热丝进行改进，该加热丝靠近熔断丝并且该加热丝局部地提供另外的热量给由此加热丝的焦耳热进行编程的熔断丝。
US 3,699,403描述了在半导体表面上二极管矩阵中的这种加热丝。该加热丝元件作为平的导线布置，该导线提供另外的热量给矩阵中的二极管。一个二极管被一个电流编程，该电流的能量分布与由加热丝产生的热结合足够用于熔断该二极管。
US4,814,853描述了具有一个可编程熔断丝的半导体装置，其中一个平的加热丝被形成在一个衬底上。通过绝缘层分开，一个平的熔断丝被形成在加热丝的顶部。该熔断丝沿着垂至于加热丝的方向延伸。因为熔断丝和加热丝交叉，由加热丝产生的附加热量只在交叉处影响了熔断丝，这导致了更加的可靠性以及改良的本地熔断过程。
US5,444,287描述了在半导体装置中的热启动的免噪声熔断器。该熔断器含有一个熔断丝和一个加热丝，它们通过耦合层进行热耦合。该耦合层在编程过程中将热从加热丝传导到熔断丝。该加热丝在相同的平面上平行于熔断丝延伸。另外，该加热丝可以在含有熔断丝的平面的下面或者上面的平面中与熔断丝交叉。在US5,444,287中公开的熔断丝的布置较少受到无意识编程的影响，因为在导线之一上的电压尖峰(噪声)。
当特征尺寸减小到(深)亚微型时，关于现有技术中的熔断丝的可靠性编程的困难升高。因为在微电子装置中的电源电压(VCC)随着特征尺寸的减小而下降，在0.25μm的产生过程中，能量的分布已经变得非常严格(VCC＝2.5V)。在另外的低于0.25μm的产生过程中，当电源电压被希望继续减小时，熔断丝存储器单元的编程变得更加困难。另外，因为线宽的减小，在熔断丝和加热丝之间的重叠区域变得更小，热交换区域也变得更小，从而导致大量的热损失和低效率。
本发明的目的是提供一个半导体装置，该装置含有一个通过低电压操作的电可编程非易失存储器单元的布置。
本发明涉及一个含有形成在一个半导体表面上的电可编程非易失存储器单元的布置的半导体装置，该单元例如存储数据位；该非易失存储器单元含有一个熔断丝和一个加热丝；熔断丝被作为一个平的导线设置，并且另外作为一个存储器单元设置，以能够通过一个电流产生的焦耳热使熔断丝熔断；加热丝被设置以通过电流产生的焦耳热产生另外的热并且在熔断丝的编程过程中将所述的另外的热提供给熔断丝，其特征在于，该加热丝作为一个加热器空间地围绕该熔断丝。
另外，本发明涉及如上所述的一含有电可编程非易失存储器单元的布置的半导体装置，其特征在于，该加热丝含有水平的导线部分以及垂直的导线部分；水平的导线部分和垂直的导线部分被串联连接以形成加热丝。
另外，本发明涉及如上所述的一含有电可编程非易失存储器单元的布置的半导体装置，其特征在于，水平的导线部分被形成为在本地互连以及半导体装置的金属化层中的水平线，并且垂直的导线部分被作为在半导体装置中的垂直的接触以及通过部分(vias)形成。
另外，本发明涉及如上所述的一含有电可编程非易失存储器单元的布置的半导体装置，其特征在于，在本地互连以及半导体装置的金属化层中的水平线，以及在半导体装置中的垂直接触和通过部分被作为半导体装置中的亚微型部分构成。
如果非易失存储器含有半导体装置的金属化层，例如在“金属1”的技术中已知的第一金属化层，本发明还涉及如上所述的含有电可编程非易失存储器单元的布置的半导体装置，其特征在于，该熔断丝被形成在半导体装置的金属化层中。
并且在这种情况下，本发明涉及一含有电可编程非易失存储器单元的布置的半导体装置，其特征在于，空间围绕熔断丝的加热器作为一系列的开环围绕熔断丝设置；该开环在平行于熔断丝的方向缠绕。
可选的，该熔断丝可以形成在半导体装置的本地互连层中。那么，本发明还涉及一含有电可编程非易失存储器单元的布置的半导体装置，其特征在于，该熔断丝形成在半导体装置的本地互连层中。
另外，本发明还涉及一含有电可编程非易失存储器单元的布置的半导体装置，其特征在于，空间围绕熔断丝的加热器作为一系列的半环围绕熔断丝设置；该半环在平行于熔断丝的方向缠绕。
有利的，本发明涉及一个半导体装置，其中非易失存储器单元的编程能够高度可靠地完成。
下面本发明参考附图进行解释，在附图中定义的内容只是用于示出的目的而不是用于限制本发明的保护范围。
图1示意性地示出了含有根据本发明的电可编程非易失存储器单元的半导体装置的第一个实施形式的透视图；图2示意性地示出了含有根据本发明的电可编程非易失存储器单元的半导体装置的第二个实施形式的透视图。
根据本发明的含有电可编程非易失存储器单元的布置的半导体装置具有一个熔断丝和一个加热丝。在该装置中，在熔断丝中的能量分布被局部地放大。加热丝围绕或者沿着熔断丝蜿蜒缠绕以形成一个空间区域，在编程过程中，在该空间区域中热量产生被有效地增强以断开熔断丝。图1示意性地示出了含有根据本发明的电可编程非易失存储器单元的半导体装置的第一个实施形式的透视图。
一个非易失存储器单元1被形成在半导体表面2上。熔断丝3通过环形的加热丝4围绕。熔断丝3和加热丝4优选埋入到绝缘材料中，该绝缘材料为了清楚起见没有在此示出。加热丝4具有第一低的水平线6、第一垂直线7、第一高的水平线8、第二垂直线9和第二低的水平线10。
注意的是在此的“水平”和“垂直”是相对于平面2而言的并且与地球的水平面没有关系。可以想象的是(一些)导线部分是相对于表面2是倾斜的。
加热丝4是通过第一低的水平线6、第一垂直线7、第一高的水平线8、第二垂直线9和第二低的水平线10串联连接形成的。水平线是基本直的线，在平行于熔断丝3的方向上具有小的步幅，以产生作为开环的加热丝4。相似的，作为直线表示的垂直线可以在平行于熔断丝3的方向上含有小的步幅。
熔断丝3和加热丝4都含有用于电连接的连接片(未示出)。如本领域的技术人员已知的，熔断丝3和加热丝4典型地被连接到选择电路(未示出)，该选择电路能够选择特定的熔断丝用于编程和/或读出。
非易失存储器单元1能够如现有技术所示在用于制造半导体装置(集成电路)的标准的处理步骤中进行生产。没有另外的处理步骤是必需的。下面对非易失存储器单元1的制造例子进行简短的解释。
第一低的水平线6和第二低的水平线10在半导体装置的本地互连线的形成过程中形成，其中非易失存储器单元1通过使用相同的处理步骤进行集成。
第一垂直线7和第二垂直线9分别具有多个部分各自的接触部分11和12、各自的金属部分13和14、各自的经由部分15和16。金属部分13、14使接触部分11、12和经由部分15、16如所示出地互相连接。接触部分11、12、金属部分13、14和经由部分15、16在一系列的处理步骤中生产。在第一步骤中，含有第一低的水平线6和第二低的水平线10的平面通过绝缘层，优选是SiO2进行覆盖。
通过含有平板印刷和蚀刻的图形处理，一个接触开口被产生。该接触开口通过现有技术中另外的处理步骤由金属进行填充。
在下面的含有金属层沉淀的处理顺序中，平板印刷、蚀刻、和介电层的沉淀、金属层13和14被确定。在这个顺序中，熔断丝3在介电层中形成图案。
替换的，在此处理步骤中，含有金属部分13和14的开口通过含有绝缘层的沉淀、平板印刷和蚀刻的处理顺序进行确定。在此顺序中，定义熔断丝3的沟槽在绝缘层中形成图案。然后，开口和沟槽被填充金属以分别形成金属部分13、14以及熔断丝3。为了所述的填充处理使用了常规的对于本领域的技术人员熟知的处理步骤。
第一垂直线7和第二垂直线9在另外的处理顺序中完成，该顺序含有绝缘层的沉淀、平板印刷和形成图案，用于定义开口以分别形成通过部分15和16。通过现有技术中已知的处理，该经由部分15、16通过金属填充后面的形成。
在最后的处理顺序中，第一高的水平线8通过现有技术中的金属化和形成图案处理产生。例如，一个金属层被沉淀，其中第一高的水平线8通过平板印刷和蚀刻定义。接下来，一个介电层被沉淀。
在一个替换的处理顺序中，一个绝缘层被沉淀，其中一个定义第一高的水平线8的沟槽通过在现有技术中已知的图案处理进行形成。通过在随后的金属填充操作中，第一高的水平线8被形成。
在此第一优选的实施形式中，加热丝含有一个单环用于在熔断丝中产生一个本地的热点。注意，依赖于实际的能量分布，加热丝会含有多个单环。在此情况下，另外的低的水平的、高的水平的和垂直的导线需要在处理顺序中进行生产。
在此应注意，如上所述的处理步骤只描述了定义如图1所示的非易失存储器单元1的基本步骤。该处理步骤可以含有对于本领域的技术人员已知的其他的处理步骤，例如平面化步骤也可以使用。
在第一个优选实施形式中，熔断丝3作为金属线形成在第一金属层面上，已知作为“金属1”。然而，熔断丝3也可以作为金属线形成在更高的层面上。在那种情况下，加热丝4能够通过从低于熔断丝3层面的低的金属化层到高于熔断丝3的高的金属化层的环路围绕熔断丝3。
替换的，在第二个优选实施形式中，熔断丝3可以作为(掺杂的)多晶硅或者硅化物(例如二硒化钛)线形成在本地的互连层面上。图2示意性地示出了含有根据本发明的电可编程非易失存储器单元的半导体装置的第二个实施形式的透视图。
非易失存储器单元1形成在半导体表面2上。熔断丝3在侧面并且沿着顶部通过蜿蜒的加热丝4的半环被包围。熔断丝3和加热丝4优选被埋入到绝缘材料中，该绝缘材料为了清楚的原因在此没有示出。加热丝含有第一低的水平线20、第二低的水平线21、第三低的水平线22和第四低的水平线23，它们分别位于本地的互连层面。另外，加热丝4含有垂直的部分，即第一垂直线24、第二垂直线25、第三垂直线26、第四垂直线27、第五垂直线28、第六垂直线29、第七垂直线30、第八垂直线31。在熔断丝3的上面，加热丝4含有水平的部分，即第一上水平线32、第二上水平线33、第三上水平线34、第四上水平线35、第五上水平线36。在图2中，第二低的水平线21和第四垂直线27只是部分可见的。第三垂直线26被隐藏在图2的视点中，通过虚的轮廓线示出。
重复的，注意此处的“水平”和“垂直”是相对于表面2定义的并且与地球的表面没有关系。
加热丝是通过串联如下的部分构成的，即第一上水平线32、第一垂直线24、第一低的水平线20、第二垂直线25、第二上水平线33、第三垂直线26、第二低的水平线21、第四垂直线27、第三上水平线34、第五垂直线28、第三低的水平线22、第六垂直线29、第四上水平线35、第七垂直线30、第四低的水平线23、第八垂直线31和第五上水平线36。
熔断丝3和加热丝4含有一个连接(未示出)用于如上所述电连接到一个选择电路。
在此第二个优选实施形式中，分别位于本地连接层面的熔断丝3、第一低的水平线20、第二低的水平线21、第三低的水平线22和第四低的水平线23在半导体装置的本地互连线的形成过程中形成，其中非易失存储器单元1通过使用相同的处理步骤进行集成。
熔断丝3、第一低的水平线20、第二低的水平线21、第三低的水平线22和第四低的水平线23可以全部由多晶硅或者硅化物构成。每一个元件的材料也可以分开选择，这依赖于实际的处理顺序。
第一垂直线24和第二垂直线25分别含有一个连接到第一低的水平线20的连接部分。第三垂直线26和第四垂直线27分别含有一个连接到第二低的水平线21的接触部分。第五垂直线28和第六垂直线29分别含有一个连接到第三低的水平线22的接触部分。第七垂直线30和第八垂直线31分别含有一个连接到第四低的水平线23的接触部分。例如，这些接触部分可以全部由一种金属(A1，W)构成，该金属用于本领域的技术人员已知的接触填充处理。其他的也可以使用，这依赖于接触部分的实际的形成处理。
在第一步骤中，含有熔断丝3、第一低的水平线20、第二低的水平线21、第三低的水平线22和第四低的水平线23的层面通过绝缘层，优选是SiO2进行覆盖。
在第二个步骤中，通过含有平板印刷和蚀刻的图案处理，接触开口被产生以分别形成连接到第一低的水平线20的第一和第二垂直线24和25、连接到第二低的水平线21的第三和第四垂直线26和27、连接到第三低的水平线22的第五和第六垂直线28和29、连接到第四低的水平线23的第七和第八垂直线30和31。接触开口使用现有技术已知的另外处理步骤进行填充金属。
在接下来的含有绝缘层的沉淀、平板印刷和蚀刻的处理顺序中定义了用于将上水平线连接到各个垂直线的开口。在这个顺序中，另外定义上水平线32、33、34、35和36的沟槽在绝缘层中被形成图案。
下面，开口和沟槽被填充金属以用于形成上水平线以及到垂直线的连接点。金属填充是以本领域的技术人员熟知的常规处理步骤进行。
替换的，上水平线32、33、34、35、36如本领域的技术人员熟知的处理顺序，即金属沉淀、平板印刷、蚀刻和介电层的沉淀的顺序形成。
在第二个优选实施形式中，加热丝4含有三个半环用于在熔断丝中产生本地的热点。注意，根据实际的能量分布，加热丝可以含有其他数量的半环。在那种情况下，将要生产的低的水平、上水平以及垂直线的数量必须进行相应的改变。
在此第二优选实施形式中，加热丝4的垂直和水平部分是直线。然而，如果需要，加热丝4的垂直和水平部分可以含有平行于熔断丝3方向的小步幅。如本领域的技术人员所熟知的，处理顺序在那种情况下并不受到影响。
高兴地看到，在非易失存储器单元1的形成中注明的所有处理顺序相应于已知的常规处理步骤，该步骤被使用在其中集成了非易失存储器单元1的特殊半导体装置形成的特定阶段。没有其他的处理步骤是必需的。
另外高兴的看到，非易失存储器单元1的形状并不局限于含有在熔断丝3上面的上水平线32、33、34、35的全环或者多个半环。可以想象，半环的水平线只以“u”形出现在熔断丝3的下面，或者甚至于，一个单半环只含有一个在熔断丝3的一个侧面处的、“u”形、旋转90度角的垂直线。
非易失存储器单元1能够例如在产品测试器上或者在包装之后进行电编程。在编程过程中，加热丝4通过电流进行加热，以在加热线环(或者半环)的空间区域提供另外的热。新＝作为结果，在熔断丝3中所需要的用于编程的能量分布会成功地变得非常小并且因此更加升级到更低的电压操作。在读出非易失存储器单元1中，熔断丝中的电导通被检测。在这个阶段，加热器没有被加热，如果熔断丝保持完整，该加热器会限制在熔断丝3周围的功率分布，并且因此产生熔断丝3的自加热(并且断开熔断丝3，不注意地)。作为结果，读出操作更好的可靠性被提供。
另外注意的是，因为熔断器原则是无源元件，没有直接连接到有源元件例如二极管和晶体管。因此，本发明的观念一般性地适用于含有一个非易失存储器单元1的半导体装置。
关于编程条件所必须的焦耳热分布或者热梯度，基于本发明观念的另外优化是可能的。
权利要求
1.含有电可编程非易失存储器单元(1)布置的半导体装置，该存储器单元形成在半导体表面(2)上，用于存储数据位；非易失存储器单元(1)含有熔断丝(3)和加热丝(4)；熔断丝(3)被作为一个平的线构成，并且另外作为一个存储器单元构成以能够通过由电流产生的焦耳热烧断熔断丝(3)进行编程；加热丝(4)被设置用于通过电流产生的焦耳热来产生附加的热并且在熔断丝(3)的编程过程中将所述附加的热提供给熔断丝(3)，其特征在于，加热丝(4)被作为一个空间围绕熔断丝(3)的加热器构成。
2.根据权利要求1的含有电可编程非易失存储器单元(1)布置的半导体装置，其特征在于，加热丝(4)含有水平的导线部分和垂直的导线部分；水平的导线部分和垂直的导线部分被串联连接以形成加热丝(4)。
3.根据权利要求2的含有电可编程非易失存储器单元(1)布置的半导体装置，其特征在于，水平的导线部分在半导体装置的本地互连和金属化层中作为水平线构成，并且垂直的导线部分作为在半导体装置中的垂直接触和通过部分构成。
4.根据权利要求3的含有电可编程非易失存储器单元(1)布置的半导体装置，其特征在于，在半导体装置中的本地互连和金属化层中的水平线和在半导体装置中的垂直接触和通过部分是作为半导体装置的亚微型层次构成的。
5.根据权利要求1到4之一的含有电可编程非易失存储器单元(1)布置的半导体装置，其特征在于，熔断丝(3)被形成在半导体装置的金属化层中。
6.根据权利要求5的含有电可编程非易失存储器单元(1)布置的半导体装置，其特征在于，空间围绕熔断丝(3)的加热器作为围绕熔断丝(3)的一系列开环布置；开环在平行于熔断丝(3)的方向上缠绕。
7.根据权利要求1到4之一的含有电可编程非易失存储器单元(1)布置的半导体装置，其特征在于，熔断丝(3)被形成在半导体装置的本地互连层中。
8.根据权利要求5或者7的含有电可编程非易失存储器单元(1)布置的半导体装置，其特征在于，空间围绕熔断丝(3)的加热器作为围绕熔断丝(3)的一系列半环布置；半环在平行于熔断丝(3)的方向上缠绕。
全文摘要
含有电可编程非易失存储器单元(1)布置的半导体装置，该存储器单元形成在半导体表面(2)上，用于存储数据位；非易失存储器单元(1)含有熔断丝(3)和加热丝(4)；熔断丝(3)被作为一个平的线构成，并且另外作为一个存储器单元构成以能够通过由电流产生的焦耳热烧断熔断丝(3)进行编程；加热丝(4)被作为一个空间围绕熔断丝(3)的加热器构成，并且加热丝(4)被设置用于通过电流产生的焦耳热来产生附加的热并且在熔断丝(3)的编程过程中将所述附加的热提供给熔断丝(3)。
文档编号H01L27/10GK1404628SQ01805459
公开日2003年3月19日 申请日期2001年12月7日 优先权日2000年12月22日
发明者G·陶 申请人:皇家菲利浦电子有限公司