专利名称：基于finfet的一次可编程器件的制作方法
技术领域：
本实用新型总体上涉及半导体领域。更具体地，本实用新型涉及一次可编程半导体器件领域。
背景技术：
一次可编程(OTP)半导体器件被广泛使用，例如，以允许集成电路(IC)中的制造后设计变化。例如，在器件制造后，但在商业流通之前，可对嵌于半导体芯片中的一组OTP器件进行编程，以为该芯片提供永久序列号编码。作为替代，在某些应用中可对单个OTP器件进行编程，从而在器件制造后，甚至在IC流通至客户后能永久地启用或禁用一部分1C。虽然由OTP器件启用的功能是期望的，但传统实施的缺点在于增加了成本，这是由于传统晶体管制造步骤之外的附加处理步骤的成本，并且由于提供隔开的传感晶体管(例如，用于检测OTP器件的编程状态)而需要的电路面积。作为具体实例，实施OTP器件的一种传统的方法是利用分离沟道构造，其中，OTP器件包括横向延伸的栅极结构，栅极结构具有两个不同的栅极电介质厚度。栅极电介质的较薄部分提供OTP器件的编程元件。栅极电介质的该较薄部分可被制成被破坏性地毁掉并且形成从延伸的栅极至下部沟道的导电路径，从而将传统的OTP器件置于“被编程”状态。然而该方法要求电路面积专用于编程元件、通过使用编程元件进行编程的晶体管、以及用于检测OTP器件的编程状态的分离的传感器件。此外，该方法与出现的晶体管架构基本不兼容，诸如设想用于22mm技术节点及以外的鳍式场效晶体管(FinFET)架构。因此，需要提供一种也能与FinFET制造工艺兼容的紧凑且可靠的OTP器件来克服现有技术中的缺点和不足。
实用新型内容一种基于FinFET的一次可编程(OTP)器件，大致在至少一幅附图中示出和/或说明，并且在权利要求中更详尽地阐述。(I)一种一次可编程(OTP)器件，包括:存储FinFET，与传感FinFET平行，其中，所述存储FinFET和所述传感FinFET共享公共源极区、公共漏极区和公共沟道区；所述存储FinFET通过具有断裂的栅极电介质而被编程；从而所述传感FinFET由于所述存储FinFET被编程而具有改变的阈值电压和改变的漏极电流。(2)根据(I)所述的一次可编程器件，其中，所述一次可编程器件被实现为四端子器件。(3)根据(I)所述的一次可编程器件，其中，所述存储FinFET和所述传感FinFET被实现为单片集成的硅FinFET。(4)根据(I)所述的一次可编程器件，其中，所述存储FinFET的栅极和所述传感FinFET的另一栅极在所述一次可编程器件的半导体鳍的相反侧上耦合至所述公共沟道区，所述半导体鳍包括所述公共源极区、所述公共漏极区和所述公共沟道区。[0010](5)根据(I)所述的一次可编程器件，其中，所述一次可编程器件是使用22nm以下技术节点的FinFET制造工艺制造的。 (6)根据(I)所述的一次可编程器件，其中，所述存储FinFET的栅极通过所述断裂的栅极电介质而欧姆耦合至所述公共沟道区。(7)根据(I)所述的一次可编程器件，其中，所述断裂的栅极电介质包括氧化硅。(8)根据(I)所述的一次可编程器件，其中，所述断裂的栅极电介质包括高K电介质。(9)根据(I)所述的一次可编程器件，其中，所述存储FinFET的栅极包括多晶硅。(10)根据(I)所述的一次可编程器件，其中，所述存储FinFET的栅极包括栅极金属。
图1示出在编程之前根据本实用新型的一个实施方式的基于FinFET的一次可编程(OTP)器件。图2A示出根据本实用新型的一个实施方式的图1的示意性基于FinFET的OTP器件的概念性电路代表。图2B示出概念性电路代表，对应于根据本实用新型的一个实施方式的图1的基于FinFET的OTP器件的编程状态。图2C示出概念性电路代表，对应于根据本实用新型的一个实施方式的已编程的基于FinFET的OTP器件。图3是示出使用根据本实用新型的一个实施方式的基于FinFET的OTP器件的方法的流程图。图4示出已编程的基于FinFET的OTP器件，对应于根据本实用新型的一个实施方式的图2C的概念性电路代表。
具体实施方式
本实用新型提供了一种基于鳍式场效晶体管(FinFET)的一次可编程(OTP)器件。以下说明包含与本实用新型实施有关的详细信息。本领域的技术人员应当理解，本实用新型可以按与本申请中具体讨论的不同的方式实施。此外，为了不使本实用新型晦涩难懂，未讨论本实用新型的某些具体细节。本申请中的附图和附随的详细说明仅用于本实用新型的示意性实施方式。为保持简洁，本实用新型的其他实施方式未在本申请中具体说明并且也未由附图详细地示出。应当理解，除非另有说明，图中相同的或对应的元件可由相同的或对应的参考数字表示。此夕卜，本申请中的附图和示例一般未按比例绘制，并且不旨在对应于实际的相关尺寸。图1示出根据本实用新型的一个实施方式的基于FinFET的OTP器件100，其能克服传统技术中存在的缺点和不足。如图1示出，基于FinFET的OTP器件100包括半导体鳍110，其包含源极区112、漏极区114、和沟道区116。基于FinFET的OTP器件100还包括栅极118a和118b，通过各自栅极电介质119a和119b电容地耦合于沟道区116。如可从图1的实例可知，基于FinFET的OTP器件100体现为两个单片集成的FinFET器件，例如，使用栅极118a控制的第一器件和使用栅极118b控制的第二器件，它们共享源极区112作为公共源极区，共享漏极区114作为公共漏极区，以及共享沟道区116作为公共沟道区。基于FinFET的OTP器件100可实现为IV族半导体器件，如在22nm以下技术节点使用FinFET制造工艺制造的诸如硅或锗器件。例如，根据一个实施方式，半导体鳍110在也可包含娃的基底(图1中未不出基底)表面上形成为娃鳍，如夕卜延娃鳍。在该实施方式中，可使用本技术领域中已知的掩模和蚀刻工艺步骤形成半导体鳍110。半导体鳍110可适当地掺杂形成源极区112和漏极区114。虽然图1未具体地描绘掺杂状态，但应当理解，可适当地构成基于FinFET的OTP器件100并掺杂以提供使用栅极118a和118b控制的N型或P型器件(分别为NFET或PFET )。栅极118a和118b例如可包括掺杂的多晶硅栅极，并且均可通过各自栅极电介质119a和119b在基于FinFET的OTP器件100的编程之前电容地耦合至沟道区116，如图1示出。栅极电介质119a和119b可包括娃，并且例如可以二氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)栅极电介质实现。作为替代，栅极电介质119a和119b可包括高K电介质，如二氧化铪(HfO2)、二氧化锆(ZrO2)等，而栅极118a和118b可包括栅极金属。例如，在基于FinFET的OTP器件100是使用N型FinFET实现的实施方式中，栅极118a和118b例如可从任何适用于NFET器件的栅极金属中选择，诸如钽(Ta)、氮化钽(TaN)、或氮化钛(TiN)。此外，在基于FinFET的OTP器件100是使用P型FinFET实现的实施方式中，栅极118a和118b例如可从任何适用于PFET器件的栅极金属中选择，诸如钥(Mo)、钌(Ru)、或氮碳化钽(TaCN)。参考图2A，图2A示出概念性电路200A，对应于图1中在编程之前的基于FinFET的OTP器件100，例如，根据本实用新型的一个实施方式如图1示出的处于未编程状态的基于FinFET的OTP器件100。如图2A示出，概念性电路200A包括源极节点212、漏极节点214、沟道区216、和栅极218a和218b，分别对应于图1中的基于FinFET的OTP器件100的共享的公共源极区112、公共漏极区114、公共沟道区116、栅极118a和118b。如可从图1和图2A明显看出，在编程之前，基于FinFET的OTP器件100关于受栅极118a和118b控制的FinFET器件对称。换句话说，在基于FinFET的OTP器件100的编程之前，受栅极118a或118b控制的FinFET可被实现为已编程的存储单元，而另一 FinFET可用于检测存储单元的编程状态。将使用图2B、图2C、图3、图4的组合进一步说明基于FinFET的OTP器件100的使用。图2B示出概念性电路代表，对应于基于FinFET的OTP器件100的编程状态实例，而图2C示出概念性电路代表，对应于根据本实用新型的一个实施方式的编程后的基于FinFET的OTP器件100。此外，图4示出编程的基于FinFET的OTP器件400，对应于根据本实用新型的一个实施方式的图2C的概念性电路代表。图3示出说明使用双FinFET OTP器件，诸如图1中的根据本实用新型的一个实施方式的基于FinFET的OTP器件100的方法的流程图。流程图300中已省去对于本领域技术人员显而易见的某些细节和特征。例如，一个步骤可由一个或多个子步骤或可包含如本领域中已知的专业设备或材料。虽然流程图300中示出的步骤310至330足以说明本实用新型的一个实施方式，但本实用新型的其他实施方式可使用与流程图300示出的步骤不同的步骤，或可包括更多或更少的步骤。参考图3中的步骤310和图1中的基于FinFET的OTP器件100，流程图300的步骤310包括:提供基于FinFET的器件100，其包括存储FinFET以及传感FinFET，它们单片集成以共享公共源极区112、公共漏极区114、和公共沟道区116。如以上说明，由于编程之前基于FinFET的OTP器件100的对称性，使用栅极118a或118b控制的FinFET可被指定用作存储FinFET，而另一个FinFET可用作传感FinFET，用于检测基于FinFET的OTP器件100的编程状态。根据图1和图2A示出的实施方式，基于FinFET的OTP器件100是双FinFETOTP结构，以四端子器件实现，例如端子对应于共源极节点212、共漏极节点214、以及每个栅极218a和218b。移动至图3的步骤320并分别参考图2B和图2C中的概念性电路代表200B和200C、以及图4中的基于FinFET的OTP器件400，流程图300的步骤320包括:施加编程电压至被指定为存储FinFET的FinFET的栅极以破坏其栅极电介质，从而获得存储FinFET的已编程状态。虽然如以上说明，使用栅极218a或218b控制的FinFET均可被指定用作存储FinFET，但在图2B中示出的本实用新型的实施方式中，使用栅极218a控制的FinFET已被选作被编程为存储FinFET。如图2B示出，步骤320中，施加编程电压至栅极218a可通过施加相对较高的电压，诸如大致为5V的编程电压，例如至栅极218a，并且同时接地共源极节点212、共漏极节点214、以及被指定为传感器件的FinFET的栅极218b。执行流程图300的步骤320的结果在图2C和图4中示出。参考图2C，图2B中示出的编程步骤导致产生功能性非对称的基于FinFET的OTP结构，其包括与受栅极232控制的传感FinFET 230单片集成的存储FinFET220，存储FinFET 220包括栅极222，栅极222具有断裂的栅极电介质(图2C中表示为断裂226)，栅极232具有基本完整的栅极电介质。现参考图4，图4示出已编程的基于FinFET的OTP器件400，对应于根据本实用新型的一个实施方式的概念性电路代表200C。从图1和图4的对比可清楚地看出，基于FinFET的OTP器件400可以看作是关于图1示出的基于FinFET的OTP器件100的执行流程图300的步骤320的结果。基于FinFET的OTP器件400包括半导体鳍410，其包括共享的公共源极区412、公共漏极区414和公共沟道区416。包括共享的公共源极区412、公共漏极区414和公共沟道区416的半导体鳍410对应于图1中包括共享的公共源极区112、公共漏极区114、和公共沟道区116的半导体鳍110。图4中基于FinFET的OTP器件400还包括栅极418和栅极电介质419，对应于图1中的栅极118b和栅极电介质119b。如图4中示出，使用栅极418控制的在半导体鳍410的一侧电容地耦合于公共沟道区416的FinFET现被确定为基于FinFET的OTP器件400的传感FinFET 430。如图4进一步示出，已编程的存储FinFET 420在与耦合至栅极418的半导体鳍410的侧相反的半导体鳍410的另一侧耦合至公共沟道区416。换句话说，基于FinFET的OTP器件400包括与传感FinFET 430平行的存储FinFET 420，其中，存储FinFET 420和传感FinFET430共享公共源极区412、公共漏极区414和公共沟道区416。由于基于FinFET的OTP器件400的编程，存储FinFET 420的栅极422通过断裂的栅极电介质424中的断裂426欧姆地耦合至公共沟道区416。此外，栅极418和422形成在半导体鳍410的相反侧使栅极电介质419与断裂的栅极电介质424和公共沟道区416的界面相对隔开，从而栅极电介质419将基本不会受使在断裂的栅极电介质424中形成断裂426的编程电压的施加的影响。[0036]如以上说明，在一个实施方式中，栅极电介质419和断裂的栅极电介质424可包括包含硅的电介质，诸如SiO2或Si3N4，而传感FinFET栅极418和存储FinFET栅极422可例如包括掺杂的多晶硅。作为替换，在其他实施方式中，栅极电介质419和断裂的栅极电介质424中的一个或两个可包括诸如Hf02、Zr02等的高κ电介质。此外，根据基于FinFET的OTP器件400是实现为NFET还是PFET器件，当断裂的栅极电介质424包括高κ电介质时，存储FinFET栅极422例如可包括诸如Ta、TaN、TiN、Mo、Ru或TaCN的栅极金属。进行至图3的步骤330，且继续参考图4中的基于FinFET的OTP器件400，流程图300的步骤330包括:使用传感FinFET 430检测存储FinFET420的编程状态。当如步骤320中的描述被编程时，存储FinFET 420的栅极422通过断裂的栅极电介质424与公共沟道区416的欧姆耦合将导致当与未编程状态下的可比FinFET结构(如使用图1中的基于FinFET的OTP器件100的栅极118a和118b控制的任一 FinFET)对比时，传感FinFET 430具有改变的阈值电压和漏极电流。因此，传感FinFET 430的改变的阈值电压和/或改变的漏极电流可被用作识别基于FinFET的OTP器件400的编程状态的检测标准。换句话说，本实用新型的实施方式通过使用传感FinFET 430检测存储FinFET 420 (传感FinFET 430与其单片集成)的编程状态，能有利地通过基于FinFET的OTP器件400进行自检测。从而，通过单片集成共享公共源极区、公共漏极区和公共沟道区的存储器件和传感器件，本申请公开了一种高度紧凑的OTP器件设计。此外，通过使被用作OTP器件的编程元件的存储器件的栅极电介质的位置与单片集成的传感器件的控制栅极相反，本申请公开了一种牢固可靠的OTP器件，被配置为避免在编程期间对传感器件造成损害。此外，通过使用FinFET结构实现OTP器件，本申请公开一种OTP器件，其不仅能与22nm技术节点的FinFET制造工艺兼容，而且可在除了普通22nm的FinFET晶体管所需制造步骤之外基本不增加附加处理步骤的情况下被有利地制造。此外，文中公开的基于FinFET的OTP器件的实施方式可被设想随着22nm技术节点以下的制造工艺的发展而有利地扩展。从本实用新型的以上说明，显然在不违背本实用新型的范围情况下可使用各种技术执行本实用新型概念。此外，虽然已参考某些具体实施方式
对本实用新型进行了说明，但本领域技术人员应当理解，在不违背本实用新型的精神和范围的情况下，可对其形式和细节进行修改。因此，说明的实施方式应理解为用于说明而不是限制。应当理解，在不背离本实用新型的范围情况下，本实用新型不限于此处的具体实施方式
，而是可以各种重新布置形式、修改形式、和替换形式。
权利要求1.一种基于FinFET的一次可编程器件,包括: 传感FinFET ；以及 存储FinFET，与传感FinFET平行，其中，所述存储FinFET和所述传感FinFET共享公共源极区、公共漏极区和公共沟道区， 其中，所述存储FinFET具有断裂的栅极电介质。
2.根据权利要求1所述的基于FinFET的一次可编程器件，其中，所述一次可编程器件为四端子器件。
3.根据权利要求1所述的基于FinFET的一次可编程器件，其中，所述存储FinFET和所述传感FinFET为单片集成的硅FinFET。
4.根据权利要求1所述的基于FinFET的一次可编程器件，其中，所述存储FinFET的栅极和所述传感FinFET的另一栅极在所述一次可编程器件的半导体鳍的相反侧上耦合至所述公共沟道区，所述半导体鳍包括所述公共源极区、所述公共漏极区和所述公共沟道区。
5.根据权利要求1所述的基于FinFET的一次可编程器件，其中，所述存储FinFET的栅极通过所述断裂的栅极电介质而欧姆耦合至所述公共沟道区。
专利摘要根据一个实施方式，提供了一种基于FINFET的一次可编程器件。该一次可编程(OTP)器件包括与传感FinFET平行的存储FinFET。存储FinFET和传感FinFET共享公共源极区、公共漏极区和公共沟道区。存储FinFET通过具有断裂的栅极电介质而被编程，导致传感FinFET具有改变的阈值电压和改变的漏极电流。
文档编号G11C17/08GK202996838SQ201220426708
公开日2013年6月12日 申请日期2012年8月24日 优先权日2011年8月26日
发明者夏维, 陈向东 申请人:美国博通公司