CN103855127A - 可编程的多晶硅二极管熔丝器件结构及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可编程的多晶硅二极管熔丝器件的结构，包括P型掺杂的多晶硅阳极、N型掺杂的多晶硅阴极和金属硅化物；所述金属硅化物覆盖在多晶硅阳极和多晶硅阴极上。本发明还公开了上述结构的熔丝器件的制造方法。本发明通过在多晶硅熔丝器件的结构中引入NP二极管与表层金属硅化物，利用NP二级管正向导通时电压低，反向截止时阻抗大的特点，使编程时电流只从表面的金属硅化物流过，从而显著降低了熔丝器件的编程电压，并使器件的集成度得到提高。

Description

可编程的多晶硅二极管熔丝器件结构及制造方法

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，特别是涉及一种可编程的多晶硅二极管熔丝器件的结构以及该结构的工艺实现方法。

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)中调整冗余的存储单元，以提高静态随机存储器的产品良率，调节晶振的频率，为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，传统的多晶硅熔丝器件在编程时，较大的电流流过熔丝部分时，会产生巨大的热量，将熔丝熔断，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。这样，两个多晶硅熔丝器件之间就不得不保持较大的距离，其它器件离多晶硅熔丝器件的距离也得较大，这使得多晶硅熔丝器件的集成度很低。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。目前，在0.25μm工艺以下，传统的多晶硅熔丝器件被金属熔丝器件逐渐取代，但金属熔丝器件需要高昂的激光切割机，这让该器件的应用成本提高许多；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二极管熔丝器件结构，它可以显著降低多晶硅熔丝器件的编程电压，并可以提高器件的集成度。

为解决上述技术问题，本发明的可编程的多晶硅二极管熔丝器件结构，包括P型掺杂的多晶硅阳极、N型掺杂的多晶硅阴极和金属硅化物；所述金属硅化物覆盖在所述多晶硅阳极和多晶硅阴极上。

本发明要解决的技术问题之二是提供上述结构的可编程的多晶硅二极管熔丝器件的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明的可编程的多晶硅二极管熔丝器件的制造方法，步骤包括：

1）在P型衬底上通过氧化形成场区；

2）在场区上生长一层多晶硅；

3）在多晶硅区域的两侧分别注入P型杂质和N型杂质，形成P型掺杂的多晶硅阳极和N型掺杂的多晶硅阴极；

4）在多晶硅表面生长一层金属硅化物；

5）制作接触孔和金属导线，引出器件的阳极接触端和阴极接触端。

本发明的可编程的多晶硅二极管熔丝器件，通过器件结构上的创新，在多晶硅熔丝器件中引入NP二极管与表层的金属硅化物，利用NP二级管正向导通时电压低，反向截止时阻抗大的特点，使得编程时电流强制从表面的金属硅化物走，从而使该器件可以在低电压下获得大电流。与现有的熔丝器件相比，本发明的多晶硅二极管熔丝器件具有以下优点和有益效果：

1.能显著降低多晶硅熔丝器件的编程电压，这样器件编程时就不再需要额外的电路来产生一个高电压，从而不仅降低了电路设计的难度，同时也减小了整个电路由于高压应用而引起的漏电大的问题。

2.器件编程瞬间，电流只流过金属硅化物，整个器件可以在低电压的情况下能获得很高的电流密度，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地缩小，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，这使多晶硅熔丝器件的集成度得以提高。

3.NP二极管与金属硅化物电阻并联，使得正向偏压时只要很小的电压即可导通；而反向偏压时，所有的电压都加在金属硅化物电阻上，而金属硅化物本身电阻很小，因此流经金属硅化物的电流密度很大，可以迅速把金属硅化物熔断，且它带来的热量也可以彻底把下层多晶硅熔断，使电路断路，因此器件的可靠性和良率能够得到很好的保证。

4.逻辑工艺和普通的逻辑工艺相兼容，因此器件的生产不会增加额外的生产成本。此外，采用电学的方式进行编程，不必像金属熔丝器件那样需要使用昂贵的激光切割机，因此器件的应用成本较低。

附图说明

图1是传统的多晶硅熔丝器件的结构示意图。

图2是本发明的多晶硅二极管熔丝器件的横向结构示意图。

图3是本发明的多晶硅二极管熔丝器件的纵向结构示意图。

图4是编程前，本发明的多晶硅二极管熔丝器件的电阻示意图。

图5是编程后，本发明的多晶硅二极管熔丝器件的电阻示意图。

图中附图标记说明如下：

1：接触孔

2:金属线

101：P型掺杂的多晶硅阳极

102：N型掺杂的多晶硅阴极

103：金属硅化物

104：NP二极管

105：阳极接触端

106：阴极接触端

107：衬底

108：场区

具体实施方式

为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式，详述如下：

如图2所示，本发明的可编程的NP多晶硅二极管熔丝器件，主要包括P型掺杂的多晶硅阳极101、N型掺杂的多晶硅阴极102、金属硅化物103、接触孔1和金属线2。金属硅化物103覆盖在P型掺杂的多晶硅阳极101和N型掺杂的多晶硅阴极102上。P型掺杂的多晶硅阳极101和其上覆盖的金属硅化物103、接触孔1以及金属线2共同组成阳极接触端105。N型掺杂的多晶硅阴极102和其上覆盖的金属硅化物103、接触孔1以及金属线2共同组成阴极接触端106。

此种结构的多晶硅二极管熔丝器件的工艺实现方法如下（请参阅图3所示）：

步骤1，在P型衬底107上氧化生成场区108。

步骤2，在场区108上生成多晶硅区域。

步骤3，在多晶硅区域的两侧，利用离子注入工艺，分别注入P型杂质和N型杂质，形成P型掺杂的多晶硅阳极101和N型掺杂的多晶硅阴极102。这样，N型掺杂的多晶硅阴极102和P型掺杂的多晶硅阳极101的交界面就构成了一个NP二级管104。

步骤4，利用金属硅化物工艺，在多晶硅的表面生长一层低电阻的金属硅化物103。

步骤5，利用通孔工艺以及后端金属工艺，形成接触孔1和金属线2，完成该器件的阳极接触端105和阴极接触端106的引出。

上述新的结构可以使熔丝器件的编程电压降低到3.3V左右。编程前，该器件会呈现低阻态（电阻为二极管的导通电阻），如图4所示，当在该NP多晶硅二极管熔丝器件的阳极上加偏压（相当于编程电位的熔断电压，例如3.3V或更低的电压）时，由于NP二极管处于正向偏压状态，因此只要很小的电压（约0.07V）就可以使电路处于正向导通状态，电流可以流过此多晶硅二极管，即此时熔丝器件处于通路状态。编程后，该器件则呈现高阻态（电阻在几兆欧左右），如图5所示，当在该NP二极管多晶硅熔丝器件的阴极上施加偏压（相当于编程电位的熔断电压，例如3.3V或更低的电压）时，由于该二极管处于反偏状态，整个PN结电阻Rd无穷大，而该外加偏压又不足以使该PN结反向击穿，因此，所有的外加电压都作用于金属硅化物电阻Rs的两端，由于金属硅化物本身的电阻只有几欧姆(一般小于5ohm)，因此强大的电流密度使得金属硅化物首先被熔断，并且此热量也会把下层多晶硅彻底熔断，这样熔丝器件就处于断路状态了。多晶硅二极管熔丝器件在熔断前后通路和断路的两种状态在电路中被识别为1和0两种状态。

Claims (2)

1.可编程的多晶硅二极管熔丝器件的结构，其特征在于，包括P型掺杂的多晶硅阳极、N型掺杂的多晶硅阴极和金属硅化物；所述金属硅化物覆盖在所述多晶硅阳极和多晶硅阴极上。

2.权利要求1所述多晶硅二极管熔丝器件的制造方法，其特征在于，步骤包括：

1）在P型衬底上通过氧化形成场区；

2）在场区上生长一层多晶硅；

3）在多晶硅区域的两侧分别注入P型杂质和N型杂质，形成P型掺杂的多晶硅阳极和N型掺杂的多晶硅阴极；

4）在多晶硅表面生长一层金属硅化物；

5）制作接触孔和金属导线，引出器件的阳极接触端和阴极接触端。

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