专利名称：可编程的多晶硅熔丝器件结构以及其工艺实现方法
技术领域：
本发明涉及一种多晶硅熔丝器件，特别是涉及一种可编程的多晶硅熔丝器件结构以及其工艺实现方法。
背景技术：
多晶硅熔丝器件被广泛使用在集成电路中，起到各种各样的功能。如静态随机存储器(SRAM)中调整几余的存储单兀，以提闻静态随机存储器的广品良率，调节晶振的频率，会特定的应用选择输入/输出接口等等。传统的多晶硅熔丝器件需要比较高的编程电压才能物理上熔断多晶硅，以实现编程前后器件电阻变化的功能。如图1所示的传统的多晶硅熔丝器件，再器件编程时，较大的电流流过熔丝部分时，产生的巨大的热量会将熔丝熔断，这个过程中会产生很大的热量，同时会有多余的多晶硅会析出。这些特点决定了多晶硅熔丝器件周围一段较多的空间内不能放置任何的其它器件，以免这些器件在多晶硅熔丝器件编程过程中受到影响。这个特点决定了多晶硅熔丝器件的集成度很低，这包括两个多晶硅熔丝器件之间的距离较大，其它器件离多晶硅熔丝器件的距离也较大。随着工艺技术的发展，半导体器件的线宽变得更小，器件的集成度变得很高，传统的多晶硅熔丝器件低集成度的缺点显得愈发的明显，在0.25 μ m工艺以下，被金属熔丝器件逐渐的取代，但金属熔丝器件所需的高昂的激光切割机让该器件应用的成本提高许多。另外，传统的多晶硅熔丝器件的高编程电压也是先进工艺上所不能提供的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可编程的多晶硅熔丝器件结构以及其工艺实现方法，本发明的结构使得该器件的编程电压大约在3.5V左右，较低的编程电压和工作电压使得该器件可以应用在多种工艺上。另外，由于没有需要物理上熔断的部分，该器件的可靠性以及器件的良率得到了很好的保证。为解决上述技术问题，本发明的可编程的多晶硅熔丝器件结构，包括:N型的高阻值的多晶硅电阻，P型的高阻值的多晶硅电阻，NP 二极管，阴极接触端，阳极接触端；其中，NP 二极管形成于N、P型的高阻值的多晶硅电阻的交界面上，阴、阳极接触端分别通过N型的高阻值的多晶硅电阻、P型的高阻值的多晶硅电阻连接。所述P型的高阻值的多晶硅电阻，由多晶硅和P型杂质注入组成，其阻值在2 3Kohm。所述N型的高阻值的多晶硅电阻，由多晶硅和N型杂质注入组成，其阻值在2 3Kohm。所述阴极接触端，由N型的低阻值的多晶硅电阻、接触孔以及金属导线组成，其阻值在10 20ohm ;其中，N型的低阻值的多晶娃电阻中，多晶娃上有金属娃化物。所述阳极接触端，由P型的低阻值的多晶硅电阻、接触孔以及金属导线组成，其阻值在10 20ohm ;其中，P型的低阻值的多晶硅电阻中，多晶硅上有金属硅化物。另外，本发明还提供了一种可编程的多晶硅熔丝器件的工艺实现方法，包括步骤:(1)在P型衬底上氧化生成氧化层场区；(2)在氧化层场区上，生成多晶硅区域；(3)多晶硅区域的一侧利用离子注入工艺注入P型杂质形成P型多晶硅，在另一侧利用离子注入工艺注入N型杂质形成N型多晶硅，在N、P型交界处形成NP 二级管；(4)在P型的高阻值的多晶硅电阻区和N型的高阻值的多晶硅电阻区，利用CVD(化学气相沉积)产生氧化硅或氮化硅，以阻止金属硅化物的形成；(5)利用金属硅化物工艺，在多晶硅上的P型的低阻值的多晶硅电阻区和N型的低阻值的多晶硅电阻区形成一层金属硅化物；(6)利用通孔工艺以及后端金属工艺形成通孔和金属连线，完成多晶硅熔丝器件的阴极接触端和阳极接触端的引出。所述步骤(1)、⑵中，氧化层场区和多晶硅区域的厚度都为0.2 0.3 μ m。所述步骤(3 )中，注入P型杂质形成P型多晶硅中，其注入浓度为I X IO13CnT2
8X IO13CnT2 ;注入N型杂质形成N型多晶硅中，其注入浓度为IXlO13Cnr2 8X1013cm_2。所述步骤(4)中，注入P型杂质且没有金属硅化物的地方，形成P型的高阻值多晶硅电阻区；注入N型杂质且没有金属硅化物的地方，形成N型的高阻值多晶硅电阻区；氧化硅或氮化硅的厚度为0.02 0.04 μ m。所述步骤(5)中，金属硅化物的厚度为0.02 0.04 μ m。本发明通过器件结构上的创新，在多晶硅熔丝器件中引入了 NP 二级管，利用NP 二级管方向击穿前后电阻地急剧变化来区分该器件的两种阻止状态，从而改变了该器件需要物理性熔断的机制。这个创新降低了该器件的编程电压，即该编程电压可以低到3.5V左右，编程前该器件会呈现高阻态(电阻在几兆欧左右)，编程后该器件会呈现低阻态(电阻在几千欧左右)，因此，可以减小该器件编程时所产生的热量，以及多余多晶硅的析出，从而减小了多晶硅熔丝器件之间的距离，电路上其它器件与多晶硅熔丝器件的距离，提高了器件的集成度，以及对其它器件的干扰，并且使得多晶硅熔丝器件能应用到更小的工艺节点上，同时其与逻辑工艺的兼容性，电学编程机制极大的减小了该器件使用的成本，与金属熔丝器件相比，该器件有十分明显的成本优势。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明:图1是传统的多晶硅熔丝器件的结构；图2是本发明的多晶硅熔丝器件的结构；图3是本发明的多晶硅熔丝器件的纵向示意图；图4是编程前的多晶硅熔丝器件的电阻示意图；图5是编程后的多晶硅熔丝器件的电阻示意图。图中附图标记说明如下:101为N型的高阻值的多晶硅电阻102为P型的高阻值的多晶硅电阻103为N型的低阻值的多晶硅电阻104为P型的低阻值的多晶硅电阻105为NP 二极管106为氧化硅或氮化硅108为阴极接触端107为阳极接触端109为衬底110为氧化层场区111为金属硅化物201、301为阴极接触端电阻202、302为N型的多晶硅电阻Rn203为NP 二极管反向电阻204、304为P型的多晶硅电阻Rp205、305为阳极接触端电阻303为NP 二级管反向击穿之后等效的电阻值
具体实施例方式本发明的可编程的多晶硅熔丝器件结构，如图2所示，包括:N型的高阻值的多晶硅电阻101，由多晶硅和N型杂质注入组成，其阻值在2 3Kohm ;该多晶娃上没有金属娃化物111,因为该多晶娃上利用氧化娃或氮化娃106在金属硅化物111形成的工艺中起到保护层的作用，以阻止该多晶硅上形成金属硅化物，以达到形成高阻值电阻的N型多晶硅电阻的目的；
P型的高阻值的多晶硅电阻102，由多晶硅和P型杂质注入组成，其阻值在2 3Kohm ;该多晶娃上没有金属娃化物111,因为该多晶娃上利用氧化娃或氮化娃106在金属硅化物111形成的工艺中起到保护层的作用，以阻止该多晶硅上形成金属硅化物111，以达到形成高阻值的P型多晶硅电阻的目的；NP 二极管105，由P型的高阻值的多晶硅电阻102和N型的高阻值的多晶硅电阻101组成，该NP 二极管105形成于N、P型的高阻值的多晶硅电阻的交界面上；阴极接触端108，由N型的低阻值的多晶硅电阻103、接触孔以及金属导线组成，其阻值在10 20ohm ;其中，N型的低阻值的多晶硅电阻103中，多晶硅上有金属硅化物111 ;阳极接触端107，由P型的低阻值的多晶硅电阻104、接触孔以及金属导线组成，其阻值在10 20ohm ;其中，P型的低阻值的多晶硅电阻104中，多晶硅上有金属硅化物111。其中，阴、阳极接触端分别通过N、P型的高阻值的多晶硅电阻连接，具体如下:阴极接触端108连接到N型的高阻值的多晶硅电阻101，N型的高阻值的多晶硅电阻101连接到NP 二极管105，NP 二极管105连接到P型的高阻值的多晶硅电阻102，P型的高阻值的多晶硅电阻102连接到阳极接触端107。对于上述多晶硅熔丝器件结构，其具体的工艺实现方法，如图3所示，包括步骤:(I)在P型衬底109上，氧化生成氧化层场区110，其厚度为0.2 0.3“111;(2)在氧化层场区110上，生成多晶硅区域，其厚度为0.2 0.3μπι;(3)多晶硅区域的一侧利用离子注入工艺注入P型杂质形成P型多晶硅，其注入浓度为I X IO13CnT2 8 X IO13CnT2,优选为3 X IO1W,在另一侧利用离子注入工艺注入N型杂质形成N型多晶娃,其注入浓度为IX IO13CnT2 8Χ IO13CnT2,优选为2X IO13CnT2,在N、P型交界处形成NP 二级管105 ；(4)在P型的高阻值的多晶硅电阻102区和N型的高阻值的多晶硅电阻101区，利用CVD产生氧化硅或氮化硅106，以阻止金属硅化物的形成；该氧化硅或氮化硅的厚度为
0.02 0.04 μ m ;其中，注入P型杂质且没有金属硅化物的地方，形成P型的高阻值的多晶硅电阻102区；注入N型杂质且没有金属硅化物的地方，形成N型的高阻值的多晶硅电阻101区；(5)利用金属娃化物工艺(常规的silicide工艺)，在多晶娃上形成一层金属娃化物111，由于氧化硅或氮化硅106的作用，P型的高阻值的多晶硅电阻102区和N型的高阻值的多晶硅电阻101区上不能形成金属硅化物111，而在阴极接触端108 (N型的低阻值的多晶硅电阻103区)和阳极接触端107 (P型的低阻值的多晶硅电阻104区)会形成金属硅化物111，该金属硅化物的厚度为0.02 0.04 μ m ;(6)利用通孔工艺以及后端金属工艺形成通孔和金属连线，完成多晶硅熔丝器件的阴极接触端108和阳极接触端107的引出。本发明的可编程的多晶硅熔丝器件，使用时，如下:如图4所示，当在该器件的阴极接触端电阻201上施加一个低于器件编程电压的电位时，如2.5V或更低的电压，该器件的NP 二极管没有被击穿，出于反偏工作状态，整个器件的电阻:由阴极接触端电阻201、N型的多晶硅电阻Rn 202,NP 二极管反向电阻203、P型的多晶硅电阻Rp 204和阳极接触端电阻205组成，这几个电阻中阴极接触端电阻201，阳极接触端电阻205在几欧姆左右，N型的多晶硅电阻Rn 202，P型的多晶硅电阻Rp 204在几千欧姆左右，NP 二极管反向电阻203在几兆欧姆左右，整个电阻被NP 二极管反向电阻203所决定，从整体上看，这个回路中的电阻在几兆欧姆左右，是一个断路的状态；当在该器件的阴极接触端电阻201上施加一个大于器件编程电压的电位时(即该电位大于NP 二极管反向击穿电压)如3.5V时，该器件中的NP 二极管被反向击穿，其电阻一下变成几欧姆的状态，如图5所示，这时该器件的总电阻就取决于N型的多晶硅电阻Rn302，P型的多晶硅电阻Rp 304在几千欧姆左右；这两种状态在电路中能很好的识别为O和I两种状态，其作用相当于传统的多晶硅熔丝器件在熔断前后的两种状态的区分。本发明开发出的可编程的多晶硅熔丝器件，该器件能显著的降低多晶硅熔丝器件的编程电压，这个特点使得该器件的应用中不再需要额外的电路来产生一个高电压做为多晶硅熔丝器件编程时使用，这不但能降低电路设计的难度，同时也较小了整个电路由于高压应用而引起的漏电大的问题；没有物理性的熔断机制，使得该器件在编程时所产生的热量很小，同时也没有多余的多晶硅会析出，这些特点使得该多晶硅熔丝器件之间的间距可以极大的缩小，同时电路中其它器件距离这种多晶硅熔丝器件的距离也能变得很小，这之间提高了这种多晶硅熔丝器件的集成度。由于和普通的逻辑工艺相兼容，该器件的生产不会增加任何其它额外的生产成本；用电学的方式进行的编程方式，使得该器件不用像金属熔丝器件那样需要高昂的激光切割机，这极大的减小了该器件应用的成本，使得该器件可以应用在0.25 μ m以下的工艺中。
权利要求
1.一种可编程的多晶硅熔丝器件结构，其特征在于，包括:N型的高阻值的多晶硅电阻，P型的高阻值的多晶硅电阻，NP 二极管，阴极接触端，阳极接触端；其中，NP 二极管形成于N、P型的高阻值的多晶硅电阻的交界面上，阴、阳极接触端分别通过N型的高阻值的多晶硅电阻、P型的高阻值的多晶硅电阻连接。
2.如权利要求1所述的结构，其特征在于:所述P型的高阻值的多晶硅电阻，由多晶硅和P型杂质注入组成，其阻值在2 3Kohm。
3.如权利要求1所述的结构，其特征在于:所述N型的高阻值的多晶硅电阻，由多晶硅和N型杂质注入组成，其阻值在2 3Kohm。
4.如权利要求1所述的结构，其特征在于:所述阴极接触端，由N型的低阻值的多晶硅电阻、接触孔以及金属导线组成，其阻值在10 20ohm ； 其中，N型的低阻值的多晶硅电阻中，多晶硅上有金属硅化物。
5.如权利要求1所述的结构，其特征在于:所述阳极接触端，由P型的低阻值的多晶硅电阻、接触孔以及金属导线组成，其阻值在10 20ohm ； 其中，P型的低阻值的多晶硅电阻中，多晶硅上有金属硅化物。
6.如权利要求1所述的可编程的多晶硅熔丝器件的工艺实现方法，包括步骤: (1)在P型衬底上氧化生成氧化层场区； (2)在氧化层场区上，生成多晶硅区域； (3)多晶硅区域的一侧利用离子注入工艺注入P型杂质形成P型多晶硅，在另一侧利用离子注入工艺注入N型杂质形成N型多晶硅，在N、P型交界处形成NP 二级管； (4)在P型的高阻值的多晶硅电阻区和N型的高阻值的多晶硅电阻区，利用CVD产生氧化硅或氮化硅； (5)利用金属硅化物工艺，在多晶硅上的P型的低阻值的多晶硅电阻区和N型的低阻值的多晶硅电阻区形成一层金属硅化物； (6)利用通孔工艺以及后端金属工艺形成通孔和金属连线，完成多晶硅熔丝器件的阴极接触端和阳极接触端的引出。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于:所述步骤(I)、(2)中，氧化层场区和多晶硅区域的厚度都为0.2 0.3 μ m。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于:所述步骤(3)中，注入P型杂质形成P型多晶娃中，其注入浓度为IX IO13CnT2 8X IO13CnT2 ； 注入N型杂质形成N型多晶硅中，其注入浓度为I X IO13CnT2到8 X 1013cm_2。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于:所述步骤(4)中，注入P型杂质且没有金属硅化物的地方，形成P型的高阻值多晶硅电阻区；注入N型杂质且没有金属硅化物的地方，形成N型的高阻值多晶硅电阻区； 氧化硅或氮化硅的厚度为0.02 0.04 μ m。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于:所述步骤(5)中，金属硅化物的厚度为.0.02 0.04 μ m。
全文摘要
本发明公开了一种可编程的多晶硅熔丝器件结构以及其工艺实现方法，该结构包括N、P型的高阻值的多晶硅电阻，NP二极管，阴、阳极接触端；其方法包括1)在P型衬底上生成氧化层场区；2)在氧化层场区上，生成多晶硅区域；3)多晶硅区域的一侧形成P型多晶硅，另一侧形成N型多晶硅，在N、P型交界处形成NP二级管；4)在P、N型的高阻值多晶硅电阻区产生氧化硅或氮化硅，以阻止金属硅化物的形成；5)在多晶硅上的P型的低阻值的多晶硅电阻区和N型的低阻值的多晶硅电阻区形成金属硅化物；6)形成通孔和金属连线，完成多晶硅熔丝器件的阴阳极端的引出。本发明可应用在多种工艺上，且其可靠性以及器件的良率得到了很好的保证。
文档编号H01L23/525GK103107159SQ20111035567
公开日2013年5月15日 申请日期2011年11月11日 优先权日2011年11月11日
发明者仲志华 申请人:上海华虹Nec电子有限公司