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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Herstellung integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere die Herstellung von elektronischen Sicherungen zur Bereitstellung bauteilinterner Programmiermöglichkeiten in komplexen integrierten Schaltungen.
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Beschreibung des Stands der Technik
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In modernen integrierten Schaltungen wird eine sehr große Anzahl einzelner Schaltungselemente, etwa Feldeffekttransistoren in Form von CMOS-, NMOS-, PMOS-Elementen, Widerständen, Kondensatoren und dergleichen, auf einer einzelnen Chipfläche hergestellt. Typischerweise werden die Strukturgrößen dieser Schaltungselementen mit der Einführung jeder neuen Schaltungsgeneration verringert, so dass aktuell verfügbare integrierte Schaltungen mit einem größeren Maß an Leistungsfähigkeit im Hinblick auf Geschwindigkeit und/oder Leistungsaufnahme verfügbar sind. Eine Verringerung der Größe von Transistoren ist ein wichtiger Aspekt im stetigen Verbessern des Leistungsverhaltens komplexer integrierter Schaltungen, etwa von CPU's. Die Verringerung der Größe ist üblicherweise mit einer erhöhten Schaltgeschwindigkeit verknüpft, wodurch das Signalverarbeitungsverhalten verbessert wird. Zusätzlich zu der großen Anzahl an Transistorelementen ist auch eine Vielzahl passiver Schaltungselemente, etwa Kondensatoren, Widerstände und dergleichen typischerweise in integrierten Schaltungen herzustellen, die für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden.
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Auf Grund der reduzierten Abmessungen von Schaltungselementen wird nicht nur das Leistungsverhalten der einzelnen Transistorelemente verbessert, sondern auch die Packungsdichte wird erhöht, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, mehr Funktionen in einer vorgegebenen Chipfläche einzubauen. Aus diesem Grunde wurden sehr komplexe Schaltungen entwickelt, die unterschiedliche Schaltungsarten enthalten können, etwa Analogschaltungen, Digitalschaltungen und dergleichen, wodurch vollständige Systeme auf einem einzelnen Chip (SOC) bereitgestellt werden. Ferner wird in komplexen Mikrosteuerungen eine zunehmende Menge an Speicherkapazität chipintern in dem CPU-Kern vorgesehen, wodurch ebenfalls das gesamte Leistungsverhalten moderner Computerbauelemente verbessert wird.
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In derartigen modernen integrierten Schaltungen haben die minimalen Strukturgrößen nunmehr ungefähr 50 nm und weniger erreicht, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, diverse funktionale Schaltungsbereiche auf einer gegebenen Chipfläche einzubauen, wobei jedoch die diversen Schaltungsbereiche deutlich unterschiedliches Leistungsverhalten, etwa im Hinblick auf die Lebensdauer, die Zuverlässigkeit und dergleichen, besitzen können. Beispielsweise hängt die Arbeitsgeschwindigkeit eines digitalen Schaltungsbereichs, etwa eines CPU-Kerns und dergleichen, von dem Aufbau der einzelnen Transistorelemente und auch von den Eigenschaften des Metallisierungssystems ab, das eine Vielzahl gestapelter Metallisierungsschichten aufweisen kann, um damit den erforderlichen komplexen Schaltungsaufbau Rechnung zu tragen. Daher sind sehr aufwendige Fertigungstechniken erforderlich, um die minimalen kritischen Strukturgrößen der geschwindigkeitskritischen Schaltungskomponenten zu erreichen. Beispielsweise werden aufwendige Digitalschaltungen auf der Grundlage von Feldeffekttransistoren eingesetzt, die Schaltungselemente repräsentieren, in denen die Leitfähigkeit eines Kanalgebiets auf der Grundlage einer Gateelektrode gesteuert ist, die von dem Kanalgebiet durch ein dünnes dielektrisches Material getrennt ist. Das Leistungsverhalten der einzelnen Feldeffekttransistoren ist u. a. durch die Fähigkeit der Transistoren bestimmt, von einem hochohmigen Zustand in einen niederohmigen Zustand mit hoher Geschwindigkeit umzuschalten, wobei ein ausreichend hoher Strom im niederohmigen Zustand fließen kann. Dieser Durchlassstrom ist u. a. durch die Länge des leitenden Kanals bestimmt, der sich in dem Kanalgebiet beim Anlegen einer Steuerspannung an die Gateelektrode ausbildet. Aus diesem Grunde und im Hinblick auf die Forderung für eine ständige Erhöhung der gesamten Packungsdichte komplexer Halbleiterbauelemente wird die Kanallänge und damit die Länge der Gateelektrode ständig verringert, was wiederum eine geeignete Anpassung der kapazitiven Kopplung der Gateelektroden an das Kanalgebiet notwendig macht. Folglich muss auch die Dicke des Gatedielektrikumsmaterials reduziert werden, um die Steuerbarkeit des leitenden Kanals auf einem gewünschten hohen Niveau zu halten. Die Verringerung der Dicke des Gatedielektrikums ist jedoch mit einer exponentiellen Zunahme der Leckströme verknüpft, die direkt durch ein dünnes Gatedielektrikumsmaterial Tunneln können, wodurch zu einer höheren Leistungsaufnahme und somit Abwärme beigetragen wird, was zu anspruchsvollen Bedingungen während des Betriebs des Halbleiterbauelements führt. Ferner werden Ladungsträger in das Gatedielektrikumsmaterial eingeführt, was ebenfalls ggf. zu einer deutlichen Beeinträchtigung der Transistoreigenschaften beiträgt, etwa im Hinblick auf die Schwellwertspannung der Transistoren, wodurch ebenfalls zu einer Variabilität der Transistoreigenschaften über die Lebensdauer des Produkts hinweg beigetragen wird. Folglich werden die Zuverlässigkeit und das Leistungsverhalten gewisser komplexer Schaltungsbereiche durch Materialeigenschaften und Prozesstechniken zur Herstellung sehr komplexer Schaltungselemente festgelegt, während andere Schaltungsbereiche weniger kritische Bauelemente enthalten, die somit für ein anderes Verhalten über die Lebensdauer hinweg im Vergleich zu den kritischen Schaltungsbereichen sorgen. Folglich kann die Kombination der diversen Schaltungsbereiche in einem einzelnen Halbleiterbauelement zu einem deutlich unterschiedlichen Verhalten im Hinblick auf Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit führen, wobei auch die Schwankungen des gesamten Fertigungsprozessablaufes zu einer weiteren Diskrepanz zwischen den diversen Schaltungsbereichen beitragen können. Aus diesen Gründen werden in komplexen integrierten Schaltungen häufig zusätzliche Mechanismen eingerichtet, um es der Schaltung selbst zu ermöglichen, das Leistungsverhalten gewisser Schaltungsbereiche anzupassen, um damit mit dem Leistungsverhalten anderer Schaltungsbereiche verträglich zu sein, beispielsweise kann dies bei Abschluss des Fertigungsprozesses und/oder während der Verwendung des Halbleiterbauelements erfolgen, wenn beispielsweise gewisse kritische Schaltungsbereiche nicht mehr mit entsprechenden Leistungskriterien in Übereinstimmung sind, wodurch eine Anpassung gewisser Schaltungsbereiche erforderlich ist, etwa das Neueinstellen einer inneren Versorgungsspannung, das Neufestlegen der gesamten Schaltung und dergleichen.
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Aus diesem Grunde werden sogenannte elektronische Sicherungen oder e-Sicherungen in Halbleiterbauelementen vorgesehen, die elektronische Schalter repräsentieren, die einmal aktiviert werden können, um eine gewünschte Schaltungsanpassung zu ermöglichen. Daher werden die elektronischen Sicherungen so angesehen, dass sie einen hochohmigen Zustand besitzen, der typischerweise auch einen „programmierten” Zustand repräsentiert, und auch einen niederohmigen Zustand besitzen, der typischerweise einen nicht-programmierten Zustand der elektronischen Sicherung repräsentiert. Da diese elektronischen Sicherungen einen wesentlichen Einfluss auf das gesamte Verhalten der integrierten Schaltung ausüben, muss eine zuverlässige Erkennung des nicht-programmierten und des programmierten Zustands garantiert sein, was auf der Grundlage geeignet gestalteter Logikschaltungen und dergleichen bewerkstelligt werden kann. Da typischerweise diese elektronischen Sicherungen lediglich einmal über die Lebensdauer des betrachteten Halbleiterbauelements hinweg aktiviert werden, muss eine entsprechende Programmieraktion sicherstellen, dass ein gewünschter programmierter Zustand der elektronischen Sicherung zuverlässig erzeugt wird, um damit gut definierte Bedingungen für die weitere Betriebslebensdauer des Bauelements zu erhalten. Mit der zunehmenden Verringerung der kritischen Bauteilabmessungen in komplexen Halbleiterbauelementen erfordert jedoch die Zuverlässigkeit des Programmierens entsprechender elektronischer Sicherungen genau festgelegte Toleranzbereiche für die jeweiligen Spannungen, die zum Programmieren der elektrischen Sicherungen verwendet werden, was jedoch ggf. nicht mit dem gesamten Spezifikationen der Halbleiterbauelemente verträglich ist oder was zumindest einen deutlichen Einfluss auf die Flexibilität beim Betreiben des Bauelements ausübt.
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Mit Bezug zu den 1a und 1b wird eine typische elektronische Sicherung in einem komplexen Halbleiterbauelement beschrieben, um deutlicher die Schwierigkeiten bei der Bereitstellung elektronischer Sicherungen in Halbleiterbauelementen darzulegen.
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1a zeigt schematisch eine Draufsicht eines Bereichs eines Halbleiterbauelements 150, das ein Halbleiterbauelement mit komplexen Digitalschaltungen, etwa einem CPU-Kern, einer Steuerung für graphische Anwendungen, Speicherbereichen und dergleichen repräsentiert. Das Halbleiterbauelement 150 umfasst einen Schaltungsbereich 160, der ein komplexes Transistorelement, etwa ein Feldeffekttransistor mit einer Gatelänge von 50 nm und weniger, aufweisen kann, wie dies auch zuvor erläutert ist. Des weiteren umfasst das Bauelement 150 eine elektronische Sicherung 110, die einen ein mal programmierbaren elektronischen Schalter repräsentiert, der von einem niederohmigen Zustand durch einen Stromimpuls umgeschaltet werden kann, der durch das Anlegen einer geeigneten Programmierspannung an die elektronische Sicherung 100 erzeugt wird. Wie gezeigt, umfasst die Sicherung 100 einen ersten Kontaktbereich 101 und einen zweiten Kontaktbereich 102, die auch als Sicherungskopfbereiche bezeichnet werden, und es ist ein Zwischengebiet 103 oder ein Sicherungskörper vorgesehen, der in Form einer Leitung vorgesehen ist, die das eigentliche Sicherungselement repräsentiert, das seinen Widerstandszustand beim Verbinden der Kontaktbereiche 101 und 102 mit einer geeigneten Spannungsquelle ändert. In einigen konventionellen Vorgehensweisen sind die Kontaktbereiche 101 und 102 und die Leitung 103 aus einem geeigneten Elektrodenmaterial aufgebaut, das auch verwendet wird, um entsprechende Gateelektrodenstrukturen von Feldeffekttransistoren herzustellen, die in dem Bereich 160 vorgesehen sind. Beispielsweise ist Polysilizium in Verbindung mit einem Metallsilizid ein häufig verwendetes Material, um die elektronische Sicherung 100 herzustellen. Schließlich ist das Vorsehen der Sicherungen auf der Grundlage eines Aufbaus, wie er in Gateelektroden verwendet wird, nicht mit den Erfordernissen kompatibel, die die Sicherungen zu erfüllen haben. Beispielweise kann die bessere Leistungsfähigkeit komplexer Gateelektroden mit dem geringen Widerstand des Sicherungsmaterials führen, wodurch wesentliche Entwurfsänderungen und/oder zusätzliche Prozessschritte erforderlich sind, um den spezifischen Widerstand des Sicherungsmaterials auf den erforderlichen Wert einzustellen.
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In diesem Falle ermöglichen SOI-Bauelemente ein effiziente Alternative, indem Sicherungen in der „aktiven” Siliziumschicht hergestellt werden, da die aktive Schicht durch das vergrabene isolierende Material „vertikal” isoliert ist. Durch geeignetes Festlegen eines „aktiven” Gebiets für die Sicherung 100 innerhalb des Siliziummaterials der aktiven Schicht können somit die gut bekannten Eigenschaften des Siliziummaterials beitragen, das Verhalten in geeigneter Weise einzustellen, d. h. die Größe des Stroms einzustellen, der zum „Durchbrennen” der Sicherung erforderlich ist.
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Wie gezeigt ist jeder der Kontaktbereiche 101, 102 mit entsprechenden Kontaktelementen 121 verbunden, die in einer Kontaktebene des Bauelements 150 ausgebildet sind, wie dies detaillierter mit Bezug zu 1b beschrieben ist.
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1b zeigt schematisch eine Querschnittsansicht des Bauelements 150 entlang der Linie Ia in 1. Wie gezeigt, umfasst das Bauelement 150 ein Substrat 151, etwa ein Siliziumsubstrat und dergleichen, über welchem eine siliziumbasierte Halbleiterschicht 153 ausgebildet ist, in der eine Isolationsstruktur 153c lateral Halbleitergebiete 153a, 153b in der Siliziumschicht 153 begrenzt. In dem gezeigten Beispiel repräsentiert das Halbleiterbauelement 150 eine SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Konfiguration, wobei eine vergrabene isolierende Materialschicht 152, etwa eine Siliziumdioxidschicht, zwischen dem Substrat 101 und der Halbleiterschicht 153 ausgebildet ist. Wie zuvor erläutert ist, sind typischerweise elektronische Sicherungen über einer Isolationsstruktur gebildet, etwa der Struktur 153c, wobei dies auf der Grundlage von Elektrodenmaterial erfolgt, das typischerweise auch zur Herstellung von Gateelektrodenstrukturen von Schaltungselementen eingesetzt wird, etwa von einem Transistor 161, der ein Schaltungselement des Schaltungsbereichs 160 etwa in Form eines Feldeffekttransistors repräsentiert. Wie zuvor erläutert ist, besitzt die Gateelektrodenstruktur 162 des Transistors 161 ggf. eine moderat hohe Leitfähigkeit und daher müssen entsprechende elektronische Sicherungen mit einer größeren Länge und/oder einer geringeren lateralen Abmessung hergestellt werden, um damit ein zuverlässiges Programmieren der elektronischen Sicherungen zu ermöglichen, wodurch ansonsten hohe Strompulse erforderlich sind. Folglich wird gemäß einigen Vorgehensweisen die elektronische Sicherung 100 innerhalb der Halbleiterschicht 153, d. h. in dem gezeigten Beispiel in dem aktiven Gebiet 153a, hergestellt. Folglich werden der Sicherungskörper 103 und die Kontaktbereiche 101, 102 in dem Halbleitergebiet 153a hergestellt und besitzen eine geeignete laterale Abmessung, d. h. eine Länge 103i und eine Breite (siehe 1a die vertikale Erstreckung des Sicherungskörpers 103) derart, dass ein gewünschter niederohmiger Zustand geschaffen wird, der beim Anlegen eines Stromimpulses in einen hochohmigen Zustand umgewandelt wird. In der gezeigten Fertigungsphase ist ferner ein Metallsilizidmaterial 104 in dem Halbleitergebiet 153a und somit in oder auf den Kontaktbereichen 101, 102 und dem Sicherungskörper 103 gebildet. In ähnlicher Weise ist ein Metallsilizid 164 in Drain- und Sourcegebieten 163 des Transistors 161 vorgesehen. Die Metallsilizidmaterialien 104, 164 können in Form von Nickelsilizid, Kobaltsilizid und dergleichen vorgesehen sein. Ferner ist eine Kontaktebene 120 über der Halbleiterschicht 103 ausgebildet und umschließt die elektronische Sicherung 100 und andere Schaltungselemente des Schaltungsbereichs 160, etwa den Transistor 161. Typischerweise enthält die Kontaktebene 120 ein oder mehrere unterschiedliche dielektrische Materialien, die durch 122 und 123 angegeben sind, etwa Siliziumnitrid und Siliziumdioxid, in welchem die Kontaktelemente 121 mit einem gut leitenden Material, etwa Wolfram und dergleichen, ausgebildet sind, wobei dies möglicherweise in Verbindung mit einem geeigneten Barrierenmaterial bei Bedarf bewerkstelligt wird.
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Das Halbleiterbauelement 150 kann auf der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken hergestellt werden. Beispielsweise wird die Isolationsstruktur 153c hergestellt, indem ein Graben in der Halbleiterschicht 153 erzeugt wird, der sich etwa bis hinab zu dem vergrabenen isolierenden Material 152 erstreckt, und indem der Graben mit einem geeigneten dielektrischen Material wieder aufgefüllt wird, wodurch die laterale Lage, die Größe und Form der Halbleitergebiete 153a, 153b entsprechend den gesamten Entwurfsregeln festgelegt werden. Daraufhin werden die Gateelektrodenstrukturen von Schaltungselementen, etwa von dem Transistor 161, gemäß komplexer Abscheide-, Lithographie- und Strukturierungsstrategien hergestellt, wobei kritische Strukturgrößen, etwa eine Gatelänge von 50 nm und weniger, anzuwenden sind. Als nächstes werden die Drain- und Sourcegebiete 163 hergestellt unter Anwendung von Implantationsverfahren, wobei typischerweise eine Implantation in das Gebiet 153a vermieden wird oder mit einem geeigneten Maskierungsschema ausgeführt wird, abhängig von dem gewünschten grundlegenden spezifischen Widerstand des Halbleitermaterials in dem Gebiet 153a. Nach jeglichen Hochtemperaturprozessen, um etwa die Dotierstoffsorten und dergleichen zu aktivieren, worin die Metallsilizidmaterialien 104, 164 hergestellt werden, beispielsweise durch Abscheiden eines geeigneten hochschmelzenden Metalls, etwa von Nickel, und dergleichen, und durch Ingangsetzen der Diffusion der Metallsorte und des Siliziummaterials, wodurch ein Metallsilizid gebildet wird. Folglich sind die Materialeigenschaften und die Dicke des Metallsilizids 104, 164 im Wesentlichen durch die anfänglichen Basismaterialien der Halbleitergebiete 153a, 153b, durch die verwendeten hochschmelzenden Metalle und die speziellen Prozessbedingungen bestimmt. Es sollte beachtet werden, dass die Herstellung des Metallsilizids 104 in der elektronischen Sicherung 100 vorteilhaft ist für das Funktionsverhalten der Sicherung 100, da das Metallsilizidmaterial 104 effizient verwendet werden kann, um Elektromigration beim Programmieren der Sicherung 100 hervorzurufen, wie dies nachfolgend detaillierter beschrieben ist.
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Als nächstes wird die Kontaktebene 120 hergestellt, indem die Materialien 122 und 123 aufgebracht werden und indem diese Materialien strukturiert werden, um Öffnungen zu schaffen, die nachfolgend mit einem geeigneten leitenden Material gefüllt werden. Nach dem Entfernen von überschüssigem Material werden die Kontaktelemente 121 erhalten, die eine Verbindung zu den Kontaktbereichen 101 und 102 der elektronischen Sicherung 100 herstellen, wenn andere Kontaktelemente (nicht gezeigt) zu Schaltungselementen in Verbindung stehen in dem Schaltungsbereich 160 gemäß den gesamten Schaltungsaufbau der betrachteten Schaltung. Ferner wird typischerweise ein Metallisierungssystem (nicht gezeigt) über der Kontaktebene 120 gebildet, um ein komplexes Verbindungsnetzwerk bereitzustellen, so dass die einzelnen Schaltungskomponenten verbunden werden, beispielsweise zur Verbindung der elektronischen Sicherung 100 mit einer geeigneten Steuerschaltung und mit Transistoren, die einen Stromimpuls beim Programmieren der elektronischen Sicherung 100 bereitstellen.
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Beim Betreiben des Bauelements 150 und beim Programmieren der elektronischen Sicherung 100 muss eine ausreichend hohe Spannung zwischen den Kontaktbereichen 101 und 102 angelegt werden, um eine ausreichend hohe Stromdichte in dem Sicherungskörper 103 zu erzeugen, die zu einer permanenten Modifizierung der elektronischen Eigenschaften des Sicherungskörpers 103 führt, um damit die Sicherung 100 „durchzubrennen”. Beispielsweise wird in diesem Falle der an sich negative Effekt der Elektromigration vorteilhaft ausgenutzt, um eine stromgetriebene Materialdiffusion in dem Sicherungskörper 103 zu erzeugen, d. h. in dem Metallsilizidgebiet 104, woraus sich eine deutliche Modifizierung des elektrischen Verhaltens ergibt. D. h., ein entsprechender hochohmiger Zustand wird auf Grund der „Verschlechterung” des Sicherungskörpers 103 erreicht. Die Elektromigration ist ein gut bekannter Effekt, der in Leitungen auftritt, typischerweise in metallenthaltenden Leitungen, während die Stromdichte sehr hoch ist, so dass der Fluss von Elektronen eine gerichtete „Diffusion” der Ionen durch Impulsübertrag hervorruft, wodurch zunehmend Material entlang der Elektronenstromrichtung verschoben wird. Somit zeigt die entsprechende Leitung zunehmend eine Verarmung an Material in der Nähe der Kathode auf, während Material an oder in der Nähe der Leitung nahe an der Anode der entsprechenden Leitung angesammelt wird. In der elektronischen Sicherung 100 findet die Elektromigration vorzugsweise in dem Metallsilizidmaterial 104 des Sicherungskörpers 103 statt, der geeignete laterale Abmessungen besitzt, um damit die hohe Stromdichte zu erhalten. Wie zuvor erläutert ist, erfordert eine zuverlässige Unterscheidung zwischen einem nicht-programmierten Zustand und einem programmierten Zustand eine entsprechende signifikante Modifizierung des Sicherungskörpers 103, was wiederum einen ausreichend hohen Strom notwendig macht, der durch den Sicherungskörper 103 geführt wird, um die gewünschte Elektromigrationswirkung und somit die gewünschte Beeinträchtigung des Sicherungskörpers 103 zu erreichen, die zu einem deutlich höheren Widerstand führt. Folglich müssen geeignet dimensionierte Transistorelemente als Schalter zum Zuführen des hohen Stromes zu der elektronischen Sicherung 100 mit einem ausreichend hohen Stromtreibervermögen bereitgestellt werden, die auch die Versorgungsspannungen aushalten, die zum Erzeugen der hohen Strompulse erforderlich sind. In konventionellen Strategien wird die Länge der Sicherungskörper vergrößert und/oder die Breite wird verringert in dem Versuch, die erforderliche Höhe des Stromes zum Hervorrufen des gewünschten Elektromigrationseffekts in den Sicherungskörpern zu reduzieren, um damit eine Verringerung der Größe der zugehörigen Treibertransistorelemente zu ermöglichen. Beispielsweise werden auch die Kontaktbereiche 101, 102, die auch als Sicherungskopfbereiche bezeichnet werden, ebenfalls in der Größe reduziert, um diesen Bereich effizient als Teil des Elektromigrationsbereichs der elektronischen Sicherung zu nutzen, was jedoch Beschränkungen bei der Herstellung der Kontaktelemente 121 mit sich bringt, da diese Elemente dennoch die erforderliche Stromdichte bereitstellen müssen. Somit können Unregelmäßigkeiten bei der Herstellung der elektronischen Sicherung 100 und/oder der Kontaktelemente 121 zu einer signifikanten Änderung der erforderlichen Spannungswerte und Stromdichten zum Programmieren der elektronischen Sicherung 100 führen, was mit dem genau festgelegten Prozesstoleranzen in komplexen Halbleiterbauelementen unter Umständen nicht kompatibel ist.
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Im Hinblick auf die zuvor beschriebene Situation stellt die vorliegende Erfindung Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereit, in denen elektronische Sicherungen mit einer höheren Empfindlichkeit im Hinblick auf Elektromigrationswirkungen vorgesehen sind, wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest in der Auswirkung reduziert.
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Überblick über die Erfindung
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Im Allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung Halbleiterbauelemente und Verfahren zu deren Herstellung bereit, in denen die elektronischen Sicherungen so vorgesehen werden, dass das Programmieren von elektronischen Sicherungen mit geringen Strömen möglich ist, ohne dass die Zuverlässigkeit des Programmierprozesses negativ beeinflusst wird. Dazu wird die Menge an Metallsilizidmaterial zumindest in dem Sicherungskörper einer elektronischen Sicherung verringert, so dass eine höhere Stromdichte in Verbindung mit einem erhöhten Widerstand in dem Metallsilizidmaterial bei einer vorgegebenen gewünschten Größe des Stromes erreicht wird. In einigen anschaulichen hierin offenbarten Aspekten wird eine geringere Menge an Metallsilizid, beispielsweise eine reduzierte Dicke einer Metallsilizidschicht in dem Sicherungskörper, möglicherweise in Verbindung mit einer geringeren Dicke der Kontaktbereiche, erreicht, indem ein Teil des anfänglichen siliziumbasierten Halbleitermaterials durch ein Halbleitermaterial mit einer geringeren Silizidierungsrate ersetzt wird, wodurch der Grad an Diffusion während des Silizidierungsprozesses reduziert wird. Folglich besitzt das resultierende Metallsilizidmaterial eine geringere Dicke, was wiederum zu einem ausgeprägteren Elektromigrationseffekt bei einer vorgegebenen Größe eines Stromes führt. Folglich können entsprechende periphere Komponenten, etwa Transistoren zum Zuführen der Spannung des Stromes zum Programmieren der elektronischen Sicherungen in ihrer Größe reduziert werden, was wiederum im Allgemeinen eine höhere Packungsdichte in komplexen Halbleiterbauelementen ermöglicht.
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Ein anschauliches hierin offenbartes Verfahren betrifft die Herstellung einer elektronischen Sicherung eines Halbleiterbauelements. Das Verfahren umfasst das Bilden einer Isolationsstruktur in einer Halbleiterschicht, so dass ein Sicherungsgebiet in der Halbleiterschicht lateral begrenzt wird. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden eines Metallsilizidmaterials in dem Sicherungsgebiet, wobei das Metallsilizidmaterial eine erste Dicke in einem Kontaktbereich der elektronischen Sicherung und eine zweite Dicke in einem Sicherungskörper der elektronischen Sicherung besitzt und wobei die zweite Dicke kleiner ist als die erste Dicke.
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Ein noch weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren betrifft die Herstellung einer elektronischen Sicherung eines Halbleiterbauelements. Das Verfahren umfasst das Ersetzen zumindest eines Teils eines Halbleitermaterials eines Sicherungsgebiets durch eine Halbleitermischung, die eine Silizidierungsrate besitzt, die kleiner ist als eine Silizidierungsrate des zumindest einen Bereichs des Halbleitermaterials. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden eines Metallsilizidmaterials in der Halbleitermischung und das Bilden von Kontaktelementen in einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial, um eine Verbindung zu Kontaktbereichen herzustellen, die in dem Sicherungsgebiet ausgebildet sind.
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Ein anschauliches hierin offenbartes Halbleiterbauelement umfasst ein Schaltungselement, das in und über einem ersten Halbleitergebiet einer Halbleiterschicht gebildet ist. Das Halbleiterbauelement umfasst ferner eine elektronische Sicherung, die in einem zweiten Halbleitergebiet der Halbleiterschicht ausgebildet ist. Die elektronische Sicherung umfasst einen ersten Kontaktbereich, eine zweiten Kontaktbereich und einen Sicherungskörper, die in dem Halbleitergebiet ausgebildet sind. Zumindest der Sicherungskörper umfasst ein erstes siliziumenthaltendes Material mit einer ersten Silizidierungsrate im Hinblick auf ein vordefiniertes Silizidierungsrezept. Des weiteren umfasst der Sicherungskörper ein zweites siliziumenthaltendes Material, das über dem ersten siliziumenthaltenden Material gebildet ist und eine zweite Silizidierungsrate besitzt, die kleiner ist als die erste Silizidierungsrate. Des weiteren umfasst die elektronische Sicherung ein Metallsilizid, das in dem ersten und dem zweiten Kontaktbereich und in dem Sicherungskörper gemäß dem vordefinierten Silizidierungsrezept ausgebildet ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:
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1a schematisch eine Draufsicht eines konventionellen Halbleiterbauelements mit einer elektronischen Sicherung;
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1b schematisch eine Querschnittsansicht des konventionellen Bauelements aus 1a zeigt;
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2a bis 2e schematisch Querschnittsansichten eines Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen zeigen, wenn eine elektronische Sicherung auf der Grundlage einer Halbleiterlegierung mit einer geringeren Silizidierungsrate im Vergleich zu Siliziummaterial gemäß anschaulicher Ausführungsformen hergestellt wird;
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2f und 2g schematisch Draufsichten von Beispielen einer elektronischen Sicherung gemäß anschaulicher Ausführungsformen zeigen;
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2h schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements zeigt, wobei eine Silizium/Germanium-Legierung in einer elektronischen Sicherung und in Transistorelementen gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen vorgesehen ist;
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2i schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements zeigt, wobei ein Metallsilizid mit geringerer Dicke entlang der gesamten Länge einer elektronischen Sicherung gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen ausgebildet ist; und
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2j schematisch eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements zeigt, wobei die Modifizierung des Silizidierungsverhaltens zumindest eines Teils einer elektronischen Sicherung auf der Grundlage eines Implantationsprozesses gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen erfolgt.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte beachtet werden, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen anschaulichen offenbarten Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.
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Im Allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereit, in denen elektronische Sicherungen eine geringere Menge an Metallsilizid erhalten, um damit eine ausreichende Elektromigrationswirkung auf der Grundlage eines reduzierten Gesamtstromes im Vergleich zu konventionellen Strategien zu entfalten. Zu diesem Zweck wird in einigen anschaulichen hierin offenbarten Ausführungsformen zumindest der Sicherungskörper auf der Grundlage eines Halbleitermaterials hergestellt, das eine geringere Silizidierungsrate besitzt, wodurch eine geringere Dicke des Metallsilizids in dem Sicherungskörper hervorgerufen wird, was wiederum zu einer höheren Stromdichte und somit zu einer höheren Temperatur des Sicherungskörpers beim Einprägen eines gegebenen Stromes in die elektronische Sicherung führt. Zu diesem Zweck wird ein Teil des anfänglichen siliziumbasierten Materials durch ein Halbleitermaterial ersetzt, das eine geringere Silizidierungsrate besitzt, etwa eine Silizium/Germanium-Mischung, wodurch die Menge an Metallsilizid effizient reduziert wird, die in der elektronischen Sicherung während eines Silizidierungsprozesses erzeugt wird. In einigen anschaulichen hierin offenbarten Ausführungsformen wird die elektronische Sicherung in der Halbleiterschicht eines SOI-Bauelements hergestellt, wodurch ein hoher Grad an Kompatibilität zu einer konventionellen Prozessstrategie für die Herstellung von Schaltungselementen, etwa von Feldeffekttransistoren, erreicht wird, die ebenfalls ein Metallsilizidmaterial in den Drain- und Sourcegebieten erfordern. Andererseits ist der Vorgang des Herstellens der elektronischen Sicherungen effizient von Prozessgegebenheiten für die Herstellung komplexer Gateelektrodenstrukturen entkoppelt, wodurch elektronische Sicherungen bereitgestellt werden, die mit geringeren Versorgungsspannungen und Durchlassströmen in zuverlässiger Weise programmiert werden können, ohne dass der Aufbau von Gateelektrodenstrukturen beeinflusst wird, etwa von Metallgateelektrodenstrukturen mit großem ε, und dergleichen. Durch effizientes Verringern der Menge an Metallsilizidmaterial zumindest in dem Sicherungskörper einer elektronischen Sicherung wird eine ausgeprägte Elektromigrationswirkung auf der Grundlage eines geringeren Gesamtstromes erreicht, wobei dies dennoch zu einer ausreichend hohen Stromdichte innerhalb des Metallsilizidgebiets führt, um damit die gewünschte Modifizierung des elektronischen Verhaltens der Sicherung zu erreichen. Ferner führt die geringere Menge an Metallsilizid zumindest in dem Sicherungskörper zu einem erhöhten Widerstand, was wiederum einen ausgeprägten Anstieg der lokalen Temperatur beim Einprägen eines Stromes in dem Sicherungskörper hervorruft, wodurch ebenfalls zu einem effizienteren Programmierverhalten beigetragen wird.
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In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird der Einbau eines siliziumenthaltenden Halbleitermaterials mit einer geringeren Silizidierungsrate zumindest in den Sicherungskörper vorteilhaft mit dem Vorsehen eines verformungsinduzierenden Halbleitermaterials in komplexen Transistorelementen kombiniert, wodurch zusätzliche Prozessschritte vermieden werden, um den elektronischen Sicherungen eine höhere Empfindlichkeit während des Programmierprozesses zu verleihen. In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird das Silizierungsverhalten zumindest des Sicherungskörpers effizient modifiziert, indem eine geeignete Sorte, etwa Sauerstoff, Stickstoff und dergleichen, eingebaut wird, das effizient die Diffusion der Metallsorte und der Siliziumsorte während des Siliziedierungsprozesses verringert. Folglich können effiziente elektronische Sicherungen in Halbleiterbauelemente eingebaut werden, die keine zusätzliche verformungsinduzierende Halbleiterlegierungen erfordern, beispielsweise in Bauelemente für geringe Leistungsaufnahme, und dergleichen, der gleichzeitig zusätzliche selektive epitaktische Aufwachsprozesse vermieden werden können.
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Mit Bezug zu den 2a bis 2j werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschrieben, wobei auch bei Bedarf auf die 1a und 1 verwiesen wird.
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2a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 250 mit einem Substrat 251, über welchem eine siliziumbasierte Halbleiterschicht 253 gebildet ist, in der eine Isolationsstruktur 253c, etwa eine flache Grabenisolation, lateral ein Halbleitergebiet 253a begrenzt. Ferner ist in der gezeigten Ausführungsform eine vergrabene isolierende Schicht 252 zwischen einem Substrat 251 und der Halbleiterschicht 253 vorgesehen, wodurch eine SOI-Konfiguration gebildet wird. Das Halbleitergebiet 253a repräsentiert das grundlegende Halbleitermaterial, um darin eine elektronische Sicherung 200 herzustellen, die einen ersten Kontaktbereich 201 und einen zweiten Kontaktbereich 202 aufweist, die eine beliebige geeignete laterale Größe und Form besitzen, um durch entsprechende Kontaktelemente kontaktiert zu werden oder um direkt eine Verbindung zu einem Schaltungselement herzustellen, etwa zu einem Transistor (nicht gezeigt), entsprechend dem gesamten geometrischen Aufbau einer entsprechenden peripheren Schaltung für das Erstellen einer Verbindung zu der elektronischen Sicherung 200. Die Kontaktbereiche 201 und 202 schließen lateral einen Sicherungskörper 203 ein, der wiederum einen beliebigen geeigneten Aufbau besitzt, d. h. eine erforderliche Länge, d. h. in 2a die horizontale Erstreckung des Sicherungskörpers 203, und eine Breite, d. h. eine Richtung senkrecht zur Zeichenebene der 2a, um einen gewünschten niederohmigen Zustand und hochohmigen Zustand zu erreichen, wie dies zum Definieren zweier zuverlässiger unterscheidbarer Zustände der elektronischen Sicherung 200 erforderlich ist, wie dies auch zuvor erläutert ist. Folglich besitzt das Halbleitergebiet 253a, das auch als ein Sicherungsgebiet hierin bezeichnet wird, eine geeignete laterale Größe und Form, um damit die Kontaktbereiche 201 und 202 und den Sicherungskörper 203 aufzunehmen, der elektrisch die Kontaktbereiche 201, 202 verbindet und der einen Bereich repräsentiert, in welchem ein Elektromigrationseffekt zuverlässig beim Programmieren der elektronischen Sicherung 200 in Gang gesetzt wird. In der gezeigten Fertigungsphase ist eine Maske 230, die ein oder mehrere Hartmaskenmaterialien 231, etwa Siliziumnitrid und dergleichen, aufweisen kann, möglicherweise in Verbindung mit einem Lackmaterial 232 über der Halbleiterschicht 253 ausgebildet und besitzt eine geeignete Öffnung 230a, die somit die laterale Position und Größe des Sicherungskörpers 203 festlegt.
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Es sollte beachtet werden, dass, wie zuvor erläutert, oder wie nachfolgend detaillierter erläutert ist, die Halbleiterschicht 253 andere Halbleitergebiete aufweist, in denen Schaltungselemente, etwa Transistoren und dergleichen, hergestellt sind oder herzustellen sind, wobei dies von der gesamten Prozessstrategie abhängt.
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Das Halbleiterbauelement 250 kann auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Die Isolationsstruktur 253c in der Halbleiterschicht 253 wird auf der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken aufgebaut, wobei geeignete Lithographiemasken eingesetzt werden, um das Halbleitergebiet oder Sicherungsgebiet 253a mit der gewünschten lateralen Größe und Form festzulegen, um damit in Verbindung mit einer geringeren Menge an Metallsilizid, die zumindest in dem Sicherungskörper 203 vorzusehen ist, einen gewünschten niederohmigen Zustand und nach dem Programmieren der elektronischen Sicherung 200 einen gewünschten hochohmigen Zustand zu schaffen. Es sollte beachtet werden, dass andere Halbleitergebiete für Transistoren und dergleichen ebenfalls zusammen mit dem Sicherungsgebiet 253a in anderen Bauteilbereichen hergestellt werden. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird die weitere Bearbeitung fortgesetzt, indem Schaltungselemente oder Teile davon hergestellt werden, beispielsweise Gateelektrodenstrukturen von Transistoren, wie dies erforderlich ist. Daraufhin wird die Bearbeitung fortgesetzt, indem die Maske 230 vorgesehen wird, beispielsweise durch Abscheiden eines geeigneten Materials, etwa von Siliziumnitrid in Form der Schicht 231, und durch Bilden des Materials 232, etwa in Form eines Lackmaterials, was bewerkstelligt werden kann mittels gut etablierter Lithographietechniken. Die Materialschicht 231 wird gemäß gut etablierten Ätztechniken unter Anwendung der Maske 232 strukturiert, die auch während eines weiteren Ätzprozesses 233 verwendet werden kann, der so gestaltet ist, um Material des Halbleitergebiets 253a abzutragen. Beispielsweise ist eine Vielzahl an anisotropen Ätzrezepten zum Entfernen von Siliziummaterial im Stand der Technik gut bekannt und kann während des Prozessors 233 angewendet werden. Während des Ätzprozesses 233 dient das Material 232 und/oder das Material 231 als ein effizientes Ätzstoppmaterial, um die Kontaktbereiche 201, 202 zu schützen.
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2b zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 250 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der eine Aussparung 253d in dem Halbleitergebiet 253a gebildet ist, und sich zu einer geeigneten Tiefe erstreckt, wodurch in der gesamten Ausführungsform ein Teil des anfänglichen Materials des Gebiets 253a an der Unterseite der Aussparung 253d bewahrt wird. Es sollte beachtet werden, dass Aussparungen auch in anderen Halbleitergebieten hergestellt werden können, beispielsweise in aktiven Gebieten von Transistoren, wenn diese Transistoren den Einbau eines geeigneten Halbleitermaterials, etwa eines verformungsinduzierenden Halbleitermaterials, und dergleichen erfordern. In diesem Falle können die Prozessparameter des Ätzprozesses 233 aus 2a geeignet so gewählt werden, dass den Erfordernissen zur Herstellung der jeweiligen Aussparungen in diesen aktiven Gebieten der Transistoren Rechnung getragen wird. Daraufhin wird das Halbleiterbauelement 250 für das Abscheiden eines geeigneten Halbleitermaterials vorbereitet, beispielsweise auf der Grundlage selektiver epitaktischer Aufwachstechniken und dergleichen. Zu diesem Zweck werden entsprechende Reinigungsprozesse nach Bedarf ausgeführt.
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2c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 250 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der ein Halbleitermaterial 233a über dem verbleibenden Material des Halbleitergebiets 253a erzeugt wird, um die zuvor gebildete Aussparung 253d (siehe 2b) wieder zu füllen. Zu diesem Zweck wird in der gezeigten Ausführungsform ein Abscheideprozess 234, etwa ein selektiver epitaktischer Aufwachsprozess, ausgeführt, in welchem die Schicht 231 als eine effiziente Abscheidemaske möglicherweise in Verbindung mit der Isolationsstruktur 253c dient. Unter Anwendung eines epitaktischen Aufwachsprozesses wird das Material 233 in Form eines kristallinen Materials bereitgestellt, das beispielsweise in einem verformten Zustand vorgesehen wird, was vorteilhaft sein kann, um das Leistungsverhalten von Transistoren und dergleichen zu verbessern. Beispielsweise wird in einer anschaulichen Ausführungsform das Halbleitermaterial 233a in Form einer Silizium/Germanium-Mischung mit einem Germaniumanteil von ungefähr 15 bis 35 Atomprozent bereitgestellt, wodurch ein effizientes unterschiedliches Verhalten während eines Silizidierungsprozesses erreicht wird, der in einer späteren Fertigungsphase auszuführen ist. Es ist bekannt, dass ein Silizium/Germanium-Material in polykristalliner oder kristalliner Form eine geringere Neigung besitzt, um ein Metallsilizid zu erzeugen, was somit zu einer geringeren Menge an Metallsilizidmaterial führt, das in dem Halbleitermaterial 233a im Vergleich zu dem anfänglichen Halbleitermaterial der Halbleiterschicht 253, beispielsweise in den Kontaktbereichen 251, 252, gebildet wird. Es sollte beachtet werden, dass in anderen anschaulichen Ausführungsformen andere Halbleitermaterialien verwendet werden, wenn dies mit den gesamten Bauteilerfordernissen kompatibel ist. Beispielsweise wird in einigen Fallen eine Silizium/Zinn/Germanium-Mischung hergestellt, wenn eine derartige Materialzusammensetzung als vorteilhaft erachtet wird, um eine gewünscht hohe kompressive Verformungskomponente in den aktiven Gebieten von p-Kanaltransistoren hervorzurufen.
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Nach dem Abscheiden des Materials 232a geht die Bearbeitung weiter, beispielsweise indem Implantationssequenzen und dergleichen ausgeführt werden, um Drain- und Sourcegebiete in Transistoren herzustellen, während die elektronische Sicherung 200 so maskiert wird, dass ein unerwünschter Einbau einer Dotierstoffsorte vermieden wird, wenn diese für die gesamten elektronischen Eigenschaften der elektronischen Sicherung 200 als ungeeignet erachtet wird. Es sollte jedoch beachtet werden, dass eine gewünschte Dotierstoffsorte und Konzentration die elektronische Sicherung 200 eingebaut werden kann, wie dies zum Erreichen des Sollwiderstands der elektronischen Sicherung 200 erforderlich ist. Nach entsprechenden Hochtemperaturprozessen zum Aktivieren der Dotiermittel und zum Verringern der durch Implantation hervorgerufenen Schäden wird ein Silizidierungsprozess ausgeführt.
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2d zeigt schematisch das Bauelement 250 mit einer Schicht aus hochschmelzendem Metall 235, die über dem Halbleitergebiet 253a ausgebildet ist, das das Halbeleitermaterial 233a mit der geringeren Silizidierungsrate enthält. Zu beachten ist, dass die Schicht 235 aus einem beliebigen geeigneten Metall aufgebaut ist, etwa Nickel, Kobalt, Platin und dergleichen, wie dies zum Erhöhen der Leitfähigkeit dotierter Halbleiterbereiche, etwa von Drain- und Sourcegebieten von Transistoren, erforderlich ist. Anschließend wird eine geeignete Wärmbehandlung oder Sequenz aus Wärmebehandlungen ausgeführt, um die Diffusion des Metallmaterials in der Schicht 235 in das darunter liegende Halbleitermaterial, d. h. in die Kontaktbereiche 201, 202 und in das Material 233a, in Gang zu setzen, wobei die Diffusionsaktivität der Metallschicht 235 in dem Material 233a reduziert ist. Folglich wird eine größere Menge an Silizium pro Einheitsvolumen in den Kontaktbereichen 201, 202 im Vergleich zu dem Halbleitermaterial 233a des Sicherungsgebiets 203 verbraucht. Nach der chemischen Reaktion zwischen der Metallsorte in der Schicht 235 und dem darunter liegenden Halbleitermaterial wird somit eine größere Menge an Metallsilizid pro Einheitsfläche in den Kontaktbereichen 201 und 202 im Vergleich zu dem Sicherungskörper 203 erhalten. Daraufhin wird überschüssiges Material der Schicht 235 auf der Grundlage gut etablierter reaktiver Ätzrezepte entfernt, und daraufhin wird bei Bedarf eine weitere Wärmebehandlung ausgeführt, um das Metallsilizidmaterial thermisch zu stabilisieren.
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2e zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 250 mit einem Metallsilizidmaterial 204, das in den Kontaktbereichen 201, 202 und in dem Sicherungskörper 203 gebildet ist, wobei eine Dicke 204r des Metallsilizidmaterials 204 in den Sicherungskörper 203 kleiner ist im Vergleich zu einer Dicke 205t in den Kontaktbereichen 201, 202 auf Grund des Unterschieds im Diffusionsverhalten, der durch die unterschiedliche Materialzusammensetzung des Materials der Schicht 253 und 233a hervorgerufen wird. Folglich ist der elektrische Widersand des Sicherungskörpers 203 größer im Vergleich zum spezifischen Widerstand der Kontaktbereiche 201, 202 auf Grund der geringeren Dicke 204r im Vergleich zu der Dicke 204t, da der Gesamtwiderstand der elektronischen Sicherung 200 im Wesentlichen durch das Metallsilizidmaterial 204 durch die verbleibenden Halbleiterbereiche in den Kontaktbereich 201, 202 und dem Sicherungskörper 203 bestimmt ist.
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Beim Betreiben des Halbleiterbauelements 250 ist somit bei einem vorgegebenen Strom, der in die elektronische Sicherung 200 eingeprägt wird, die Stromdichte in dem Metallsilizidgebiet 204 mit der geringeren Dicke 204r in dem Sicherungskörper 203 deutlich größer im Vergleich zur Stromdichte in dem Kontaktbereich 201, 202, selbst wenn diese Bereiche die gleiche Breite besitzen, d. h. die gleiche laterale Abmessung in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene der 2e, wie der Sicherungskörper 203. Folglich repräsentiert der Sicherungskörper 203 den Bereich, in welchem vorzugsweise eine ausgeprägte Elektromigration bei einer vorgegebenen Stromstärke auftritt, wodurch die Elektromigrationswirkung zum „Beeinträchtigen” des Sicherungskörpers 203 und somit zum deutlichen Erhöhen eines Widerstandes zuverlässig hervorgerufen wird. Folglich kann die Größe von Transistorelementen, die zum steuerbaren Zuführen eines Strompulses zu der elektronischen Sicherung 200 erforderlich sind, verringert werden, da die höhere Elektromigrationswirkung in dem Sicherungskörper 203 in Verbindung mit dem allgemein erhöhten lateralen Widerstand, der wiederum zu einer höheren lokalen Temperatur beim Programmieren der elektronischen Sicherung 200 führt, zu einer zuverlässigen und permanenten Modifizierung der elektronischen Sicherung 200 bei allgemein geringeren Strömen im Vergleich zu konventionellen elektronischen Sicherungen führt, wie sie auch zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 beschrieben sind. Die weitere Bearbeitung des Bauelements 200 kann fortgesetzt werden, indem eine Kontaktebene hergestellt wird, wie sie auch zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 beschrieben ist, und indem darin geeignete Kontaktelemente erzeugt werden, die eine Verbindung zu einem oder beiden Kontaktbereichen 201, 202 herstellen.
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2f zeigt schematisch die elektronische Sicherung 200 gemäß anschaulicher Ausführungsformen, in denen die elektronische Sicherung 200 die Kontaktbereiche 201, 202 mit im Wesentlichen gleicher Breite 203w wie der Sicherungskörper 203 aufweist. Auf Grund der unterschiedlichen Dicken des Metallsilizidmaterials 204 in diesen Bereichen wird dennoch eine höhere Stromtreiberfähigkeit durch Kontaktbereiche 201, 202 erreicht, während der Sicherungskörper 203 für die gewünschte hohe Elektromigrationswirkung sorgt. Somit können die Kontaktbereiche 201, 202 durch geeignete dimensionierte Kontaktelemente 221 in einer sehr platzsparenden Weise geeignet kontaktiert werden.
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2g zeigt schematisch die elektronische Sicherung 200 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen der Sicherungskörper 203 die Breite 203w besitzt, die kleiner ist als die laterale Abmessung der Kontaktbereiche 201, 202 in der Breitenrichtung, wodurch ausgeprägte Sicherungskopfbereiche für die Sicherung 200 geschaffen werden. Ferner ist die Länge 203l geeignet so eingestellt, dass die gewünschte Elektromigrationswirkung für eine vorgegebene Stromdichte in dem Sicherungskörper 203 erreicht wird. Andererseits können die Kontaktbereiche 201, 202 effizient durch zwei oder mehr Kontaktelemente 221 pro Kontaktbereich kontaktiert werden, wodurch eine verbesserte Kontaktzuverlässigkeit geschaffen wird.
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Es sollte beachtet werden, dass die elektronische Sicherung 200 eine beliebige geeignete Größe und Form besitzt, beispielsweise können mehrere lineare Bereiche in dem Sicherungskörper 203 vorgesehen sein, die unter einem gewünschten Winkel, beispielsweise mit mehreren der 90 Grad Winkeln verbunden sind, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, die Länge 203 zu vergrößern, ohne dass in unerwünschter Weise unnötig wertvolle Chipfläche des Bauelements 200 verbraucht wird.
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2h zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 250 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen ein zweites Halbleitergebiet 253b in der Halbleiterschicht 253 vorgesehen ist und Drain- und Sourcegebiete 263 eines Transistors 261 aufweist. Der Transistor 261 umfasst eine Gateelektrodenstruktur 262 mit einem geeigneten Aufbau. Zu beachten ist, dass der Transistor 261 einen Teil einer elektronischen Schaltung repräsentieren kann, die in dem Bauelement 250 gebildet ist, wie dies zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 erläutert ist. In anderen Fällen repräsentiert der Transistor 261 einen Teil einer peripheren Schaltung zum Steuern des Programmierstatus der elektronischen Sicherung 200. Beispielsweise repräsentiert der Transistor 261 einen Transistor zum Zuführen von Strom zu der elektronischen Sicherung 200, um den Widerstand der Sicherung 200 permanent zu modifizieren, wie dies zuvor erläutert ist. Da die elektronische Sicherung 200 mit einem kleineren Strom im Vergleich zu konventionellen Strukturen programmiert werden kann, wie dies auch zuvor mit Bezug zu den Bauelement 100 erläutert ist, kann, wie angegeben, auch der Durchlassstrom und somit die Größe des Transistors 261 reduziert werden, wodurch die gesamte Packungsdichte in dem Halbleiterbauelement 250 vergrößert wird. In anderen Fällen repräsentiert der Transistor 261 ein anderes Schaltungselement, wobei in der gezeigten Ausführungsform der Transistor 261 in den Drain- und Sourcegebieten 263 ein verformungsinduzierendes Halbleitermaterial 233b eingebaut hat, das die gleiche Materialzusammensetzung wie das Material 233a aufweist, das in der elektronischen Sicherung 200 vorgesehen ist. Beispielsweise repräsentieren die Materialien 233a, 233b ein Silizium/Germaniummaterial, das zu dem besseren Verhalten der elektronischen Sicherung 200 führt, wie dies zuvor erläutert ist, und das wiederum eine gewünschte hohe kompressive Verformungskomponente in dem Transistor 261 hervorruft, wodurch das gesamte Transistorleistungsverhalten verbessert wird, da eine kompressive Verformungskomponente die Ladungsträgerbeweglichkeit in den Transistor 261 erhöhen kann. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird das Bauelement 250 auf der Grundlage einer Prozesssequenz hergestellt, in der die Materialien 233a und 233b in die aktiven Gebiete 253a bzw. 253b eingebaut, indem eine gemeinsame Prozesssequenz ausgeführt wird. D. h., nach dem Vorsehen einer Gateelektrodenstruktur 262 des Transistors 261 auf dem Halbleitergebiet 253b werden Aussparungen in den Halbleitergebieten 253a, 253b erzeugt, wie dies auch beispielsweise zuvor erläutert ist, und danach werden die Aussparungen durch einen selektiven epitaktischen Aufwachsprozess wieder aufgefüllt, wodurch die Materialien 233a bzw. 233b erzeugt werden. Folglich wird das Material 233a in dem Halbleitergebiet 253a vorgesehen, ohne dass zusätzliche Prozessschritte erforderlich sind, wenn das Material 233b notwendig ist, um die Leistungsspezifikationen des Transistors 261 zu erfüllen.
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2i zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 250 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen. Wie gezeigt, ist eine Kontaktebene 220 über der Halbleiterschicht 203 gebildet und weist geeignete Materialien auf, etwa ein erstes Material 222 in Verbindung mit einem zweiten Material 223, die in Form von Siliziumnitrid, Siliziumdioxid und dergleichen vorgesehen sein können, wie dies auch zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 erläutert ist. Des weiteren sind Kontaktelemente 221 in der Bauteilebene 220 so ausgebildet, dass sie eine Verbindung zu den Kontaktbereichen 201 und 202 der elektronischen Sicherung 200 herstellen. In der gezeigten Ausführungsform ist das Halbleitermaterial 231a mit der geringeren Silizidierungsrate, etwa in Form der Silizium/Germanium-Legierung und dergleichen, so ausgebildet, dass dieses sich in die Kontaktbereiche 201, 202 erstreckt, so dass das Metallsilizid 204 auch mit der geringeren Dicke 204r in den Kontaktbereich 201, 202 bereitgestellt wird. In diesem Fall vergrößert sich die effektive Länge eines Gebiets zum Hervorrufen einer ausgeprägten Elektromigrationswirkung, da eine sehr hohe Stromdichte bereits in den Kontaktbereichen 201, 202 hervorgerufen wird, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, die Gesamtgröße der elektronischen Sicherung 200 zu verringern. Das Material 223a kann auf der Grundlage von Prozesstechniken vorgesehen werden, wie sie zuvor beschrieben sind, wobei die Isolationsstruktur 253c als eine effiziente Maske während der oben beschriebenen Prozesssequenz dienen kann.
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2j zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 250 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen. Wie gezeigt, ist die Maske 230 über der elektronischen Sicherung 200 ausgebildet, so dass der Sicherungskörper 203 freiliegt, während die Kontaktbereiche 201, 202 abgedeckt sind. Beispielsweise wird die Maske 230 in Form einer Lackmaske und dergleichen vorgesehen. Das Bauelement 250 unterliegt ferner der Einwirkung eines Prozesses 236 zur Modifizierung eines Teils des anfänglichen Halbleitermaterials des Sicherungskörpers 203. In diesem Sinne wird ein Teil des Sicherungskörpers 203 durch ein Material mit einer geringeren Silizidierungsrate in Bezug auf ein spezielles Silizidierungsrezept „ersetzt”, das in einer späteren Fertigungsphase zu verwenden ist, wie dies auch zuvor beschrieben ist. In einer anschaulichen Ausführungsform repräsentiert der Prozess 236 einen Implantationsprozess, um eine geeignete Sorte in den Sicherungskörper 203 einzubauen, wodurch das Diffusionsverhalten einer Metallsorte in dem Sicherungskörper 203 während des in einer späteren Fertigungsphase auszuführenden Silizierungsprozesses eingeschränkt wird. Beispielsweise wird in einigen anschaulichen Ausführungsformen Stickstoff in dem Sicherungskörper 203 eingebaut, beispielsweise mittels einer geeigneten Implantationsenergie, um einen potentiellen nicht-modifizierten Bereich 236a zu bewahren, der somit an der chemischen Reaktion während eines Silizidierungsprozesses teilnimmt, während ein tieferer Bereich 236b im Wesentlichen die Ausbildung eines Metallsilizids unterdrückt. In anderen Fällen wird die Implantationssorte in den Bereich 236a eingebaut, wodurch die Leitfähigkeit verringert wird und wodurch auch die Silizidierungsrate reduziert wird, während der untere Bereich 236b im Wesentlichen unmodifiziert bleibt. In diesem Falle kann beim Ausführen eines Silizidierungsprozesses eine deutlich geringere Menge an Metallsilizid in dem Material 236a auf Grund der Anwesenheit der Implantationssorte, etwa in Form von Stickstoff, und dergleichen, erzeugt werden. In anderen Fällen wird eine Sauerstoffsorte in den Sicherungskörper 203 bei einer geeigneten Höhe eingebaut und nachfolgend wird eine Wärmebehandlung zu der Ausbildung eines eingebetteten Siliziumdioxid-artigen Materials, das somit eine geeignete Barriere zum Erzeugen von Metallsilizid in einer späteren Fertigungsphase bildet. Durch geeignetes Auswählen einer Implantationsenergie kann somit der modifizierte Bereich 236a so bereitgestellt werden, dass eine Solldicke eines Metallsilizids während der weiteren Bearbeitung erreicht wird.
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Auf der Grundlage des Modifizierungsprozesses 236 kann ein Teil der Sicherung 203 effizient durch ein Material „ersetzt” werden, das eine geringere Silizidierungsrate im Hinblick auf ein spezielles Silizidierungsrezept besitzt, ohne dass epitaktische Aufwachsprozesse erforderlich sind. Beispielsweise ist in Halbleiterbauelementen mit geringer Leistungsaufnahme der Einbau einer verformungsinduzierenden Halbleiterlegierung in Transistoren nicht erforderlich, so dass durch das Vermeiden eines zusätzlichen selektiven epitaktischen Aufwachsprozesses dennoch eine effiziente Verringerung der Metallsilizidmaterialdicke in dem Sicherungskörper 203 auf der Grundlage des Modifizierungsprozesses 236, beispielsweise in Form eines Implantationsprozesses, bewerkstelligt werden kann.
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Es gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt Halbleiterbauelemente und Fertigungstechniken bereit, in denen ein besseres Programmierverhalten in elektronischen Sicherungen erreicht wird, indem die Menge des Metallsilizids oder dessen Dicke zumindest in dem Sicherungskörper verringert wird, wodurch eine bessere Wärmeentwicklung und eine höhere Elektromigration bei einer vorgegebenen Stromstärke erreicht wird. Somit kann die Größe von peripheren Transistoren, die mit der elektronischen Sicherung verbunden sind, verringert werden. Des weiteren kann auch die Gesamtgröße der elektronischen Sicherung reduziert werden, beispielsweise im Hinblick auf die Länge der elektronischen Sicherung, was ebenfalls zu einer besseren Gesamtpackungsdichte beiträgt.
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Weitere Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher dient diese Beschreibung lediglich anschaulichen Zwecken und soll dem Fachmann die allgemeine Arbeit und Weise des Ausführens der hierin offenbarten Erfindung vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.
