专利名称：反熔丝的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及电子设备，并且更具体而言，涉及下述电子设备，通过电信号可以将所述电子设备的导电性从相对高的阻抗变为相对低的阻抗状态，在去除了电信号之后该状态保持。
背景技术：
在该技术中术语"熔丝"用于标识出最初(之前)具有低阻抗并且当暴露于高于预定阈值的电流下时切换到高阻抗最终(之后)状态的设备。在其最简单的实施例中， 当导体的小截面暴露于过量电流时熔化，从而中断了它是其一部分的电路。在该技术中术语"反熔丝"用于描述其性能基本上与熔丝相反的设备，即，它最初(之前)具有高阻抗并且当暴露于高于预定阈值的电压下时切换到低阻抗最终(之后)状态。在其最简单的实施例中，当夹在两个导体之间的薄的绝缘电介质暴露于高于预定阈值的"编程"电压时被击穿，从而形成了穿过该电介质的导电通路，因此该设备此后呈现出低得多的最终阻抗。利用反熔丝，不必要的是最初和最终阻抗分别是无穷大和零，只要它们完全不同。因此，如这里就反熔丝而言所使用的，术语“打开”或“断开”以及“闭合”或“接通”分别是指最初的高阻抗状态以及最终的低阻抗状态并且不意味着这些状态具有无穷大和零阻抗。反熔丝多用在现代电子设备中，尤其是与集成电路(IC)相结合使用以提供实质上的非易失性存储器。例如，在制造电子电路期间或之后对反熔丝阵列进行编程以将某些信息或命令存储在电子电路或其存储器部分之内。所存储的信息可以是识别序列号或者其他唯一标记，或者可以是用于软件例程的二进制代码，或者可以确定特定电路的哪一部分是有源的或者在计算或需要非易失性存储器或状态信息的许多其他功能中应该使用的转换因子。重要的是反熔丝易于制造、操作可靠、易于且可靠地被编程且始终被感测、并且同时与作为同一电路或设备的一部分的其他元件相兼容，尤其是当在例如集成电路(IC)或其他常见的电子组件中一起制造它们时。公知的是使用平面型金属氧化物半导体(MOS)结构以形成反熔丝。这些是有吸引力的，因为它们可以是由用于形成复杂IC中的相关金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的相同制造技术形成的。然而，在利用与这两者均是其一部分的IC所需的有源设备相兼容的制造技术来获得最佳特性的反熔丝的过程中仍然存在困难。因此，需要不断改善反熔丝结构以及与先进的集成电路(IC)技术相兼容的制造方法。
在下文中结合以下附图对本发明进行描述，其中相同数字表示相同元件，并且其中图1是金属氧化物半导体(M0Q型反熔丝的简化示意性平面视图；图2是根据现有技术的与图1相对应的反熔丝的简化示意性横断面视图；图3是根据本发明实施例的与图1相对应的反熔丝的简化示意性横断面视图4是用于对在图2和图3中所说明的类型的反熔丝特性进行比较的反熔丝电流与反熔丝电压的图示；图5-12是根据本发明又一实施例的贯穿在不同制造阶段的图1和图3中所说明类型的反熔丝的简化示意性横断面视图；图13是根据本发明又一实施例的与图3和图12的反熔丝相类似的反熔丝的简单平面视图；图14是根据本发明再一实施例的反熔丝的简单平面视图，并且图15和图16是根据本发明再一实施例的图14的反熔丝的简化示意性横断面视图。
具体实施例方式以下详细描述实质上仅仅是示例性的，并且不对本发明或者本发明的应用和使用做出限制。此外，这不受到在先前的技术领域、背景、或者以下详细描述中所出现的任何明示或暗示理论的限制。为了说明简单和清楚起见，附图对一般的构造方式进行说明，并且可以省略对众所周知的特征和技术的描述和细节以避免不必要地模糊本发明。另外，附图中的元件不一定是按比例绘制的。例如，可以相对于其他元件或区域而言放大该图中的一些元件或区域的尺寸以帮助提高对本发明实施例的理解。如果有的话，该描述和权利要求中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等用于区分相似元件并且不一定用于描述特定顺序或按时间的顺序。应该理解的是如此所使用的术语在适当的情况下是可互换的，以便这里所描述的本发明的实施例例如能够按照除了这里所说明的或描述的那些之外的顺序进行操作。此外，术语“包括”、“包含”、“具有”以及其任何变化旨在覆盖非排他性的包含，使得包括元件或步骤列表的处理、方法、制品、或者装置不必局限于这些元件或步骤，而是可以包括未明确列出的或者为这种处理、方法、制品、 或者装置所固有的其他元件或步骤。这里所使用的术语“耦合”被限定为以电或非电方式直接或间接连接。在这里所使用的术语“金属氧化物半导体”和“金属氧化物半导体场效晶体管”以及其各个缩写MOS和MOSFET具有其最广泛的意义，因为在该技术领域中这已是众所周知的。具体地说，应将术语“金属”广义地解释为包括任何类型的相对导电材料。非限制性的示例是各种导电性元件导体、合金及其混合物、半金属和掺杂半导体。类似地，应将术语“氧化物”广义地解释为包括任何类型的绝缘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、其组合、以及其他有机或无机绝缘材料。术语“半导体”(简称“SC”) 和“半导体衬底”意图包括任何类型的半导体而不管是有机的还是无机的，以涵盖类型IV、 类型III-V、以及类型II-VI材料并且涵盖非晶、多晶、单晶材料及其组合以及诸如例如并不意图局限于绝缘体上半导体(SOI)结构的合成物或分层布置。这里就硅半导体而言对各个实施例进行了描述，但是对于本领域普通技术人员来说应该理解的是这仅是为了方便说明起见并且不意图对可使用的包括上面所列举的那些的任何半导体材料做出限制。图1是金属氧化物半导体(MOS)型反熔丝20的简化示意性平面视图。反熔丝20 包括半导体衬底21、21'，在该半导体衬底21、21'中形成了掺杂SC的区域22、22' ；24、 24'并且形成有各个欧姆接触23、23' ；25,25'。具有欧姆接触27、27'的导体沈、26'与衬底21、21'上的掺杂SC的区域22、22' ；24,24'基本上成直角。不具有上撇号(‘) 标记的附图标记与图2的反熔丝30相关联并且具有上撇号(‘)标记的附图标记与图3的反熔丝40相关联。如在图2和3中更容易看到的，导体沈、26'与衬底21、21'和掺杂SC 的区域22、22' ；24,24'通过一个或多个绝缘区分离。硅是半导体衬底21、21'的合适材料，但是也可以使用其他SC材料。图2是根据现有技术的与图1的平面视图相对应的平面MOSFET型反熔丝30的简化示意性横断面视图。反熔丝30包括例如第一导电类型的单片半导体的衬底21，在该衬底21中已典型地形成了但不总是延伸到衬底21的表面四的第二相反导电类型的掺杂区 22、24。掺杂区22J4通过沟道区31间隔开。典型地是二氧化硅的栅极电介质32在表面 29的沟道区31上方。在用于使导体26与衬底21和掺杂区22J4绝缘的电介质32上提供了例如多晶硅的栅极导体26。在导体沈的横向面上典型地提供了电介质侧壁33。此外， 在掺杂区22J4上方还提供了电介质区35、37以确保导体沈与欧姆接触23、25和掺杂区 22,24绝缘。反熔丝30具有典型的MOSFET配置并且多用在该技术领域中，因为它利用标准MOSFET IC制造技术可以很方便地制造。掺杂区22、对类似于源漏区，电介质32类似于栅极氧化物区，导体26类似于栅极。它们各个欧姆接触是传统的。在反熔丝配置中，接触 23,25通常被绑在一起并且与反熔丝端子34相耦合并且栅极导体沈被耦合到反熔丝端子 36。当在端子34、36之间施加了超过电介质32的击穿电压的编程电压时，电介质32击穿导体沈和掺杂区22J4和/或相关的沟道区31之间的某处，并且可在其之间建立低阻抗导电通路。当随后在端子34、36之间提供了感测信号时，观察到该低阻抗(之后)接通状态。虽然由于这种结构小尺寸并且与传统MOSFET IC制造兼容而被广泛使用，但是其特性不是最佳的。例如，在许多应用中要将反熔丝切换到其低阻抗接通状态所需的编程电压大于期望的。在其他应用中，编程电流可以大于期望的，从而需要更大的驱动电路。在还有其他应用中，尤其是在为同时编程而需要采用大规模的并行阵列的反熔丝的情况下，比期望编程电流更高会导致将反熔丝进一步不可靠地编程到阵列中。与更长的编程线中的编程电流相关联的电压降落会引起这些进一步进入的反熔丝(further-in antifuse)处出现的编程电压对于可靠编程来说太低并且这种进一步进入的反熔丝会不能编程或比期望的后编程接通电阻更高。这些和其他困难促成了低于期望功能性和/或可靠性。已发现可以减小编程电压和电流，并且通过提供仍然与现代IC制造技术相兼容的不同结构和改进的制造方法可以提高编程及后编程功能性和/或可靠性。图3是根据本发明实施例的与图1相对应的反熔丝40的简化示意性横断面视图。 反熔丝40包括例如第一导电类型的单片半导体这样的衬底21'，在该衬底21'中已形成了延伸到21'的表面四‘的衬底掺杂区22' ,24'。掺杂区22' ,24'是与衬底21'相同的导电类型或相反的导电类型。任何一个布置是可用的。掺杂区22' ,24'类似于图2的掺杂区22、M并且可以与MOSFET的源-漏区或下述其他设备同时形成，所述其他设备组成了反熔丝40是其一部分的芯片或IC。掺杂区22'、24'通过深度43和宽度45的浅沟槽隔离(STI)区42被间隔开。硅氧化物是用于形成STI区42的适当电介质。STI区42的中心部分46在衬底2Γ的表面四‘的水平面下方下陷量49，并且在STI区42与表面四‘ 相遇的附近具有与区域22' ,24'相邻的薄电介质区或者凸缘44。例如掺杂多晶硅的导体26'覆盖在STI区42的中心部分46以及用于使栅极导体沈‘与掺杂区22'、24'绝缘的薄电介质区或凸缘44上。反熔丝40的击穿(切换)优先发生在掺杂区22' ,24'的弯曲表面55、56分别与导体沈‘之间的圆圈47内的这些薄电介质区或凸缘44之内。为此，还将圆圈47称为“击穿区”47。典型地，在导体沈‘的横向面上提供了与图2的电介质侧壁 33相类似的电介质侧壁33'。在掺杂区22' ,24'上还提供了与图2的区域35、37相类似的进一步电介质区35' ,37'以确保导体沈‘与欧姆接触23' ,25'和掺杂区22' ,24' 绝缘。反熔丝40的几何形状限制了电介质无法优先地发生在被标识为击穿区47的圆圈所包围的局部薄的电介质区44之内并且提供了优越结果。通过比较，在图3的现有技术反熔丝30中，电介质故障可出现在宽的椭圆形37所标识出的区域之内的整个电介质32的任何地方。为此，也将椭圆形37称为“击穿区”37。众所周知的是焦耳加热是电击穿电介质的重要方面。在电击穿期间流动的高度局部化电流使局部温度增大，温度增大促进击穿过程。 局部化温度取决于热生成速率与热消散到周围材料的速率之间的差异。对于现有技术反熔丝30，由于击穿区37与衬底21之间相对大的接触面积以及衬底21的半导体材料的相对高的热传导率，因此在击穿期间发生的大部分焦耳加热对于衬底21被损失。与此相反，与现有技术反熔丝30的击穿区37相比，在反熔丝40中存在STI区42会降低击穿区47附近的局部导热性。例如，在衬底21、21'是硅并且STI区42是硅氧化物的情况下，STI区42的热传导率大约比衬底21的热传导率低两个数量级。通过限制在与STI区42相邻的击穿区 47之内发生反熔丝40的击穿(例如编程)，在编程期间更少的热消散到衬底21'。相对于现有技术反熔丝30而言，这被认为有助于反熔丝40的有效率的编程，因为在编程处理期间的局部焦耳加热被认为显著地有助于与编程相关的电介质击穿。如果在编程期间更少的热能对于衬底21'被损失，那么编程更有效率并且所需的编程能量将会降低。通过下面的表格1的数据来说明与反熔丝30相比针对反熔丝40所获得的编程电流降低，并且在图4中说明编程电压降低。对于这些设备，初始(断开状态)阻抗典型地是数百千兆欧姆的数量级。图1和图2的反熔丝30和图1和3的反熔丝40的编程电流与后编程阻抗
权利要求
1.一种反熔丝，包括第一导电区和第二导电区，所述第一导电区和第二导电区具有间隔开的弯曲部分；以及第一电介质区，所述第一电介质区分离所述间隔开的弯曲部分，从而与所述弯曲部分相结合地形成弯曲的击穿区，所述弯曲的击穿区适于响应于预定施加的编程电压而从基本上非导电状态切换到基本上导电状态。
2.根据权利要求1所述的反熔丝，其中，所述第一导电区和第二导电区是掺杂半导体区域。
3.根据权利要求2所述的反熔丝，其中，所述第二导电区基本上是多晶半导体区域，并且所述第一导电区基本上是单晶半导体区域。
4.根据权利要求2所述的反熔丝，其中，基本上比所述第一电介质区厚的第二电介质区在所述弯曲部分的第一端处与所述第一电介质区相邻。
5.根据权利要求4所述的反熔丝，进一步包括半导体衬底，其中通过掺杂所述衬底来形成所述第一导电区，并且通过对所述衬底的氧化来形成所述第一电介质区。
6.根据权利要求4所述的反熔丝，其中，所述第二电介质区包括在所述衬底中的填充腔的电介质。
7.根据权利要求1所述的反熔丝，其中，所述第一电介质区是热生长的氧化物区。
8.根据权利要求6所述的反熔丝，其中，所述第二电介质区包括由化学气相沉积所形成的电介质。
9.根据权利要求8所述的反熔丝，其中，所述第二电介质区包括部分通过热氧化并且部分通过沉积所形成的电介质。
10.一种用于形成反熔丝的方法，包括提供具有上表面的衬底；形成从所述上表面延伸预定距离到所述衬底中的腔；利用电介质来填充所述腔，所述电介质具有从所述上表面下陷的中心区；在所述衬底表面的弯曲部分上形成弯曲电介质区，所述弯曲电介质区与所述腔相邻并且朝着所述中心区延伸；以及沉积导体，所述导体具有覆盖在所述弯曲电介质区上的弯曲部分，从而在所述弯曲电介质区的任一侧上形成击穿区，所述击穿区包括所述导体的弯曲部分和所述衬底的弯曲部分。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述弯曲电介质区是通过对所述衬底的弯曲部分的氧化来形成的。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述填充步骤包括将电介质沉积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电介质，以便留下所述腔中的所述电介质的其他部分。
13.根据权利要求13所述的方法，其中，在将所述电介质沉积的步骤之前，对所述腔的暴露表面进行处理，以在其上形成氧化物区。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述弯曲电介质区具有在约1至10纳米范围内的厚度。
15.一种具有第一端子和第二端子的反熔丝，包括 衬底，所述衬底具有第一表面；第一导电区，所述第一导电区与和所述第一端子相耦合的所述第一表面相邻； 电介质区，所述电介质区与所述第一导电区相接触；第二导电区，所述第二导电区具有覆盖在所述电介质区上的第一部分、与所述电介质区间隔开的第二部分、以及与所述第二部分间隔开的第三部分；第一接触和第二接触，所述第一接触和第二接触分别与所述第二导电区的所述第一部分和所述第三部分并且与所述第二端子欧姆地相耦合；以及其中，所述第二导体的所述第二部分在所述第二接触与所述电介质区之间提供了比所述第一接触与所述电介质区之间更高的电阻。
16.根据权利要求15所述的电介质，其中，所述电介质区基本上是平面的。
17.根据权利要求15所述的电介质，其中，所述电介质区是弯曲的。
18.根据权利要求17所述的电介质，其中，所述电介质区具有约1至10纳米的厚度。
19.
20.根据权利要求15所述的电介质，其中，所述第二导电区是掺杂的半导体，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掺杂。
全文摘要
一种反熔丝(40、80、90′)包括具有间隔开的弯曲部分(55、56)的第一(22′、24′)和第二(26′)导电区，以及第一电介质区(44)位于其之间，与所述弯曲部分(55、56)相结合地形成弯曲的击穿区(47)，所述弯曲的击穿区(47)适于响应预定施加的编程电压而从基本上非导电状态切换到基本上导电状态。比编程电压低的感测电压用于确定反熔丝的状态是断开(高阻抗)还是接通(低阻抗)。期望，提供与击穿区(47)相邻的浅沟道隔离(STI)区(42)以抑制在编程期间热从击穿区(47)损耗。与利用基本上平面的电介质区(32)的反熔丝(30)相比，观察到较低的编程电压和电流。在又一实施例中，将电阻区(922)插入到具有平面(37)或弯曲(47)击穿区的反熔丝(90、90′)的一个引线(92、92′)中，以改善后编程感测可靠性。
文档编号H01L23/62GK102334185SQ201080009454
公开日2012年1月25日 申请日期2010年2月2日 优先权日2009年2月25日
发明者凯尔·D·茹科夫斯基, 左将凯, 杰夫雷·W·珀金斯, 闵元基 申请人:飞思卡尔半导体公司