DE102007020903A1

DE102007020903A1 - Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102007020903A1
Application number: DE102007020903A
Authority: DE
Inventors: Young-Gun Ko; Ja-Hum Seongnam Ku; Min-Chul Sun; Robert Weiser
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd; Infineon Technologies North America Corp
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd; Infineon Technologies North America Corp
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2007-10-31
Also published as: JP5165272B2; KR100872882B1; CN101068015B; CN101068015A; US7576407B2; JP2007294961A; US20070252237A1; KR20070105871A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement mit einer Polysiliciumschicht (22), die eine Anode (24), eine Kathode (23) und einen dazwischen gebildeten Schmelzsicherungs-Verbindungspfad beinhaltet. Erfindungsgemäß wird auf der Polysiliciumschicht eine leitfähige Schicht (21) gebildet, wobei sie in einem Teil (21B) ihrer Erstreckung über dem Schmelzsicherungs-Verbindungspfad eine geringere Dicke aufweist als in einem anderen Teil ihrer Erstreckung über dem Schmelzsicherungs-Verbindungspfad. Verwendung z. B. für programmierbare Schmelzsicherungsbauelemente in Halbleiterspeicherbauelementen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement mit einer Polysiliciumschicht, die eine Anode, eine Kathode und einen diese verbindenden Schmelzsicherungs-Verbindungspfad umfasst, und auf ein zugehöriges Herstellungsverfahren. Integrierte Halbleiterschmelzsicherungen werden in unterschiedlichen Typen von integrierten Schaltkreisdesigns und -anwendungen eingesetzt, z.B. als programmierbare Elemente in Speicherbauelementen, wie PROMs, SRAMs etc., für Redundanzzwecke bei Logikschaltkreisen und zur Auswahl programmierbarer Elemente. Eine integrierte Schmelzsicherung („fuse") kann von einem niederohmigen Zustand in einen hochohmigen Zustand programmiert werden, indem ein elektrischer Strom ausreichender Größe für eine ausreichende Zeitspanne angelegt wird, so dass ein Durchtrennen bzw. „Durchbrennen" der Sicherung bewirkt wird.
Gegenwärtig werden integrierte Schaltkreisbauelemente mit höherem Integrationsgrad und dementsprechend abnehmend kritischen Abmessungen entwickelt, um Niederleistungsanwendungen zu ermöglichen.
Dabei werden die benötigten internen Versorgungsspannungen und Versorgungsströme immer kleiner. Mit kleineren Spannungen bzw. Strömen wird es jedoch schwieriger, Schmelzsicherungen z.B. aus Polysilicium zuverlässig durchzubrennen. Dementsprechend werden integrierte Schmelzsicherungsstrukturen mit dem Ziel entwickelt, ein Programmieren von Schmelzsicherungen mit reduzierten Strömen bzw. Spannungen zu ermöglichen.
1 veranschaulicht ein herkömmliches integriertes Schmelzsicherungsbauelement in einer schematischen Layout-Draufsicht. Speziell zeigt 1 eine integrierte Polysilicium-Schmelzsicherung 10 mit einem Schmelzsicherungs-Verbindungspfad 11 eine Länge L_F und einer Breite W_F zwischen einer Anode 12 und einer Kathode 13. Die Polysilicium-Schmelzsicherung 10 kann beispielweise durch Strukturieren einer auf einem Substrat gebildeten Polysiliciumschicht und Dotieren der Polysiliciumschicht mit n-leitenden oder p-leitenden Dopanden gebildet werden.
Um ein Programmieren bei niedrigen Strömen bzw. Spannungen zu ermöglichen, ist die Polysilicium-Schmelzsicherung 10 so ausgelegt, dass die Breite W_F des Verbindungspfades 11 beträchtlich kleiner ist als die Breite W_C der Kathode 13 und die Breite W der Anode. Die geringere Breite des Verbindungspfades 11 stellt eine hochohmigen Pfad zwischen Anode 12 und Kathode 13 zur Verfügung, und die Querschnittsverlängerung zwischen Anode 12 und Kathode 13 einerseits und dem Schmelzsicherungs-Verbindungspfad 11 andererseits erzeugt eine Stromkonzentration („current crowding"). Dieser Effekt ist in 1 mit Pfeilen repräsentiert, wobei ein von der großflächigeren Kathode 13 zum kleinflächigeren Schmelzsicherungs-Verbindungspfad 11 fließender Strom 15 eine Konzentration im Übergangsbereich von Kathode 13 und Schmelzsicherungs-Verbindungspfad 11 erfährt, wenn eine Vorspannung zum Programmieren der Schmelzsicherung angelegt wird. Der Stromkonzentrationseffekt hat zusammen mit dem größeren Widerstand des Schmelzsicherungs-Verbindungspfades 11 eine Steigerung der lokalen Erwärmung zur Folge, was ein Durchtrennen der Sicherung 10 mit geringeren Spannungen bzw. Strömen bewirkt. Wenngleich dieses Design im allgemeinen ein Programmieren mit reduziertem Strom bzw. reduzierter Spannung erlaubt, kann es sein, dass die Lokalisierung des Durchbrennens der Sicherung von Sicherung zu Sicherung trotz gleichartiger Struktur variiert, was die Programmierzuverlässigkeit reduziert.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines integrierten Halbleiterschmelzsicherungsbauelements der eingangs genannten Art und eines zugehörigen Herstellungsverfahrens zugrunde, mit denen sich die oben erwähnten Schwierigkeiten herkömmlicher derartiger Bauelemente und Herstellungsverfahren reduzieren oder vermeiden lassen und die insbesondere Schmelzsicherungen ermöglichen, die sich mit relativ geringer Leistung zuverlässig durchtrennen lassen.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines integrierten Halbleiterschmelzsicherungsbauelements mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eines Herstellungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 27. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung stellt elektrisch programmierbare Polysilicium-Schmelzsicherungen mit einer gestapelten Struktur bereit, die eine leitfähige Schicht auf einer Polysiliciumschicht umfasst und dafür ausgelegt ist, ein lokalisiertes hochohmiges Gebiet bereitzustellen, in dem ein Durchbrennereignis lokalisiert und vergleichsweise einfach unter Verwendung geringer Programmierströme und -spannungen ausgelöst werden kann, um eine Sicherungsprogrammierung mit hoher Effizienz, Zuverlässigkeit und Konsistenz zu erreichen. Dies wird dadurch erzielt, dass die leitfähige Schicht auf der Polysiliciumschicht derart gebildet wird, dass sie in unterschiedlichen Abschnitten über einem von der Po lysiliciumschicht zwischen einer Anode und einer Kathode gebildeten Schmelzsicherungs-Verbindungspfad unterschiedlich dick ist, wobei ein Bereich mit reduzierter Dicke ein lokalisiertes Gebiet mit erhöhtem Widerstand bereitstellt, in welchem ein Durchtrennereignis, z.B. ein Aufschmelzen oder Durchbrennen der leitfähigen Schicht, leicht durch thermische Belastung ausgelöst werden kann, die mit reduzierten Strömen bzw. Spannungen erzeugt werden kann, um das integrierte Schmelzsicherungsbauelement zu programmieren.
Die leitfähige Schicht mit variabler Dicke kann z.B. eine Silicidschicht sein, wie aus Titansilicid, Nickelsilicid, Platinsilicid oder Kobaltsilicid. Eine derartige Silicidschicht mit variabler Dicke kann durch Variieren eines Dotierprofils in verschiedenen Bereichen der Polysiliciumschicht, wie in den Bereichen von Anode, Kathode und Schmelzsicherungs-Verbindungspfad, erreicht werden, um das Maß an Silicidbildung in den unterschiedlich dotierten Bereichen der Polysiliciumschicht zu steuern. Beispielsweise kann der Schmelzsicherungs-Verbindungspfad mit Polysilicium durch unterschiedliche Poly-Gebiete einschließlich undotierten Bereichen und/oder Bereichen mit unterschiedlichen Dotierstofftypen und/oder Dotierstoffkonzentrationen gebildet werden, um eine Silicidbildung in den verschiedenen Bereichen zu unterdrücken oder zu steigern und auf diese Weise eine Silicidschicht mit unterschiedlicher Dicke wie gewünscht zu erzielen, um Durchtrennereignisse für die Schmelzsicherungen genau zu lokalisieren.
In entsprechenden Ausgestaltungen der Erfindung kann das Dotierprofil der Polysiliciumschicht über verschiedene Bereiche derselben hinweg sowohl als Mittel zur Steuerung des Maßes, d.h. der Dicke, an Silicidbildung als auch zur Steigerung der Fähigkeit eingesetzt werden, Schmelzsicherungs-Durchtrennereignisse zu lokalisieren und den Schmelzsicherungswiderstand vorher/nachher für Niedrigleistungsanwendungen zu steuern. Beispielsweise kann ein Schmelzsicherungs- Verbindungspfadbereich der Polysiliciumschicht mit unterschiedlichen Poly-Gebieten gebildet werden, wobei wenigstens ein Poly-Gebiet dotiert und elektrisch neutral ist. Das Dotieren unterdrückt die Silicidbildung, so dass eine Silicidschicht auf dem elektrisch neutralen Bereich dünner und folglich mit höherem Widerstand gebildet wird als auf benachbarten Poly-Bereichen. Indem der besagte Poly-Bereich elektrisch neutral ist, stellt er zudem einen hochohmigen Bereich zur Verfügung, der während eines Programmiervorgangs Elektronen dazu veranlasst, in das Polysilicium am Übergang zwischen dem elektrisch neutralen Poly-Bereich und einem benachbarten Poly-Bereich zu fließen und dadurch in die dünne Silicidschicht zu fließen, was einen vertikalen Stromkonzentrationseffekt und Materialmigration derart steigert, dass die Lokalisierung thermischer Belastung weiter verbessert und eine bessere Steuerung zum Lokalisieren von Schmelzsicherungs-Durchtrennereignissen erzielt wird.
Vorteilhafte, nachfolgend beschriebene Ausführungsformen der Erfindung sowie das zu deren besserem Verständnis oben erläuterte herkömmliche Ausführungsbeispiel sind in den Zeichnungen dargestellt, in denen zeigen:
1 eine schematische Layout-Draufsicht auf ein herkömmliches integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement,
2A bis 2C verschiedene schematische Darstellungen eines erfindungsgemäßen integrierten Halbleiterschmelzsicherungsbauelements,
3A und 3B verschiedene Ansichten eines weiteren erfindungsgemäßen integrierten Halbleiterschmelzsicherungsbauelements und
4A und 4B schematische Ansichten noch eines weiteren erfindungsgemäßen integrierten Halbleiterschmelzsicherungsbauelements.
Nachfolgend werden anhand der 2A bis 4B beispielhafte, elektrisch programmierbare integrierte Halbleiterschmelzsicherungsstrukturen gemäß der Erfindung näher erläutert, die dafür ausgelegt sind, eine hohe Programmiereffizienz und Programmierzuverlässigkeit für Niederleistungsanwendungen bereitzustellen. Dabei handelt es sich um gestapelte Strukturen, die jeweils eine leitfähige Schicht, z.B. eine Silicidschicht, auf einer Polysilicium-Schmelzsicherungsschicht mit Anoden- und Kathodenbereichen sowie einen Schmelzsicherungs-Verbindungspfadbereich umfassen, der den Anodenbereich mit dem Kathodenbereich verbindet.
Die exemplarisch erläuterten, integrierten Schmelzsicherungsstrukturen werden elektrisch durch Anlegen eines Programmierstroms ausreichender Größe programmiert, wobei die damit einhergehende Strombelastung die Schmelzsicherungstemperatur erhöht und eine Agglomeration der leitfähigen Schmelzsicherungsschicht auslöst, was in einem Durchtrennereignis resultiert, das die Schmelzsicherung in einen hochohmigen Zustand programmiert. Das Durchtrennereignis kann z.B. die Bildung von Diskontinuitäten oder Hohlräumen an einer Durchbrennstelle der leitfähigen Schicht oder auch ein Aufschmelzen oder Durchbrennen zum völligen Durchtrennen der leitfähigen Schicht an einer Durchtrennstelle sein. In exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung sind integrierte Schmelzsicherungen mit Strukturen ausgelegt, die einen oder mehrere lokalisierte hochohmige Schmelzsicherungsgebiete bereitstellen, mit denen sich die integrierten Schmelzsicherungen effizient und konsistent unter Verwendung geringer Programmierströme bzw. Programmierspannungen an gewünschten Durchbrennstellen programmieren lassen.
Es versteht sich, dass in den zugehörigen Figuren Dicken und Abmessungen verschiedener Elemente, Schichten und Bereiche nicht notwendig maßstäblich, sondern jedenfalls teilweise zwecks Klarheit auch übertrieben dargestellt sind. Es versteht sich außerdem, dass eine Schicht, wenn von ihr gesagt wird, dass sie „auf" oder „über" einer anderen Schicht oder einem Substrat liegt, direkt auf der anderen Schicht oder dem Substrat liegen kann oder eine oder mehrere zwischenliegende Schichten vorhanden sein können.
Die 2A bis 2C veranschaulichen schematisch eine elektrisch programmierbare integrierte Schmelzsicherungsstruktur 20 mit einer auf einer Polysiliciumschicht 22 gebildeten leitfähigen Schicht 21, wobei die 2A und 2B schematische Draufsichten auf Layoutstrukturen der leitfähigen Schicht 21 bzw. der Polysiliciumschicht 22 sind, während 2C eine Querschnittansicht dieser exemplarischen Schmelzsicherungsstruktur 20 entlang einer Linie 2C-2C in den 2A und 2B ist.
Wie in den 2B und 2C allgemein dargestellt, beinhaltet die Polysiliciumschicht 22 eine Mehrzahl von Polysilicium-Gebieten einschließlich eines dotierten Kathodenbereichs 23 und eines dotierten Anodenbereichs 24 sowie eines Schmelzsicherungs-Verbindungspfadbereichs 25, der den Anodenbereich 24 mit dem Kathodenbereich 23 verbindet. Der Schmelzsicherungs-Verbindungspfadbereich 25 der Polysiliciumschicht 22 beinhaltet unterschiedliche dotierte Poly-Bereiche 26, 27 und 28, wobei die dotierten Poly-Bereiche 26 und 28 auf gegenüberliegenden Endbereichen des Schmelzsicherungs-Verbindungspfadbereichs 25 angeordnet sind und an den Kathodenbereich 23 bzw. den Anodenbereich 24 angrenzen. Der dotierte Poly-Bereich 27 befindet sich zwischen den Poly-Bereichen 26 und 28. Wie weiter unten erläutert wird, variiert das Dotierprofil der Polysiliciumschicht 22 in den verschiedenen Bereichen 23, 24 und 25 als ein Mittel zur Steuerung des Vorher/Nachher-Widerstands der Schmelzsicherung und zur Lokalisierung von Durchtrennereignissen an gewünschten Stellen entlang des Schmelzsicherungs-Verbindungspfades 25.
Wie in 2B dargestellt, weisen die Polysilicium-Kathode 23 eine Breite W_C, die Polysilicium-Anode 24 eine Breite W_A und der Polysilicium-Schmelzsicherungs-Verbindungspfad 25 eine Breite W_F und eine Länge L_F auf. Im gezeigten Beispiel ist die Breite W_F des Schmelzsicherungs-Verbindungspfadbereichs 25 geringer als die Bereite W_C der Kathode 23 und geringer als die Breite W_A der Anode 24.
Wie aus 2A ersichtlich, hat die auf der Polysiliciumschicht 22 gebildete leitfähige Schicht eine ähnliche Layoutstruktur wie die Polysiliciumschicht 22, d.h. sie ist in unterschiedlichen Abschnitten 21A, 21B und 21C mit unterschiedlicher Breite gebildet. Speziell sind die Abschnitte 21A und 21C der leitfähigen Schicht 21 über den Bereichen der Polysilicium-Anode 24 und der Polysilicium-Kathode 23 breiter als der Abschnitt 21c der leitfähigen Schicht 21 über dem Polysilicium-Schmelzsicherungs-Verbindungspfadbereich 25. Wie in herkömmlichen Auslegungen resultiert die stufige Verringerung der Breite der leitfähigen Schicht 21 zwischen dem Bereich der Anode 24 bzw. der Kathode 23 und dem Schmelzsicherungs-Verbindungspfadbereich 25 in einer lateralen Stromkonzentration.
Erfindungsgemäß wird die Programmiereffizienz für die Schmelzsicherungsstruktur weitergehend durch Bereitstellen einer gestuften Änderung der Dicke der leitfähigen Schicht 21 gesteigert. Beispielsweise weist, wie in 2C zu erkennen, der über der Polysilicium-Anode 24 und dem dotierten Bereich 28 gebildete Teil 21A der leitfähigen Schicht 21 eine Dicke T_A auf, während der über der Polysilicium-Kathode 23 und dem dotierten Bereich 26 gebildete Teil 21C der leitfähigen Schicht eine Dicke T_C aufweist und der über dem dotierten Poly-Bereich 27 des Polysilicium-Schmelzsicherungs-Verbindungspfades 25 gebildete Teil 21B der leitfähigen Schicht 21 eine demgegenüber reduzierte Dicke T_F aufweist. Dieser reduzierte Dickenbereich 21B resultiert in einer vertikalen Stromkonzentration und stellt daher einen lokalisierten Bereich mit höherem Widerstand in der leitfähigen Schicht 21 über dem Schmelzsicherungs-Verbindungspfad 25 bereit, wo dementsprechend ein Durchbrennereignis lokalisiert wird, welches das Programmieren der Sicherung unter Verwendung geringer Programmierströme und Programmierspannungen erlaubt.
In einer entsprechenden Ausführung der Erfindung ist die leitfähige Schicht 21 eine auf der Polysiliciumschicht 22 unter Verwendung bekannter Techniken gebildete Silicidschicht. Die Silicidschicht 21 kann z.B. Titansilicid, Nickelsilicid, Platinsilicid oder Kobaltsilicid umfassen. Die variierende Dicke der leitfähigen Siliciumschicht 21 wird durch Bilden dotierter Polysilicium-Bereiche mit unterschiedlichen Typen von Dopanden und/oder unterschiedlichen Dotierkonzentrationen erreicht. Im Ausführungsbeispiel von 2C ist der Poly-Bereich 27 derart dotiert, dass eine Silicidbildung verglichen mit den anderen dotierten Bereichen 23, 26, 28 und 24 unterdrückt wird, was darin resultiert, dass der Teil 21B der leitfähigen Silicidschicht 21 mit der reduzierten Dicke T_F gebildet wird. Der dotierte Poly-Bereich 27 kann z.B. durch Ionenimplantation einer neutralen Spezies oder von n-leitenden und/oder p-leitenden Dopanden gebildet werden.
Spezieller wird bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung während eines Silicidprozesses zur Bildung der leitfähigen Schicht 21 die Silicidbildung über der Polysiliciumschicht 22 im Bereich erhöhter Dotierkonzentration unterdrückt. Im exemplarischen Beispiel von 2C wird der dotierte Poly-Bereich 27 im Schmelzsicherungs-Verbindungspfadbereich 25 mit einer höheren Dotierkonzentration gebildet als die benachbarten dotierten Poly-Bereiche 26 und 28. Dadurch wird der Teil 21B der Silicidschicht 21 mit geringerer Dicke als die über den geringer dotierten Bereichen gebildeten Teile der Silicidschicht 21 gebildet. Beispielsweise können die Polysilicium-Bereiche 23 und 26 mit einem p-leitenden Dopanden dotiert werden, und die Polysilicium-Bereiche 24 und 28 mit einem n-leitenden Dopanden. Alternativ können die Polysilicium-Bereiche 23 und 26 mit einem n-leitenden Dopanden und die Polysilicium-Bereiche 24 und 28 mit einem p-leitenden Dopanden dotiert werden. Der dotierte Poly-Bereich 27 ist ein hoch dotierter, aber elektrisch neutraler Bereich, der mittels Implantieren von n-leitenden und p-leitenden Dopanden in den Bereich 27 während der separaten Ionenimplantationen zur Bildung der dotierten Bereiche 23 und 26 bzw. 24 und 28 gebildet werden kann. Auf diese Weise stellt der dotierte Bereich 27 einen Überlappbereich der dotierten Bereiche 23, 26 und der dotierten Bereiche 24, 28 dar und ist den Implantationen sowohl der p-leitenden Ionen als auch der n-leitenden Ionen unterworfen.
In alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann der elektrisch neutrale, dotierte Polysilicium-Bereich 27 durch Ionenimplantation mit einer neutralen Spezies gebildet werden. Die neutralen Spezies können beispielsweise Silicium, Germanium, Argon, Sauerstoff, Stickstoff oder Fluor sein.
Um die Schmelzsicherung 20 zu programmieren, kann eine Programmierspannung angelegt werden, die einen merklichen Stromfluss und eine entsprechende thermische Belastung in der leitfähigen Schicht 21 verursacht. Es sei beispielsweise angenommen, dass die Kathode 23 n-leitend dotiert ist und die Anode 24 p-leitend dotiert ist und dass die Kathode 23 negativ und die Anode 24 positiv vorgespannt werden. In diesem Fall fließen Elektronen vom Bereich 21C zum Bereich 21A über den Bereich 21B. Die reduzierte Breite W_F in Verbindung mit der reduzierten Dicke T_F des leitfähigen Teils 21B der leitfähigen Schicht 21 über dem dotierten Bereich 27 resultiert sowohl in einer lateralen als auch in einer vertikalen Stromkonzentration, was rasch eine Elektromigration im leit fähigen Bereich 21B auslöst. So stellt der elektrisch neutrale, dotierte Bereich 27 einen hochohmigen Bereich dar, der Elektronen veranlasst, am Übergang zwischen den Bereichen 26 und 27 nach oben in die leitfähige Schicht 21 zu fließen, was die vertikale Stromkonzentration und Materialmigration im Bereich 21B des Schmelzsicherungs-Verbindungspfadbereichs 25 erhöht. Dementsprechend initiiert die Strombelastung eine Agglomeration des Silicidmaterials und bewirkt, dass der leitfähige Schichtbereich 21B des Schmelzsicherungs-Verbindungspfadbereichs 25 teilweise oder ganz schmilzt oder in anderer Weise in einen hochohmigen Zustand agglomeriert, d.h. die Schmelzsicherung wird programmiert. Im programmierten Zustand weist die integrierte Schmelzsicherung 20 einen signifikant höheren Widerstand auf, da Strom durch den hochohmigeren, neutral dotierten Bereich 27 statt zum leitfähigen Bereich 21B geführt werden muss.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der dotierte Bereich 27 ein hoch dotiert n-leitender oder p-leitender Bereich im Vergleich zu den anderen dotierten Bereichen 23, 26, 28, 24 sein, der nicht elektrisch neutral ist. Die hohe Dotierkonzentration des dotierten Bereichs 27 resultiert in einer über dem dotierten Poly-Bereich 27 gebildeten, dünneren Silicidschicht 21B, wodurch das Durchtrennen der Sicherung lokalisiert wird. In diesem Ausführungsbeispiel kann eine Programmierspannung derart angelegt werden, dass die Polysiliciumschicht 22 in Sperrrichtung vorgespannt wird, was zu einem vergrößerten Verarmungsbereich am Übergang des dotierten Bereichs 27 und des Bereichs 26 oder 28 führt und dadurch eine Steigerung der Agglomeration des Teils 21B der Silicidschicht 21 nahe des Verarmungsbereichs unterstützt, wodurch wiederum das Durchbrennen der Sicherung Lokalisiert wird.
Ein integriertes Schmelzsicherungsbauelement basierend auf dem oben in Verbindung mit den 2A bis 2C beschriebenen Aufbau kann unter Verwendung an sich bekannter Halbleiterfertigungstechniken realisiert werden. Allgemein kann die integrierte Schmelzsicherung 20 durch Deposition einer undotierten Schicht aus Polysilicium auf einem Halbleitersubstrat und anschließendes Ätzen der Polysiliciumschicht zur Erzeugung der Layoutstruktur für die Poly-Schmelz-sicherung gebildet werden, wie z.B. in 2B illustriert. Die verschiedenen dotierten Bereiche der Polysiliciumschicht werden dann unter Verwendung geeigneter Ionenimplantationsmasken und separater Ionen-implantationsprozesse gebildet, mit denen Dotierstoffe p-leitender und/oder n-leitender Art und/oder neutrale Dotierstoffe mit gewünschten Dosen und Konzentrationen implantiert werden.
Danach kann eine Silicidschicht mittels Deposition eines metallischen Materials wie Kobalt, Nickel, Titan, Platin und/oder eines anderen silicidbildenden Metallmaterials und geeigneten Wärmebehandlungen gebildet werden. In einem Ausführungsbeispiel kann das metallische Material mit einer Dicke von etwa 10 nm bis 30 nm aufgebracht werden. Nach der Silicidierung wird die integrierte Schmelzsicherung mittels Entfernen bzw. Ätzen des nicht in Silicid umgewandelten Materials, d.h. durch Entfernen des verbliebenen metallischen Materials, definiert werden. Im Ausführungsbeispiel von 2C kann eine anfängliche Metallschichtdicke von 10 nm bis 30 nm z.B. in einer Dicke T_F von 10 nm bis 20 nm resultieren, wobei die Silicidbildung durch den dotierten Bereich 27 unterdrückt wird, während ihre Dicke T_A = T_C über den dotierten Bereichen 23, 26, 28 und 24 bei 50 nm liegt, wo die Silicidbildung nicht signifikant unterdrückt ist.
Die 3A und 3B veranschaulichen schematisch eine weitere erfindungsgemäße integrierte Halbleiterschmelzsicherung, speziell eine elektrisch programmierbare integrierte Schmelzsicherungsstruktur 30 mit einer leitfähigen Schicht 31 auf einer Polysiliciumschicht 32. Dabei ist 3A eine schematische Draufsicht auf eine Layoutstruktur der Polysiliciumschicht 32, und 3B ist eine schematische Querschnittansicht der exemplarischen Schmelzsicherungsstruktur 30 entlang einer Linie 3B-3B von 3A.
Wie allgemein in den 3A und 3B dargestellt, umfasst die Polysiliciumschicht 32 eine Mehrzahl von Polysiliciumbereichen einschließlich eines dotierten Kathodenbereichs 33 und eines dotierten Anodenbereichs 34 sowie eines Schmelzsicherungs-Verbindungspfadbereichs 35, der den Anodenbereich 34 und den Kathodenbereich 33 verbindet. Der Schmelzsicherungs-Verbindungspfadbereich 35 der Polysiliciumschicht 32 beinhaltet verschiedene dotierte Poly-Bereiche 36, 37-1, 37-2 und 38. Die dotierten Poly-Bereiche 36 und 38 sind an entgegengesetzten Enden des Schmelzsicherungs-Verbindungspfadbereichs 35 angeordnet und schließen an den Kathodenbereich 33 bzw. den Anodenbereich 34 an. Die dotierten Poly-Bereiche 37-1 und 37-2 sind hoch dotierte, elektrisch neutrale Bereiche, die durch einen dotierten Bereich 39 separiert sind.
Das Dotierprofil der Polysiliciumschicht 32 variiert über den verschiedenen Bereichen 33, 34 und 35, um die leitfähige Schicht 31 als Silicidschicht mit variierender Dicke zu bilden, wie im Beispiel von 3B veranschaulicht. Wie aus 3B ersichtlich, sind die dotierten Poly-Bereiche 37-1 und 37-2 im Schmelzsicherungs-Verbindungspfadbereich 35 mit höherer Dotierkonzentration gebildet als die benachbarten dotierten Poly-Bereiche 36, 38 und 39. Dadurch sind entsprechende Teile 31B der Silicidschicht 31 mit reduzierter Dicke T_F1 verglichen mit übrigen Teilen 31A, 31C und 31D der Silicidschicht 31 gebildet, die über den niedriger dotierten Bereichen 33, 36, 39, 38 und 34 gebildet sind.
Spezieller können in einem Ausführungsbeispiel die Polysiliciumbereiche 33 und 36 p-leitend dotiert sein, während die Polysiliciumbereiche 34 und 38 n-leitend dotiert sind. Alternativ können die Polysiliciumbereiche 33 und 36 n-leitend dotiert sein, während die Polysilicium bereiche 34 und 38 p-leitend dotiert sind. Der dotierte Poly-Bereich 39 kann p-leitend oder n-leitend dotiert sein. Die dotierten Poly-Bereiche 37-1 und 37-2 sind hoch dotierte, aber elektrisch neutrale Bereiche, die durch eine Ionenimplantation einer neutralen Spezies oder sowohl von p-leitenden als auch n-leitenden Dopanden gebildet werden können, entsprechend dem oben in Verbindung mit den 2A bis 2C erläuterten dotierten Bereich 27.
Die integrierte Schmelzsicherung 30 in 3B entspricht der integrierten Schmelzsicherung 20 in 2C und kann unter Verwendung der oben erläuterten Methoden programmiert werden. In der exemplarischen Struktur von 3B ermöglicht die Anwesenheit der niederohmigeren Poly- und leitfähigen Bereiche 39, 31D eine gleichmäßigere Verteilung des Programmierstroms und somit der Einwirkung der Strombelastung auf die hochohmigeren leitfähigeren Bereiche 31B, um sicherzustellen, dass die Agglomeration entlang der gesamten Länge der leitfähigen Bereiche 31B auftritt. In der Schmelzsicherungsstruktur von 2C kann abhängig von den Programmierbedingungen und der Schmelzsicherungslänge L_F eine Agglomeration entlang der gesamten Länge des leitfähigen Bereichs 21B auftreten oder auch nicht. Mit anderen Worten ermöglicht die integrierte Schmelzsicherungsstruktur von 3B eine noch genauere Kontrolle über das Maß und den oder die Stellen des Durchbrennprozesses.
Die 4A und 4B veranschaulichen schematisch ein weiteres erfindungsgemäßes integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement, speziell eine elektrisch programmierbare integrierte Schmelzsicherungsstruktur 40 mit einer auf einer Polysiliciumschicht 42 gebildeten leitfähigen Schicht 41. Dabei zeigt 4A schematisch eine Draufsicht auf eine Layoutstruktur der Polysiliciumschicht 42, und 4B schematisch eine Querschnittansicht der exemplarischen Schmelzsicherungsstruktur 40 entlang einer Linie 4B-4B von 4A.
Allgemein veranschaulichen die 4A und 4B, dass die Polysiliciumschicht 42 eine Mehrzahl von Polysiliciumbereichen einschließlich eines dotierten Kathodenbereichs 43 und eines dotierten Anodenbereichs 44 sowie eines Schmelzsicherungs-Verbindungspfadbereichs 45 umfasst, der den Anodenbereich 44 mit dem Kathodenbereich 43 verbindet. Der Schmelzsicherungs-Verbindungspfadbereich 45 der Polysiliciumschicht 42 beinhaltet verschiedene dotierte Poly-Bereiche 46, 47 und 48 sowie einen undotierten Poly-Bereich 49. Die dotierten Poly-Bereiche 46 und 48 sind an gegenüberliegenden Enden des Schmelzsicherungs-Verbindungspfadbereichs 45 angeordnet und grenzen an den Kathodenbereich 43 bzw. den Anodenbereich 44 an. Der dotierte Poly-Bereich 47 ist ein hoch dotierter, elektrisch neutraler Bereich.
Das Dotierprofil der Polysiliciumschicht 42 variiert über den verschiedenen Bereichen 43, 44 und 45, um eine leitfähige Silicidschicht 41 mit variabler Dicke zu bilden, wie exemplarisch im Beispiel von 4B ersichtlich. In 4B ist der dotierte Poly-Bereich 47 im Schmelzsicherungs-Verbindungspfadbereich 45 mit höherer Dotierkonzentration als die benachbarten dotierten Poly-Bereiche 48 und 49 gebildet. Dadurch ist ein Teil 41B der Silicidschicht 41 verglichen mit Teilen 41A, 41C und 41D der Silicidschicht 41, die über den niedriger dotierten Bereichen 43, 46, 48 und 44 und dem undotierten Bereich 49 gebildet sind, mit reduzierter Dicke T_F1 gebildet.
Spezieller sind in einem entsprechenden Ausführungsbeispiel die Polysiliciumbereiche 43 und 46 p-leitend dotiert, während die Polysiliciumbereiche 44 und 48 n-leitend dotiert sind. Alternativ sind die Polysiliciumbereiche 43 und 46 n-leitend dotiert, während die Polysiliciumbereiche 44 und 48 p-leitend dotiert sind. Der dotierte Poly-Bereich 47 ist ein hoch dotierter, aber elektrisch neutraler Bereich, der durch eine Ionenimplantation einer neutralen Spezies oder von sowohl p-leitenden als auch n-leitenden Dopanden gebildet werden kann, entsprechend dem oben in Verbindung mit den 2A bis 2C erläuterten dotierten Bereich 27. Der undotierte Bereich 49 führt zu einem dickeren Teil 41D der leitfähigen Silicidschicht 41, der dazu dient, eine vertikale Stromkonzentration und dadurch eine Agglomeration entlang der über dem dotierten, neutralen Bereich 47 angeordneten leitfähigen Teil 41D der Silicidschicht 41 zu steigern, wenn Strom vom leitfähigen Schichtteil 41D zum leitfähigen Schichtteil 41B während der Schmelzsicherungsprogrammierung fließt. Die erhöhte vertikale Dicke des leitfähigen Schichtteils 41D stellt ein Mittel zum Lokalisieren des Durchbrennens der Schmelzsicherung über einen Stromkonzentrationseffekt bereit, während die laterale Breite W_f für hochintegrierte Schmelzsicherungs-Layoutentwürfe mit kleinem Rastermaß geringer gehalten wird.

Claims

Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement mit – einer Polysiliciumschicht (22) mit einer Anode (24) und einer Kathode (23) sowie einem zwischen der Anode und der Kathode gebildeten Schmelzsicherungs-Verbindungspfad (25), gekennzeichnet durch – eine auf der Polysiliciumschicht (22) gebildete leitfähige Schicht (21), die in wenigstens einem Teil ihrer Erstreckung auf dem Schmelzsicherungs-Verbindungspfad (25) eine geringere Dicke aufweist als in einem anderen Teil ihrer Erstreckung auf dem Schmelzsicherungs-Verbindungspfad.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass – der Schmelzsicherungs-Verbindungspfad einen ersten dotierten Polysiliciumbereich (26, 28) mit einer ersten Dotierkonzentration und einen zweiten dotierten Polysiliciumbereich (27) mit einer gegenüber der ersten größeren zweiten Dotierkonzentration aufweist und – die leitfähige Schicht im Bereich über dem zweiten dotierten Polysiliciumbereich eine geringere Dicke aufweist als im Bereich über den ersten dotierten Polysiliciumbereich.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach Anspruch 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass von dem ersten und dem zweiten dotierten Polysiliciumbereich wenigstens einer mit p-leitenden Dopanden oder mit n-leitenden Dopanden dotiert ist.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach Anspruch 2 oder 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der zweite dotier te Polysiliciumbereich ein elektrisch neutraler dotierter Polysiliciumbereich ist.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelment nach Anspruch 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der zweite dotierte Polysiliciumbereich aus mit neutralen Spezies dotiertem Polysilicium besteht.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach Anspruch 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die neutralen Spezies Silicium, Germanium, Argon, Sauerstoff, Stickstoff und/oder Fluor beinhalten.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzsicherungs-Verbindungspfad einen dritten dotierten Polysiliciumbereich (39) mit einer gegenüber der zweiten geringeren dritten Dotierkonzentration aufweist, wobei der zweite dotierte Polysiliciumbereich zwischen dem ersten und dem dritten dotierten Polysiliciumbereich angeordnet ist.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach Anspruch 7, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der dritte dotierte Polysiliciumbereich von einem zum ersten dotierten Polysiliciumbereich entgegengesetzten Dotiertyp ist.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach Anspruch 7 oder 8, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der zweite dotierte Polysiliciumbereich einen Überlappbereich des ersten und dritten dotierten Polysiliciumbereichs bildet und sowohl n-leitende als auch p-leitende Dopanden enthält.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach einem der Ansprüche 7 bis 9, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Schicht im Bereich über dem dritten dotierten Polysiliciumbereich eine größere Dicke aufweist als im Bereich über dem zweiten dotierten Polysiliciumbereich.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach einem der Ansprüche 7 bis 10, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der leitfähigen Schicht im Bereich über dem dritten dotierten Polysiliciumbereich im wesentlichen gleich ihrer Dicke im Bereich über dem ersten dotierten Polysiliciumbereich ist.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzsicherungs-Verbindungspfad einen vierten undotierten Polysiliciumbereich aufweist, über dem die leitfähige Schicht eine größere Dicke aufweist als im Bereich über dem ersten dotierten Polysiliciumbereich und als im Bereich über dem zweiten dotierten Polysiliciumbereich.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach Anspruch 12, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der zweite dotierte Polysiliciumbereich und der vierte undotierte Polysiliciumbereich zueinander benachbart angeordnet sind.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach Anspruch 12 oder 13, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der vierte undotierte Polysiliciumbereich zwischen dem ersten und dem zweiten dotierten Polysiliciumbereich angeordnet ist.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 14, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der erste dotierte Polysiliciumbereich angrenzend an die Anode oder die Kathode angeordnet ist.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 15, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzsicherungs-Verbindungspfad einen fünften dotierten Polysiliciumbereich (37_2) mit einer gegenüber der ersten höheren fünften Dotierkonzentration aufweist, wobei der erste dotierte Polysiliciumbereich zwischen dem zweiten und dem fünften dotierten Polysiliciumbereich angeordnet ist und die leitfähige Schicht über dem fünften dotierten Polysiliciumbereich eine geringere Dicke als über dem ersten dotierten Polysiliciumbereich aufweist.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach Anspruch 16, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Schicht über dem zweiten dotierten Polysiliciumbereich im wesentlichen die gleiche Dicke aufweist wie über dem fünften dotierten Polysiliciumbereich.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach Anspruch 16 oder 17, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der zweite und der fünfte dotierte Polysiliciumbereich elektrisch neutrale Bereiche sind.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 18, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der erste dotierte Polysiliciumbereich in einem mittleren Abschnitt des Schmelzsicherungs-Verbindungspfades zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 18, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der zweite dotierte Polysiliciumbereich in einem mittleren Bereich des Schmelz sicherungs-Verbindungspfades zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 20, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Anode und die Kathode eine größere Breite aufweisen als der Schmelzsicherungs-Verbindungspfad.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 21, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode eine größere Breite aufweist als die Anode.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 22, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode Polysilicium dotiert mit n-leitenden Dopanden und/oder die Anode Polysilicium dotiert mit p-leitenden Dopanden beinhaltet.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 23, weiter dadurch gekennzeichnet, dass zwei Teile der leitfähigen Schicht mit unterschiedlicher Dicke benachbart über dem Schmelzsicherungs-Verbindungspfad unter Bildung eines stromkonzentrierenden Übergangsbereichs angeordnet sind.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 24, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Schicht eine Metallsilicidschicht ist.
Integriertes Halbleiterschmelzsicherungsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 25, weiter dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der leitfähigen Schicht mit größerer Dicke als ein anderer Teil derselben im Bereich des Schmelzsicherungs-Verbindungspfades über einem undotierten Polysiliciumbereich desselben angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines integrierten Halbleiterschmelzsicherungsbauelements mit folgenden Schritten: – Bilden einer Polysiliciumschicht (22) auf einem Halbleitersubstrat, die eine Anode (24), eine Kathode (23) und einen Schmelzsicherungs-Verbindungspfad (25) zwischen den Anode und der Kathode beinhaltet, und – Bilden einer leitfähigen Schicht (21) auf der Polysiliciumschicht derart, dass sie in einem Teil ihrer Erstreckung auf dem Schmelzsicherungs-Verbindungspfad eine geringere Dicke aufweist als in einem anderen Teil ihrer Erstreckung auf dem Schmelzsicherungs-Verbindungspfad.
Verfahren nach Anspruch 27, weiter dadurch gekennzeichnet, dass im Schmelzsicherungs-Verbindungspfad ein erster dotierter Polysiliciumbereich (26, 28) und ein zweiter dotierter Polysiliciumbereich (27) mit gegenüber dem ersten höherer Dotierkonzentration gebildet werden und die leitfähige Schicht über dem ersten dotierten Polysiliciumbereich mit größerer Dicke gebildet wird als über dem zweiten dotierten Polysiliciumbereich.
Verfahren nach Anspruch 28, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Teile der leitfähigen Schicht mit unterschiedlicher Dicke unter Bildung eines stromkonzentrierenden Übergangsbereichs nebeneinander gebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 29, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Schicht als eine Metallsilicidschicht gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 30, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der zweite dotierte Polysiliciumbereich im Schmelzsicherungs-Verbindungspfad als elektrisch neutraler Bereich gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 31, weiter dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter dotierter Polysiliciumbereich mit einer Dotierkonzentration geringer als derjenigen des zweiten dotierten Polysiliciumbereichs gebildet wird, wobei der zweite dotierte Polysiliciumbereich zwischen dem ersten und dem dritten dotierten Polysiliciumbereich vorgesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 32, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der erste dotierte Polysiliciumbereich mit n-leitenden Dopanden dotiert wird und/oder der dritte dotierte Polysiliciumbereich mit p-leitenden Dopanden dotiert wird.
Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Schicht über dem dritten dotierten Polysiliciumbereich mit größerer Dicke gebildet wird als über dem zweiten dotierten Polysiliciumbereich.
Verfahren nach Anspruch 34, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Schicht über dem dritten dotierten Polysiliciumbereich mit im wesentlichen der gleichen Dicke gebildet wird wie über dem ersten dotierten Polysiliciumbereich.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 35, weiter dadurch gekennzeichnet, dass im Schmelzsicherungs-Verbindungspfad ein vierter, undotierter Polysiliciumbereich gebildet wird und die leitfähige Schicht über dem ersten, undotierten Polysiliciumbereich mit größerer Dicke gebildet wird als über dem ersten dotierten Polysiliciumbereich und dem zweiten dotierten Polysiliciumbereich.
Verfahren nach Anspruch 36, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der zweite dotierte Polysiliciumbereich und der vierte, undotierte Polysiliciumbereich nebeneinander gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 36 oder 37, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der vierte, undotierte Polysiliciumbereich zwischen dem ersten und dem zweiten dotierten Polysiliciumbereich gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 38, weiter dadurch gekennzeichnet, dass im Schmelzsicherungs-Verbindungspfad ein fünfter dotierter Polysiliciumbereich mit einer Dotierkonzentration größer als derjenigen des ersten dotierten Polysiliciumbereichs gebildet wird, wobei der erste dotierte Polysiliciumbereich zwischen dem zweiten und dem fünften dotierten Polysiliciumbereich gebildet wird und die leitfähige Schicht über dem fünften dotierten Polysiliciumbereich mit einer geringeren Dicke gebildet wird als über dem ersten dotierten Polysiliciumbereich.
Verfahren nach Anspruch 39, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der zweite und der fünfte dotierte Polysiliciumbereich als elektrisch neutrale Bereiche gebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 40, weiter dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der leitfähigen Schicht auf der Polysiliciumschicht eine Metallmaterialschicht über der Polysiliciumschicht gebildet und ein Temperprozess durchgeführt wird, mit dem die Silicidschicht unter Verwendung des metallischen Materials mit aufgrund variierender Dotierkonzentration der darunterliegenden Polysiliciumbereiche unterschiedlicher Dicke gebildet wird.