DE102020005807A1

DE102020005807A1 - Halbleitersicherungsstruktur und verfahren zum herstellen einer halbleitersicherungsstruktur

Info

Publication number: DE102020005807A1
Application number: DE102020005807.8A
Authority: DE
Inventors: Derryl Allman; Jefferson W. Hall
Original assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Current assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Priority date: 2019-10-02
Filing date: 2020-09-23
Publication date: 2021-04-08
Also published as: CN112599495A

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung mit einer Sicherungsstruktur schließt einen Bereich aus Halbleitermaterial mit einer Hauptoberfläche ein. Ein dielektrischer Bereich befindet sich über der Hauptoberfläche. Ein erster Sicherungsanschluss befindet sich über einem ersten Teil des dielektrischen Bereichs, ein zweiter Sicherungsanschluss befindet sich über einem zweiten Teil des dielektrischen Bereichs und von dem ersten Sicherungsanschluss beabstandet, um einen Spaltbereich bereitzustellen, und ein Sicherungskörper über einem dritten Teil des dielektrischen Bereichs ist zwischen dem ersten Sicherungsanschluss und dem zweiten Sicherungsanschluss angeordnet und mit ihnen verbunden. Eine erste Blindstruktur befindet sich über dem dielektrischen Bereich in dem Spaltbereich auf einer ersten Seite des Sicherungskörpers, wobei die Blindstruktur von dem Sicherungskörper, dem ersten Sicherungsanschluss und dem zweiten Sicherungsanschluss beabstandet und elektrisch isoliert ist. Die Blindstruktur ist dazu konfiguriert, das Vorliegen von oder die Wirkungen von Defekten, wie Rissen oder Hohlräumen, die von der Sicherungsstruktur ausgehen können, zu reduzieren.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Nicht anwendbar.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf elektronische Vorrichtungen und insbesondere auf Halbleitervorrichtungen und Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen.
HINTERGRUND
Elektrisch programmierbare Sicherungsstrukturen (eFUSE-Strukturen) sind in Halbleitervorrichtungen verwendet worden, unter anderem als einmal programmierbare (OTP) Elemente in nichtflüchtigen Speichervorrichtungen. Andere Anwendungen haben einen Schaltungsschutz und ein Trimmen von Widerständen, Kondensatoren und anderen diskreten Komponenten in analogen Schaltungen eingeschlossen. Üblicherweise schließen eFUSE-Strukturen Polysilicium/Silicid-Strukturen ein und Elektromigrationseffekte sind dazu verwendet worden, den Widerstand der Sicherungsstruktur von einem Zustand mit geringem Widerstand in einen Zustand mit hohem Widerstand zu ändern. In diesem Ansatz wird die eFUSE durch Anlegen einer spannungs- oder stromgesteuerten Vorspannung an die Polysilicium/Silicid-Sicherung programmiert. Das Silicidmaterial und die Dotierstoffe innerhalb des Polysiliciums migrieren oder bewegen sich durch Elektronenstrom und einen thermischen Gradienten von einem Bereich der Sicherungsstruktur zu einem anderen, wodurch der Widerstand der Sicherungsstruktur erhöht wird. In einigen Anwendungen wird diese Widerstandsänderung durch eine Erfassungsschaltungsanordnung überwacht, die in die Halbleitervorrichtung integriert ist. Obwohl eFUSE-Strukturen wünschenswerte Merkmale aufweisen, wie etwa ein flexibles Programmieren und eine vereinfachte Erfassungsschaltungsanordnung, wiesen frühere eFUSE-Strukturen Probleme auf, die ihre Verwendung beeinflussen. Zu diesen Problemen gehörten unter anderem hohe Widerstandsabweichungen, die zu Ausbeuteverlusten und Zuverlässigkeitsproblemen geführt haben.
Dementsprechend sind Sicherungsstrukturen und Verfahren zum Bilden von Sicherungsstrukturen erwünscht, welche die Probleme überwinden, die mit früheren Strukturen im Zusammenhang stehen. Es wäre für die Strukturen und Verfahren von Vorteil, kostengünstig zu sein und leicht in bestehende Halbleitervorrichtungsprozessabläufe integriert zu werden.
Figurenliste

1 veranschaulicht eine Draufsicht auf eine Sicherungsstruktur der vorliegenden Beschreibung;
2 veranschaulicht eine Teilquerschnittsansicht der Sicherungsstruktur von 1 entlang Bezugslinie 2-2;
3 veranschaulicht eine Teilquerschnittsansicht der Sicherungsstruktur von 1 entlang Bezugslinie 3-3;
4A ist ein Schema einer Schaltung, die eine Sicherungsstruktur der vorliegenden Beschreibung beinhaltet; und
4B ist ein Schema einer Schaltung, die eine Sicherungsstruktur der vorliegenden Beschreibung beinhaltet.

Zur Vereinfachung und Übersichtlichkeit der Veranschaulichung sind Elemente in den Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet, und die gleichen Bezugszeichen in unterschiedlichen Figuren können die gleichen Elemente bezeichnen. Zusätzlich werden Beschreibungen und Details wohlbekannter Schritte und Elemente aus Gründen der Einfachheit bei der Beschreibung ausgelassen. Zur Verdeutlichung der Zeichnungen können bestimmte Bereiche von Strukturen der Vorrichtung, wie beispielsweise dotierte Bereiche oder dielektrische Bereiche, so veranschaulicht werden, dass sie grundsätzlich gerade Linienkanten und präzise Winkelecken aufweisen. Fachleute verstehen jedoch, dass aufgrund der Diffusion und Aktivierung von Dotierstoffen oder Bildung von Schichten, die Kanten von solchen Bereichen grundsätzlich keine geraden Linien und die Ecken keine genauen Winkel sein können. Wie hierin verwendet, schließt der Begriff und/oder eine beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgelisteten Elemente ein. Außerdem dient die hierin verwendete Terminologie nur einem Beschreiben bestimmter Ausführungsbeispiele und soll die Offenbarung nicht einschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen auch die Pluralformen einschließen, es sei denn, der Kontext zeigt klar etwas anderes an. Es ist ferner zu verstehen, dass die Begriffe umfasst, umfassend, schließt ein und/oder einschließlich bei Verwendung in dieser Patentschrift das Vorliegen der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorliegen oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Es ist zu verstehen, dass, obwohl die Begriffe erste/r/s, zweite/r/s usw. hierin zur Beschreibung verschiedener Bestandteile, Elemente, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte verwendet werden können, diese Bestandteile, Elemente, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden sollten. Diese Begriffe werden nur verwendet, um ein Element, einen Bestandteil, einen Bereich, eine Ebene und/oder einen Abschnitt von einem anderen zu unterscheiden. So könnte beispielsweise ein erstes Element, ein erster Bestandteil, ein erster Bereich, eine erste Schicht und/oder ein erster Abschnitt, der im Folgenden erläutert wird, als ein zweites Element, ein zweites Bestandteil, ein zweiter Bereich, eine zweite Region, eine zweite Schicht und/oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren aus der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Eine Bezugnahme auf „ein gewisses Beispiel“ oder „ein Beispiel“ bedeutet, dass ein(e) besondere(s) Merkmal, Struktur oder Kennzeichen, das/die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einem Beispiel der vorliegenden Erfindung eingeschlossen ist. Somit nehmen die Ausdrücke „in einem gewissen Beispiel“ oder „in einem Beispiel“ an verschiedenen Stellen in dieser Patentschrift durchgehend nicht alle notwendigerweise auf dasselbe Beispiel Bezug, können aber in einigen Fällen. Ferner können die bestimmten Merkmale, Strukturen oder Kennzeichen auf eine beliebige geeignete Weise kombiniert werden, wie es für einen Durchschnittsfachmann in einem oder mehreren Ausführungsbeispielen offensichtlich ist. Außerdem bedeutet der Begriff während, dass eine bestimmte Handlung mindestens innerhalb eines Teils einer Dauer einer anfänglichen Handlung auftritt. Die Verwendung des Wortes etwa, ungefähr oder im Wesentlichen bedeutet, dass erwartet wird, dass sich ein Wert eines Elements voraussichtlich in der Nähe eines Zustandswerts oder einer Position befindet. Wie in dem Fachgebiet bekannt ist, gibt es jedoch immer geringe Abweichungen, die eine genaue Angabe von Werten oder Positionen verhindern. Sofern nicht anders spezifiziert, schließt das hierin verwendete Wort über oder auf Ausrichtungen, Platzierungen oder Beziehungen ein, bei denen die spezifizierten Elemente in direktem oder indirektem physischen Kontakt sein können. Der Begriff „oder“ bedeutet ein beliebiges oder mehrere der Elemente in der Liste, die durch „oder“ verbunden sind. Als ein Beispiel bedeutet „x oder y“ ein beliebiges Element des dreielementigen Satzes {(x), (y), (x, y)}. Als ein anderes Beispiel bedeutet „x, y oder z“ ein beliebiges Element des siebenelementigen Satzes {(x), (y), (z), (x, y), (x, z), (y, z), (x, y, z)}. Es wird ferner davon ausgegangen, dass die im Folgenden veranschaulichten und beschriebenen Beispiele Beispiele in geeigneter Weise haben können und/oder in Abwesenheit eines Elements praktiziert werden können, das hier nicht ausdrücklich offenbart wird. Sofern nicht anders spezifiziert, kann der Begriff „gekoppelt“ dazu verwendet werden, um ein physisches oder elektrisches Koppeln von Elementen zu beschreiben, die direkt miteinander in Kontakt stehen oder die indirekt durch ein oder mehrere andere Elemente verbunden sind. Wenn zum Beispiel Element A an Element B gekoppelt ist, dann kann Element A direkt mit Element B in Kontakt stehen oder mit Element B indirekt durch ein dazwischenliegendes Element C verbunden sein.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Beschreibung schließt unter anderem Merkmale, Halbleitervorrichtungen und zugehörige Verfahren ein, die Sicherungsstrukturen mit einer oder mehreren hinzugefügten Strukturen umfassen, die dazu konfiguriert sind, das Auftreten von und/oder die Effekte, die Defekte in den Sicherungsstrukturen vor und nach dem Programmieren bilden, zu reduzieren. Die Autoren beobachteten in Experimenten, dass die hohen Widerstandsabweichungen, die bei früheren Sicherungsstrukturen festgestellt worden sind, mindestens teilweise vor dem Programmieren durch Hohlräume und/oder Risse in der Silicidschicht verursacht werden. Dieser hohe Widerstand führt zu einer unerwünschten Ausbeutereduzierung. Ferner führt dies häufig zu einem unbefriedigenden Programmieren, einschließlich der physischen Zerstörung der Sicherungsstruktur.
Außerdem beobachten die Autoren in Experimenten, dass der Programmierprozess Risse in dielektrischen Bereichen verursachen kann, die der Sicherungsstruktur benachbart sind. Diese dielektrischen Risse können mit Material aus der Sicherungsstruktur gefüllt werden, das aufgrund des Drucks von einem Programmieren in den Riss extrudiert wird. In dem Maße, wie der dielektrische Riss wächst, kann mehr Material in den Riss extrudiert werden, wenn die Spannung der Sicherungsstruktur hoch bleibt. Auch kann das Material in dem dielektrischen Riss wie ein Keil wirken, und bei thermischer Erwärmung und Abkühlung erhöht das Material eine Spannung lokal und treibt ein Risswachstum weiter an. Dieses Material kann einen unerwünschten leitfähigen Weg für elektrische Kurzschlüsse zu benachbarten Strukturen bereitstellen, wie Logik- oder anderen Schaltkreisen und/oder anderen Sicherungsstrukturen. Außerdem wurde beobachtet, dass die dielektrischen Rissdefekte in das Substrat migrieren, auf dem die Sicherungsstrukturen gebildet sind, und in umgebende dielektrische Strukturen migrieren.
Infolge des Obigen sind fehlerhafte Ergebnisse, Funktionsausfälle und erhöhte Leckage aufgetreten. Es wurde ferner beobachtet, dass die Rissdefekte über die Lebensdauer eines Produkts weiter wachsen, bis die zugehörige Spannung auf ein Energieniveau relaxiert ist, das niedriger als die Materialfestigkeit der dielektrischen und Halbleitermaterialien ist, welche die Sicherungsstrukturen umgeben.
In einigen nachstehend beschriebenen Beispielen schließt eine Sicherungsstruktur ein Paar Sicherungsanschlüsse ein, die durch einen Sicherungskörper verbunden sind. Der Sicherungskörper kann ein Halbleitermaterial und ein Silicidmaterial umfassen. Gemäß der vorliegenden Beschreibung ist zur Lösung der oben genannten Schwierigkeiten eine Hilfsstruktur, wie eine Blindstruktur, angrenzend an den Sicherungskörper, aber getrennt hiervon, angeordnet. In anderen Beispielen werden Blindstrukturen auf gegenüberliegenden Seiten des Sicherungskörpers platziert. In einigen Beispielen sind die Blindstrukturen innerhalb einer Umfangsbegrenzung angeordnet, die durch die Sicherungsanschlüsse definiert ist. In weiteren Beispielen ist eine Blindstruktur dazu angeordnet, den Sicherungskörper seitlich zu überlappen, und kann von dem Sicherungskörper durch eine dielektrische Struktur getrennt sein. In noch weiteren Ausführungsformen können ein oder mehrere Enden des Sicherungskörpers aufgeweitete Abschnitte einschließen, bei denen der Sicherungskörper auf den/die Sicherungsanschluss/-anschlüsse trifft. In anderen Beispielen ist mindestens ein Abschnitt des Kathodensicherungsanschlusses ohne Kontaktstrukturen bereitgestellt, um die Materialmigration/-übertragung während des Programmierens zu verbessern. In einem anderen Beispiel wird eine dotierte Wannenstruktur innerhalb eines Bereichs aus Halbleitermaterial unter mindestens dem Sicherungskörper der Sicherungsstruktur bereitgestellt. Außerdem kann der Wannenbereich mindestens unter Abschnitten der Sicherungsanschlüsse angeordnet sein. Diese Merkmale wurden durch Experimentieren beobachtet, um das Vorliegen von und/oder die Effekte von Hohlräumen und Rissen zu reduzieren/aufzuhalten, wodurch Ausbeute (z. B. Reduzieren von Verzerrungen bei Widerstandsdaten) und Zuverlässigkeit von Halbleiterprodukten unter Verwendung von Sicherungsstrukturen, wie eFUSE-Strukturen, verbessert wurden.
In einem anderen Beispiel schließt eine Halbleitervorrichtung mit einer Sicherungsstruktur einen Bereich aus Halbleitermaterial mit einer ersten Hauptoberfläche ein. Ein dielektrischer Bereich befindet sich über der ersten Hauptoberfläche. Ein erster Sicherungsanschluss befindet sich über einem ersten Teil des ersten dielektrischen Bereichs, ein zweiter Sicherungsanschluss befindet sich über einem zweiten Teil des ersten dielektrischen Bereichs und von dem ersten Sicherungsanschluss beabstandet, um einen Spaltbereich bereitzustellen, und ein Sicherungskörper über einem dritten Teil des ersten dielektrischen Bereichs ist zwischen dem ersten Sicherungsanschluss und dem zweiten Sicherungsanschluss angeordnet und mit ihnen verbunden. Eine erste Blindstruktur befindet sich über dem ersten dielektrischen Bereich in dem Spaltbereich auf einer ersten Seite des Sicherungskörpers, wobei die erste Blindstruktur von dem Sicherungskörper, dem ersten Sicherungsanschluss und dem zweiten Sicherungsanschluss beabstandet und elektrisch isoliert ist. In einem anderen Beispiel befindet sich eine zweite Blindstruktur über dem ersten dielektrischen Bereich in dem Spaltbereich auf einer zweiten Seite des Sicherungskörpers, wobei die zweite Blindstruktur von dem Sicherungskörper, dem ersten Sicherungsanschluss und dem zweiten Sicherungsanschluss beabstandet und elektrisch isoliert ist. In einem weiteren Beispiel befindet sich ein zweiter dielektrischer Bereich über dem Sicherungskörper und der ersten Blindstruktur, und eine zweite Blindstruktur befindet sich über dem zweiten dielektrischen Bereich in dem Spaltbereich und die zweite Blindstruktur überlappt den Sicherungskörper.
In einem Beispiel umfasst eine Halbleitervorrichtung mit einer Sicherungsstruktur einen Bereich aus Halbleitermaterial mit einer ersten Hauptoberfläche. Ein erster dielektrischer Bereich befindet sich über der ersten Hauptoberfläche. Eine Sicherungsstruktur befindet sich über dem ersten dielektrischen Bereich und schließt einen ersten Sicherungsanschluss über einem ersten Teil des ersten dielektrischen Bereichs, einen zweiten Sicherungsanschluss über einem zweiten Teil des ersten dielektrischen Bereichs und von dem ersten Sicherungsanschluss beabstandet, um einen Spaltbereich bereitzustellen, und einen Sicherungskörper über einem dritten Teil des ersten dielektrischen Bereichs ein, der zwischen dem ersten Sicherungsanschluss und dem zweiten Sicherungsanschluss angeordnet und mit ihnen verbunden ist. Eine erste Blindstruktur befindet sich über dem ersten dielektrischen Bereich in dem Spaltbereich auf einer ersten Seite des Sicherungskörpers, wobei die erste Blindstruktur von dem Sicherungskörper, dem ersten Sicherungsanschluss und dem zweiten Sicherungsanschluss beabstandet und elektrisch isoliert ist. Ein schwebender dotierter Wannenbereich befindet sich in dem Bereich aus Halbleitermaterial, welcher der ersten Hauptoberfläche benachbart ist, wobei sich der Sicherungskörper und die erste Blindstruktur über dem schwebenden dotierten Wannenbereich befinden.
In einem Beispiel umfasst ein Verfahren zum Bilden einer Halbleitervorrichtung mit einer Sicherungsstruktur ein Bereitstellen eines Bereichs aus Halbleitermaterial mit einer ersten Hauptoberfläche. Das Verfahren schließt ein Bereitstellen eines ersten dielektrischen Bereichs über der ersten Hauptoberfläche ein. Das Verfahren schließt ein Bereitstellen einer Sicherungsstruktur über dem ersten dielektrischen Bereich ein, umfassend einen ersten Sicherungsanschluss über einem ersten Teil des dielektrischen Bereichs, einen zweiten Sicherungsanschluss über einem zweiten Teil des dielektrischen Bereichs und von dem ersten Sicherungsanschluss beabstandet, um einen Spaltbereich bereitzustellen, und einen Sicherungskörper über einem dritten Teil des dielektrischen Bereichs, der zwischen dem ersten Sicherungsanschluss und dem zweiten Sicherungsanschluss angeordnet und mit ihnen verbunden ist. Das Verfahren schließt ein Bereitstellen einer ersten Blindstruktur über dem ersten dielektrischen Bereich in dem Spaltbereich auf einer ersten Seite des Sicherungskörpers ein, wobei die erste Blindstruktur von dem Sicherungskörper, dem ersten Sicherungsanschluss und dem zweiten Sicherungsanschluss beabstandet und elektrisch isoliert ist.
Andere Beispiele sind in der vorliegenden Beschreibung eingeschlossen. Solche Beispiele finden sich in den Abbildungen, in den Ansprüchen und/oder in der Beschreibung der vorliegenden Offenbarung.
1 veranschaulicht eine Draufsicht auf eine beispielhafte elektronische Vorrichtung 10, wie eine Halbleitervorrichtung 10 mit einer Sicherungsstruktur 21, gemäß der vorliegenden Beschreibung. 2 veranschaulicht eine Teilquerschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung 10 mit einer Sicherungsstruktur 21 entlang einer Bezugslinie 2-2 von 1, und 3 veranschaulicht eine Teilquerschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung 10 mit einer Sicherungsstruktur 21 entlang einer Bezugslinie 3-3 von 1. In der nachfolgenden Beschreibung wird auf alle drei Figuren Bezug genommen.
In dem vorliegenden Beispiel ist die Sicherungsstruktur 21 als Teil der Halbleitervorrichtung 10 bereitgestellt, die einen Bereich aus Halbleitermaterial 11 einschließt. Die Sicherungsstruktur 21 kann eine von einer Vielzahl von Sicherungsstrukturen 21 sein, die als Teil der Halbleitervorrichtung 10 bereitgestellt werden. In einigen Beispielen ist die Sicherungsstruktur 21 als Sicherungsbitzelle in einer einmal programmierbaren (OTP) Anwendung konfiguriert, ist aber nicht auf diese Anwendung beschränkt. Es versteht sich, dass die Halbleitervorrichtung 10 andere Schaltungen und/oder Vorrichtungen einschließen kann, die direkt oder indirekt mit der Sicherungsstruktur 21 verbunden sind, wie Schalttransistoren, Auswahlvorrichtungen, Vorspannungsvorrichtungen, Eingabevorrichtungen, Taktvorrichtungen usw., die nicht in 1 bis 3 veranschaulicht sind, um nicht von der vorliegenden Beschreibung abzulenken. In einigen Beispielen kann ein Bereich aus Halbleitermaterial 11 Silicium, Kombinationen von Silicium mit anderen Gruppe-IV-Elementen, andere IV-IV-Materialien, III-V-Materialien, Halbleiter-auf-Isolator-Materialien (SOI-Materialien), andere Materialien, die einem Fachmann bekannt sind, oder Kombinationen davon bestehen.
In einigen Beispielen kann ein Bereich aus Halbleitermaterial 11 ein Basissubstrat 12 umfassen, wie ein Siliciumsubstrat. Ein Bereich aus Halbleitermaterial 11 kann ferner eine Halbleiterschicht 14, wie eine epitaktische Schicht, über einer Oberfläche des Basissubstrats 12 einschließen. Halbleiterschicht 14 und Basissubstrat 12 können aus unterschiedlichen Materialien bestehen, unterschiedliche Dotierstoffkonzentrationen aufweisen und/oder können unterschiedliche Leitfähigkeitstypen (d. h. N-Typ oder P-Typ) aufweisen. Der Bereich des Halbleitermaterials 11 schließt eine große Oberfläche 18 und eine gegenüberliegende große Oberfläche 19 ein. In einigen Beispielen ist der Bereich des Halbleiters 11 als ein Substrat konfiguriert, um komplementäre Metalloxidhalbleiter- (CMOS) oder Bipolar/CMOS- (BiCMOS) Prozessabläufe zu unterstützen.
Ein dielektrischer Bereich 17, ein erster dielektrischer Bereich 17 oder eine dielektrische Struktur 17 ist über der Hauptoberfläche 18 eines Bereichs aus Halbleitermaterial 11 bereitgestellt und kann ein oder mehrere Isoliermaterialien, wie Oxide (dotiert und/oder undotiert), Nitride, andere Isoliermaterialien, wie einem Fachmann bekannt, oder Kombinationen davon einschließen. Der dielektrische Bereich 17 ist dazu konfiguriert, Vorrichtungsbereiche innerhalb eines Bereichs aus Halbleitermaterial 11 zu schützen und die Sicherungsstruktur 21 von dem Bereich aus Halbleitermaterial 11 zu trennen. In einigen Beispielen kann ein Planarisierungsprozess, wie ein chemisch-mechanischer Planarisierungsprozess (CMP-Prozess), dazu verwendet werden, die oberste Oberfläche des dielektrischen Bereichs 17 in einer planareren Konfiguration bereitzustellen. Anders ausgedrückt weist der dielektrische Bereich 17 in einigen Beispielen eine im Wesentlichen koplanare äußerste Oberfläche auf. In einigen Beispielen ist die Sicherungsstruktur 21 über Abschnitten des dielektrischen Bereichs 17 bereitgestellt. In anderen Beispielen kann die Sicherungsstruktur 21 als Teil von anderen oberen Verbindungsschichten über dem dielektrischen Bereich 17 bereitgestellt sein, was von den Anwendungsanforderungen an die Halbleitervorrichtung 10 abhängt. In einigen Beispielen kann der dielektrische Bereich 17 eine flache Grabenisolationsstruktur (STI-Struktur) sein.
In dem vorliegenden Beispiel umfasst die Sicherungsstruktur 21 einen Sicherungsanschluss 211 oder ersten Sicherungsanschluss 211, einen Sicherungsanschluss 212 oder zweiten Sicherungsanschluss 212 und einen Sicherungskörper 213. Der Sicherungsanschluss 211 kann als ein Anodenanschluss konfiguriert sein und der Sicherungsanschluss 212 kann als ein Kathodenanschluss konfiguriert sein oder umgekehrt. Der Sicherungsanschluss 211 befindet sich über einem ersten Teil 17A des dielektrischen Bereichs 17 und der Sicherungsanschluss 212 befindet sich über einem zweiten Teil 17B des dielektrischen Bereichs 17. Der Sicherungsanschluss 212 ist von dem Sicherungsanschluss 211 beabstandet, um einen Spaltbereich 215 bereitzustellen, der zwischen dem ersten Anschluss 211 und dem zweiten Anschluss 212 angeordnet ist.
In einigen Beispielen befindet sich der Sicherungskörper 213 über einem dritten Teil 17C des dielektrischen Bereichs 17, der zwischen dem ersten Anschluss 211 und dem zweiten Anschluss 212 innerhalb des Spaltbereichs 215 angeordnet und mit ihnen verbunden ist. Der Sicherungskörper 213 weist im Vergleich zum ersten Anschluss 211 und zum zweiten Anschluss 212 eine geringere Breite auf. Obwohl der erste Anschluss 211 und der zweite Anschluss 212 in der Draufsicht von 1 allgemein als ähnliche Abmessungen aufweisend veranschaulicht sind, kann der zweite Anschluss 212 in anderen Beispielen andere Abmessungen als der erste Anschluss 211 aufweisen. In einigen Beispielen kann der zweite Anschluss 212 größer als der erste Anschluss 211 sein.
Der Sicherungskörper 213 schließt ein erstes Sicherungskörperende 213A, das mit dem ersten Anschluss 211 verbunden ist, und ein zweites Sicherungskörperende 213B, das mit dem zweiten Anschluss 212 verbunden ist, ein. In einigen Beispielen umfassen eines oder mehrere von dem Sicherungskörperende 213A und dem Sicherungskörperende 213B aufgeweitete Abschnitte 216A und 216B, die paarweise aufgeweitete Abschnitte sein können, die auf gegenüberliegenden Seiten des Sicherungskörpers 213 angeordnet sind. Auf diese Weise weitet sich der Sicherungskörper 213 in der Draufsicht in der Nähe von oder benachbart zu der Stelle, an der der Sicherungskörper 213 mit den Sicherungsanschlüssen 212 und/oder 213 verbunden ist. Die aufgeweiteten Abschnitte 216A und 216B können in der Draufsicht eine dreieckige Form aufweisen, wobei die Basis und die Höhe etwa gleich der Hälfte der Breite des Sicherungskörpers 213 sind. In der Praxis hat man festgestellt, dass die aufgeweiteten Abschnitte 216A und 216B während eines photolithographischen Bearbeitens eine optische Korrektur bereitstellen können, um ein unerwünschtes Verengen des breiten Sicherungskörpers 213 zu vermeiden, wo der Sicherungskörper 213 mit den Sicherungsanschlüssen 211 und 213 verbunden ist. Gemäß der vorliegenden Beschreibung helfen die aufgeweiteten Abschnitte 216A und 216B durch Reduzieren des verengenden Effekts des Sicherungskörpers 213 dabei, eine Spannung innerhalb des Sicherungskörpers 213 zu reduzieren, wobei der Sicherungskörper 213 vor dem Programmieren und/oder in Folge des Programmierens zum Sicherungsanschluss 211 und/oder Sicherungsanschluss 212 wandert. Dies stellt eine Reduzierung von Rissdefekten in der Sicherungsstruktur 213 bereit und reduziert den Ausbeuteverlust hoher Widerstände im Vergleich zu früheren Vorrichtungen.
In einigen Beispielen umfassen Paare aufgeweiteter Abschnitte 216A und 216B eine Verjüngung in Bezug auf den Sicherungskörper 213 von etwa 30 Grad bis etwa 60 Grad. In anderen Beispielen umfassen Paare aufgeweiteter Abschnitte 216A und 216B eine Verjüngung in Bezug auf den Sicherungskörper 213 von etwa 40 Grad bis etwa 50 Grad. In weiteren Ausführungsformen umfassen Paare aufgeweiteter Abschnitte 216A und 216B eine Verjüngung in Bezug auf den Sicherungskörper 213 von etwa 45 Grad.
Die Sicherungsstruktur 21 kann einen Halbleitermaterialabschnitt 221 und einen Silicidabschnitt 222 umfassen. In einigen Beispielen umfasst der Halbleitermaterialabschnitt 221 bei anfänglicher Bildung auf dem dielektrischen Bereich 17 (d. h. Vorprogrammieren) ein polykristallines Halbleitermaterial, wie Polysilicium, das P-Typ- oder N-Typ-dotiert sein kann. In einigen Beispielen ist der Halbleitermaterialabschnitt 221 mit Bor dotiert, um eine Leitfähigkeit vom P-Typ bereitzustellen. Nach der Programmierung der Sicherungsstruktur 21 können alle oder Teile der Polysiliciumkörner des Halbleitermaterialabschnitts 221 geschmolzen werden, wobei nanokristallines Halbleitermaterial zurückbleibt. Der Halbleitermaterialabschnitt 221 kann unter Verwendung von chemischen Dampfabscheidungstechniken (CVD-Techniken) gebildet werden und kann in situ oder nach Abscheidung des polykristallinen Halbleitermaterials dotiert werden. Ionenimplantation, CVD-Dotierung, Atomschichtabscheidungsdotierung oder andere Dotierungstechniken, die einem Fachmann bekannt sind, können dazu verwendet werden, den Halbleitermaterialabschnitt 221 zu dotieren, wenn er nicht in situ dotiert wird. In einigen Beispielen kann der Halbleitermaterialabschnitt 221 eine Dicke in einem Bereich von etwa 500 Ångström bis etwa 8000 Ångström aufweisen. In anderen Beispielen kann der Halbleitermaterialabschnitt 221 eine Dicke in einem Bereich von etwa 2000 Angström bis etwa 3000 Ångström aufweisen. In einigen Prozessabläufen kann der Halbleitermaterialabschnitt 221 gleichzeitig mit Gate-Strukturen, die in anderen Strukturen mit der Halbleitervorrichtung 10 verwendet werden, gebildet werden.
Der Silicidabschnitt 222 der Sicherungsstruktur 21 umfasst ein oder mehrere Silicidmaterialien. Beispielhaft kann der Silicidabschnitt 222 ein Material umfassen, das während eines Vorspannungszustands einem Massentransfer innerhalb der Sicherungsstruktur 21 unterzogen werden kann und das mit Halbleitervorrichtungsprozessabläufen kompatibel ist, wie CMOS- oder BiCMOS-Prozessabläufe (d. h. Silicidmaterialien verwendet, die anderenorts in anderen Strukturen der Halbleitervorrichtung 10 verwendet werden, die zusätzliche Prozessschritte minimieren und/oder die keine Verunreinigungen in die Prozessabläufe einführen). In einigen Beispielen umfasst der Silicidabschnitt 222 Cobaltsilicid, Nickelsilicid, Titansilicid, Wolframsilicid, andere Silicidmaterialien, wie einem Fachmann bekannt, oder Kombinationen davon. Der Silicidabschnitt 222 kann unter Verwendung von Sputtern, Verdampfen oder anderen Abscheidungsprozessen gebildet werden, um ein oder mehrere Metallmaterialien auf dem Halbleitermaterialabschnitt 221 abzuscheiden.
Wenn das abgeschiedene Metall Kobalt ist, wurde beobachtet, dass bei den Halbleitermaterialabschnitten 221 umfassend Polysiliciumschichten mit einer Dicke von weniger als etwa 1500 Angström eine Kobaltsiliciddicke von etwa 1000 Ångström Schäden an Gate-Oxiden in angrenzenden Strukturen auf der Halbleitervorrichtung 10 verursachen kann. In dieser Hinsicht kann eine übliche abgeschiedene Kobaltschicht eine Dicke in einem Bereich von etwa 50 Angström bis etwa 250 Ångström mit einer Zieldicke von etwa 130 Angström aufweisen. Wenn dickere Polysiliciumschichten für die Halbleitermaterialabschnitte 221 verwendet werden, können dickere Metallschichten verwendet werden, wobei eine solche Dicke basierend auf einem gewünschten Endwiderstand der Sicherungsstruktur bestimmt wird.
In einigen Beispielen kann eine Deckschicht (nicht gezeigt) über den abgeschiedenen Metallen bereitgestellt werden und kann Titan oder Titannitrid umfassen, wenn die Silicidmetallquelle zum Beispiel Kobalt ist. Die Dicke der Titan- oder Titannitriddeckschicht kann von etwa 50 Ångström bis etwa 300 Ångström reichen. Wenn jedoch Titan verwendet wird, kann ihre Dicke die endgültige Kobaltsiliciddicke beeinflussen. Es ist beobachtet worden, dass Titan oxidieren kann und sowohl Titan als auch Sauerstoff zuerst in die Halbleiterschicht (z. B. Siliciumschicht) diffundieren, wodurch Ti_xSi_y- oder Ti_xO_ySi_z-Schichten gebildet werden, die das Wachstum der Kobaltsilicidschichten verzögern. In dieser Hinsicht kann die Titanschichtdicke zwischen etwa 50 Ångström und 200 Angström liegen, wobei ein Ziel bei etwa 100 Angström liegt. Außerdem ist beobachtet worden, dass Titannitridschichten nicht in die Halbleiterschicht diffundieren und nicht dazu neigen, das Wachstum von Kobaltsilicidschichten zu verzögern. In dieser Hinsicht kann die Titannitridschichtdicke zwischen etwa 50 Angström und 300 Angström liegen, wobei eine Zieldicke bei etwa 100 Angström liegt.
In einigen Beispielen können der Halbleitermaterialabschnitt 221 und das/die abgeschiedene(n) Metall(e) unter Verwendung von Maskierungs-und Ätztechniken strukturiert werden, um die Sicherungsstruktur 21 zu bilden, nachdem das abgeschiedene Metall bereitgestellt worden ist. Das eine oder die mehreren Metallmaterialien können dann bei einer erhöhten Temperatur getempert werden und das nicht in einer Reaktion umgesetzte Metallmaterial kann entfernt werden, um den Silicidabschnitt 222 bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Beschreibung sind eine oder mehrere Blindstrukturen oder Merkmale, wie die Blindstrukturen oder Merkmale 261 und 262, über dem dielektrischen Bereich 17 im Spaltbereich 215 bereitgestellt. Gemäß der vorliegenden Beschreibung sind die Blindstrukturen 261 und 262 Hilfsstrukturen, die dazu konfiguriert sind, Defekte innerhalb der Sicherungsstruktur 21 während des Verarbeitens, vor dem Programmieren, während des Programmierens oder in Folge des Programmierens zu reduzieren oder aufzuhalten; und/oder Defekte oder eine Auswirkung davon auf andere Strukturen, die als Teil der Halbleitervorrichtung 10 bereitgestellt sind, zu minimieren. Insbesondere dienen die Blindstrukturen 261 und 262 dazu, Risse oder andere Defekte auf die Fläche um die Blindstrukturen 261 und 262 zu begrenzen oder zu hemmen. Gemäß der vorliegenden Beschreibung erhöhen die Blindstrukturen 261 und 262 eine lokale Spannung in den dielektrischen Bereichen (z. B. in dem dielektrischen Bereich 17 und/oder in dem dielektrischen Bereich 47, die später beschrieben werden) zwischen dem Sicherungskörper 213 und den Blindstrukturen 261 und 262, da der Riss dazu neigt, zu wachsen oder den Feldlinien mit höherer Spannung zu folgen. Insbesondere ziehen die Blindstrukturen 261 und 262 den Riss in Richtung der Blindstrukturen 261 und 262, sodass der Riss an der Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Bereich und den Blindstrukturen 261 und 262 endet. Gewissermaßen teilen die Blindstrukturen 261 und 262 den Riss durch Delaminierung in mehrere Richtungen auf, was mehr lokale Energie erfordert als vorhanden ist, um weiter zu wachsen, wodurch der Rissdefekt innerhalb eines lokalisierteren Bereichs aufgehalten wird.
In einigen Beispielen liegen die Blindstrukturen 261 und 262 innerhalb eines Umfangs 200, der durch Ränder der Sicherungsanschlüsse 211 und 212 definiert ist, wie allgemein in 1 veranschaulicht ist, um so Defekte effektiver zu reduzieren oder die Effekte davon innerhalb der Sicherungsstruktur 21 aufzuhalten. In anderen Beispielen liegen die Blindstrukturen 261 und 262 innerhalb eines Umfangs 201, der durch Ränder der leitfähigen Kontakte 31 und 32 definiert ist. In einigen Beispielen verlaufen die Blindstrukturen 261 und 262 allgemein parallel zum Sicherungskörper 213 und sind physisch vom Sicherungskörper 213 und von den Sicherungsanschlüssen 211 und 212 getrennt.
In einigen Beispielen sind die Blindstrukturen 261 und 262 nicht mit anderen leitfähigen Strukturen verbunden und elektrisch schwebend. Obwohl die Blindstrukturen 261 und 262 als einzelne rechteckige Strukturen veranschaulicht sind, können die Blindstrukturen 261 und 262 andere Formen aufweisen, und jede von den Blindstrukturen 261 und 262 kann eine Vielzahl von Teilstrukturen derselben Form oder anderer Formen einschließen. In einigen Beispielen umfassen die Blindstrukturen 261 und 262 ähnliche Materialien wie die Sicherungsstruktur 21 und können gleichzeitig gebildet werden. In einigen Beispielen kann nur eine von den Blindstrukturen 261 und 262 verwendet werden. In anderen Beispielen werden beide Blindstrukturen 261 und 262 verwendet. In anderen Beispielen können zusätzliche Blindstrukturen über dem dielektrischen Bereich 17, der den Blindstrukturen 261 und 262 benachbart ist, eingeschlossen sein. Solche Blindstrukturen können ähnlich oder anders als die Blindstrukturen 261 und 262 ausgerichtet sein.
In einigen Beispielen sind die Blindstrukturen 261 und 262 mit einem Rand-zu-Rand-Abstand 101 in einem Bereich von etwa 0,3 Mikrometer bis etwa 0,7 Mikrometer beabstandet. In anderen Beispielen beträgt der Rand-zu-Rand-Abstand 101 etwa 0,5 Mikrometer. In der Praxis wurde festgestellt, dass dieser Abstand bei anwendbaren photolithographischen Prozessen hilft, die Bildtreue des Sicherungskörpers 213 aufrechtzuerhalten. In einigen Beispielen sind die Blindstrukturen 261 und 262 in der Nähe des Sicherungskörpers 213 platziert, um einen spannungsreduzierenden und/oder -aufhaltenden Effekt bereitzustellen, aber ausreichend beabstandet, um so die Bildtreue während des Strukturierungsprozesses, durch den die Sicherungsstruktur 21 einschließlich des Sicherungskörpers 213 gebildet wird, nicht zu beeinträchtigen.
In einigen Beispielen, einschließlich Prozessabläufen von weniger als etwa 0,5 Mikrometern, sind dielektrische Abstandshalter 27 entlang der Seiten des Sicherungskörpers 213 und der Blindstrukturen 261 und 262 angeordnet und können Oxide, Nitride, andere dielektrische Materialien, wie einem Fachmann bekannt, oder Kombinationen davon umfassen.
Gemäß der vorliegenden Beschreibung befindet sich ein dotierter Bereich 41, ein Wannenbereich 41, ein schwebender dotierter Wannenbereich 41 oder ein dotierter Wannenbereich 41 in einem Bereich aus Halbleitermaterial 11, der an die Hauptoberfläche 18 unter oder unterhalb von Sicherungsstruktur 21 angrenzt. In einigen Beispielen umfasst der Wannenbereich 41 eine Leitfähigkeit vom N-Typ oder eine Leitfähigkeit vom P-Typ. Insbesondere weist der Wannenbereich 41 einen Leitfähigkeitstyp auf, der das Gegenteil des Leitfähigkeitstyps der Halbleiterschicht 14 ist. Wenn zum Beispiel die Halbleiterschicht 14 vom N-Typ ist, dann kann der Wannenbereich 41 vom P-Typ sein. Wenn die Halbleiterschicht 14 vom P-Typ ist, dann kann der Wannenbereich 41 vom N-Typ sein. In einigen Beispielen ist der Wannenbereich 41 ein elektrisch schwebender Bereich, da kein direkter elektrischer Kontakt zum Wannenbereich 41 hergestellt wird. Anders ausgedrückt sind Defekte, wie Risse, die in dem Wannenbereich 41 aufgehalten werden, von anderen Strukturen innerhalb eines Bereichs aus Halbleitermaterial durch den PN-Übergang isoliert, der zwischen dem Wannenbereich 41 und der Halbleiterschicht 14 gebildet ist. Wenn zum Beispiel der Wannenbereich 41 eine P-Wanne ist und die Halbleiterschicht 14 vom N-Typ ist, würde die Halbleiterschicht 14 positiv vorgespannt werden; wenn der Wannenbereich 41 eine N-Wanne ist und die Halbleiterschicht 14 vom P-Typ ist, würde die Halbleiterschicht 14 negativ vorgespannt werden.
Der Wannenbereich 41 erstreckt sich in die Halbleiterschicht 14 bis zu einer Tiefe, die üblicherweise von der Betriebsspannung, der Transistorgeschwindigkeit und/oder der Isolation zu anderen Spannungsdomänen im Bereich aus Halbleitermaterial 11 abhängt. In einigen Beispielen erstreckt sich der Wannenbereich 41 bis zu einer Tiefe in einem Bereich von etwa 0,09 Mikrometer bis etwa 6,0 Mikrometer in die Halbleiterschicht 14, wobei ein Ziel etwa 1,1 Mikrometer beträgt, wenn der Wannenbereich 41 vom N-Typ ist, und wobei ein Ziel etwa 0,7 Mikrometer beträgt, wenn der Wannenbereich 41 vom P-Typ ist. In einigen Beispielen kann der Wannenbereich 41 unter Verwendung von Ionenimplantation, CVD oder anderen Dotierungstechniken gebildet werden, wie sie einem Fachmann bekannt sind. In einigen Beispielen kann der Wannenbereich 41, wenn der Wannenbereich 41 vom N-Typ ist, unter Verwendung einer Ionenimplantation mit einer Implantationsdosis in einem Bereich von etwa 5,0 x 10¹¹ Atome/cm² bis etwa 5,0 x 10¹³ Atome/cm² gebildet werden, wobei ein Ziel etwa 1,0 x 10¹³ Atome/cm² beträgt. In einigen Beispielen kann der Wannenbereich 41, wenn der Wannenbereich 41 vom P-Typ ist, unter Verwendung einer Ionenimplantation mit einer Implantationsdosis in einem Bereich von etwa 5,0 x 10¹¹ Atome/cm² bis etwa 5,0 x 10¹³ Atome/cm² gebildet werden, wobei ein Ziel etwa 6,0 x 10¹³ Atome/cm² beträgt. In einigen Beispielen weist der Wannenbereich 41 eine Dotierstoffkonzentration auf, die größer als die der Halbleiterschicht 14 ist. In einigen Beispielen befindet sich mindestens der Sicherungskörper 213 innerhalb des Umfangs des Wannenbereichs 41, wie allgemein in 1, 2 und 3 veranschaulicht ist. In der Praxis ist festgestellt worden, dass der Wannenbereich 41 dabei hilft, Risse aus dem Inneren der Sicherungsstruktur 21 von dem Rest des Bereichs aus Halbleitermaterial 11 aufzuhalten und elektrisch zu isolieren, wodurch Ausbeute und Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung 10 verbessert werden.
In einigen Beispielen werden ein dielektrischer Bereich 47, ein zweiter dielektrischer Bereich 47, ein Zwischenschichtdielektrikum (ILD) 47 oder eine dielektrische Struktur 47 über der Sicherungsstruktur 21 bereitgestellt, wie in 2 und 3 veranschaulicht ist. Der dielektrische Bereich 47 kann ein oder mehrere Isoliermaterialien, wie Oxide (dotiert und/oder undotiert), Nitride, andere Isoliermaterialien, wie einem Fachmann bekannt, oder Kombinationen davon einschließen. In einem Beispiel umfasst der dielektrische Bereich 47 eine Schicht aus Nitridmaterial und eine Schicht aus dotiertem Oxid.
Gemäß der vorliegenden Beschreibung sind eine oder mehrere Blindstrukturen, wie eine Blindstruktur 263, über dem dielektrischen Bereich 47 im Spaltbereich 215 und über dem Sicherungskörper 213 bereitgestellt. Gemäß der vorliegenden Beschreibung ist die Blindstruktur 263 eine Hilfsstruktur, die dazu konfiguriert ist, Spannungen innerhalb der Sicherungsstruktur 21 vor dem Programmieren, während des Programmierens, in Folge des Programmierens zu reduzieren und/oder die Auswirkung von Defekten auf andere Strukturen, die als Teil der Halbleitervorrichtung 10 bereitgestellt sind, zu minimieren. Insbesondere dient die Blindstrukturen 263 ebenso wie die Blindstrukturen 261 und 262 dazu, Risse oder andere Defekte auf die Fläche um die Blindstruktur 263 zu begrenzen oder zu hemmen. In einigen Beispielen umfasst die Blindstruktur 263 eine plattenartige Struktur, die den Sicherungskörper 213 in der Draufsicht seitlich überlappt. In einem Beispiel überlappt die Blindstruktur 263 den Sicherungskörper 213 vollständig seitlich. In anderen Beispielen überlappt die Blindstruktur 263 seitlich mindestens Teile der Blindstrukturen 261 und 262. In einem Beispiel überlappt die Blindstruktur 263 vollständig seitlich beide Blindstrukturen 261 und 262, wie allgemein in 1 und 2 veranschaulicht ist. In einigen Beispielen umfasst eine Blindstruktur ein Metall, wie Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Kupfer oder andere Materialien, wie einem Fachmann bekannt. In einigen Beispielen kann die Blindstruktur 263 als Teil der ersten Metallschicht oder des Metall-1-Verbindungsschemas für die Halbleitervorrichtung 10 unter Verwendung von Sputtern, Verdampfen oder anderen Abscheidungstechniken gebildet werden. In einigen Beispielen kann die Blindstruktur 263 breiter als die Blindstrukturen 261 und 262 sein. In einigen Beispielen können die Blindstrukturen 261 und 262 vollständig innerhalb eines Umfangs, der durch die Ränder der Blindstruktur 263 festgelegt ist, angeordnet sein, wie in 1 veranschaulicht ist. In anderen Beispielen kann die Blindstruktur 263 eine Vielzahl von Teilstrukturen umfassen, wie eine Vielzahl von parallelen Streifenstrukturen rechteckiger Formen oder anderer Formen. In anderen Beispielen können zusätzliche Blindstrukturen über dem dielektrischen Bereich 47, der an die Blindstruktur 263 angrenzt, eingeschlossen sein. Solche Blindstrukturen können ähnlich oder anders als die Blindstruktur 263 ausgerichtet sein.
In einigen Beispielen werden leitfähige Durchkontaktierungen 49 oder leitfähige Durchgänge 49 in dem dielektrischen Bereich 47 über dem Sicherungsanschluss 211 und über dem Sicherungsanschluss 212 gebildet. Leitfähige Durchgänge 49 stellen einen strukturellen Pfad für die leitfähige Kontakte 31 und 32 bereit, um sie mit dem Sicherungsanschluss 211 beziehungsweise dem Sicherungsanschluss 212 zu verbinden. In einigen Beispielen können photolithographische und Ätztechniken dazu verwendet werden, Durchgänge durch den dielektrischen Bereich 47 zu bilden. Die Öffnungen werden dann mit einem leitfähigen Material gefüllt, wie einem Metall, das planarisiert werden kann, um die leitfähigen Durchgänge 49 bereitzustellen. In einigen Beispielen können Metalle, wie Wolfram, mit Barrierematerialien, wie Titan und/oder Titannitrid, verwendet werden. Andere Materialien, wie einem Fachmann bekannt, können auch verwendet werden.
Die leitfähigen Durchgänge 49 werden als ein erstes Durchgangsmuster 49A über dem ersten Sicherungsanschluss 211 und als ein zweites Durchgangsmuster 49B über dem zweiten Sicherungsanschluss 212 bereitgestellt. Gemäß der vorliegenden Beschreibung unterscheidet sich das zweite Durchgangsmuster 49B von dem ersten Durchgangsmuster 49A. In einigen Beispielen schließt das zweite Durchgangsmuster 49B eine Fläche 490 ohne leitfähige Durchgänge 49 in der Nähe der Stelle ein, an der der Sicherungskörper 213 mit dem Sicherungsanschluss 212 verbunden ist. Wenn die Fläche 490 keine leitfähigen Durchgänge 49 hat, wird ein Bereich einer größeren Fläche als eine Quelle bereitgestellt, aus der Material (z. B. Mischsilicidmetall, wie Kobalt, Halbleitermaterial, Sauerstoff und Stickstoff) ununterbrochen durch den Sicherungskörper 213 migrieren kann. Es ist in der Praxis festgestellt worden, dass dieses Merkmal hilft, Verzerrungen bei Vorprogrammierungswiderstandsdaten zu reduzieren und Abweichungen von Vorprogrammierungswiderstandsdaten aufgrund von Unterbrechungen, die andernfalls vorliegen würden, zu reduzieren. Mit Ausnahme der Fläche 490, die keine leitfähigen Durchgänge 49 hat, werden die anderen leitfähigen Durchgänge in einem ersten Durchgangsmuster 49A und einem zweiten Durchgangsmuster 49B platziert, um während des Programmierens eine gleichmäßigere Stromverteilung über den Sicherungsanschluss 211 und den Sicherungsanschluss 212 bereitzustellen.
Es versteht sich, dass gemäß der vorliegenden Beschreibung Sicherungsstrukturen eine oder mehrere und eine beliebige Kombination der hierin beschriebenen Hilfsstrukturen oder Merkmale einschließen können.
In einer Analyse wurden mehrere Wafer mit einer Sicherungsstruktur 21, einschließlich der Blindstrukturen 262, 262 und 263 und des Wannenbereichs 41, mit mehreren Kontrollwafern mit einer Sicherungsstruktur verglichen, die keine Blindmerkmale oder keinen Wannenbereich einschloss. Ein Sicherungswiderstand wurde gemessen, wobei ein Nennziel von 70 Ohm vorprogrammiert wurde. Die Sicherungsstrukturen umfassen Polysilicium mit einem Kobaltsilicid, das bei Temperaturen, einschließlich 750, 775, 800 und 850 Grad Celsius, getempert wurde. In Bezug auf die 850-Grad-Celsius-Proben wiesen 15 von 15 der Kontrollwafer Sicherungsstrukturen mit Widerstandswerten von über 1500 Ohm auf, während nur 1 Wafer von 15 der Wafer, mit Sicherungsstrukturen 21 einen Widerstandswert von über 1500 Ohm aufwies. Dies ist eine wesentliche Verbesserung gegenüber früheren Sicherungsstrukturen.
4A ist ein Schaltschema, einschließlich Sicherungsstruktur 21 in einer Bitsicherungsanwendung, einschließlich eines Schalters 401 oder einer Steuervorrichtung 401 und einer Auswahlvorrichtung 402. Der Schalter 401 umfasst eine stromführende Elektrode 401A, die mit dem Sicherungsanschluss 212 (z. B. Kathodenanschluss) verbunden ist, und eine stromführende Elektrode 401B, die mit Masse verbunden ist. Eine Steuerelektrode 401C ist mit einer Auswahlvorrichtung verbunden, die bei Auswahl ein Signal zum Einschalten des Schalters 401 bereitstellt.
Der Sicherungsanschluss 211 (z. B. Anodenanschluss) ist mit einer Vorspannungsquelle (Vs) verbunden, die dazu bereitgestellt ist, die Sicherungsstruktur 21 während eines Programmiervorgangs vorzuspannen. In einigen Beispielen umfasst der Schalter 401 einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET). In anderen Beispielen umfasst der Schalter 410 einen Bipolartransistor. Gemäß der vorliegenden Beschreibung wurde in der Praxis festgestellt, dass ein Konfigurieren des Schalters 401 auf derartige Weise, dass der leitfähige Feldbereich der stromführenden Elektrode 401A eine große Fläche mit mehreren Substratkontakten zum Bereich aus Halbleitermaterial 11 aufweist, vorteilhaft ist, um sowohl einen reduzierten elektrischen als auch thermischen Widerstand zum Bereich aus Halbleitermaterial 11 bereitzustellen. Hierdurch wird Wärme während des Programmierens effizienter/schneller aus der Sicherungsstruktur 21 abgeführt, um einen Löscheffekt bereitzustellen. Auf diese Weise wird der Widerstand in der Programmierschaltung reduziert, sodass ein Großteil der angewendeten Energie auf die Sicherungsstruktur 21 angewendet wird.
4B ist ein Schaltschema, einschließlich der Sicherungsstruktur 21 in einer Bitsicherungsanwendung, einschließlich eines Schalters 401 und einer Auswahlvorrichtung 402. In dieser Anwendung ist der Sicherungsanschluss 211 (z. B. Anodenanschluss) mit der stromführender Elektrode 401B des Schalters 401 verbunden, und der Sicherungsanschluss 212 (z. B. Kathodenanschluss) ist mit Masse verbunden. In dieser Konfiguration kann der Sicherungsanschluss 211 durch einen großflächigen Kontakt mit mehreren Substratkontakten zum Bereich aus Halbleitermaterial 11 mit Masse verbunden werden, was vorteilhaft ist, um sowohl einen reduzierten elektrischen als auch thermischen Widerstand zum Bereich aus Halbleitermaterial 11 bereitzustellen. Hierdurch wird Wärme während des Programmierens effizienter/schneller aus der Sicherungsstruktur 21 abgeführt, um einen Löscheffekt bereitzustellen. Auf diese Weise wird der Widerstand in der Programmierschaltung reduziert, sodass ein Großteil der angewendeten Energie auf die Sicherungsstruktur 21 angewendet wird.
Anhand von allem Vorstehenden kann ein Fachmann bestimmen, dass in einem Beispiel die erste Blindstruktur eine rechteckige Form umfassen kann und mit einem Rand-zu-Rand-Abstand in einem Bereich von etwa 0,3 Mikrometer bis etwa 0,7 Mikrometer von dem Sicherungskörper beabstandet ist. In einem anderen Beispiel kann der Sicherungskörper ein Halbleitermaterial und eine Silicidschicht über dem dotierten Halbleitermaterial umfassen. In einem weiteren Beispiel umfasst die Silicidschicht Kobaltsilicid, Nickelsilicid oder Titansilicid. In noch einem weiteren Beispiel kann jedes des zweiten Paars aufgeweiteter Abschnitte eine Verjüngung in Bezug auf den Sicherungskörper von etwa 30 Grad bis etwa 60 Grad umfassen. In einer anderen Ausführungsform kann der erste Sicherungsanschluss elektrisch mit einem Schalter, der als Teil des Bereichs aus Halbleitermaterial bereitgestellt ist, gekoppelt sein.
Anhand von allem Vorstehenden kann ein Fachmann bestimmen, dass in einem Beispiel eine Halbleitervorrichtung mit einer Sicherungsstruktur einen Bereich aus Halbleitermaterial mit einer ersten Hauptoberfläche und einen ersten dielektrischen Bereich über der ersten Hauptoberfläche umfassen kann. Eine Sicherungsstruktur kann sich über dem ersten dielektrischen Bereich befinden, wobei sie einen ersten Sicherungsanschluss über einem ersten Teil des ersten dielektrischen Bereichs, einen zweiten Sicherungsanschluss über einem zweiten Teil des ersten dielektrischen Bereichs und von dem ersten Sicherungsanschluss beabstandet, um einen Spaltbereich bereitzustellen, und einen Sicherungskörper über einem dritten Teil des ersten dielektrischen Bereichs umfassen kann, der zwischen dem ersten Sicherungsanschluss und dem zweiten Sicherungsanschluss angeordnet und mit ihnen verbunden ist. Eine erste Blindstruktur kann sich über dem ersten dielektrischen Bereich in dem Spaltbereich auf einer ersten Seite des Sicherungskörpers befinden, wobei die erste Blindstruktur von dem Sicherungskörper, dem ersten Sicherungsanschluss und dem zweiten Sicherungsanschluss beabstandet und elektrisch isoliert sein kann. Ein schwebender dotierter Wannenbereich kann sich in dem Bereich aus Halbleitermaterial angrenzend an die erste Hauptoberfläche befinden, wobei sich der Sicherungskörper und die erste Blindstruktur über dem schwebenden dotierten Wannenbereich befinden.
In einem anderen Beispiel kann sich ein zweiter dielektrischer Bereich über dem Sicherungskörper und der ersten Blindstruktur befinden, und/oder eine zweite Blindstruktur kann sich über dem zweiten dielektrischen Bereich in dem Spaltbereich befinden, wobei die zweite Blindstruktur den Sicherungskörper überlappt.
In einem weiteren Beispiel kann sich eine zweite Blindstruktur über dem ersten dielektrischen Bereich in dem Spaltbereich auf einer zweiten Seite des Sicherungskörpers befinden, wobei die zweite Blindstruktur von dem Sicherungskörper, dem ersten Sicherungsanschluss und dem zweiten Sicherungsanschluss beabstandet und elektrisch isoliert ist.
In noch einem weiteren Beispiel kann der Sicherungskörper ein erstes Sicherungskörperende, das mit dem ersten Sicherungsanschluss verbunden ist, ein zweites Sicherungskörperende, das mit dem zweiten Sicherungsanschluss verbunden ist, ein erstes Paar aufgeweiteter Abschnitte, das auf gegenüberliegenden Seiten des Sicherungskörpers in der Nähe des ersten Sicherungskörperendes angeordnet ist, sodass sich der Sicherungskörper in einer Draufsicht in der Nähe von der Stelle weitet, an der der Sicherungskörper mit dem ersten Sicherungsanschluss verbunden ist, und ein zweites Paar aufgeweiteter Abschnitte umfassen, das auf gegenüberliegenden Seiten des Sicherungskörpers in der Nähe des zweiten Sicherungskörperendes angeordnet ist, sodass sich der Sicherungskörper in der Draufsicht in der Nähe von der Stelle weitet, an der der Sicherungskörper mit dem zweiten Sicherungsanschluss verbunden ist.
Zusammenfassend sind eine Halbleitervorrichtung und zugeordnete Verfahren beschrieben worden, die eine Sicherungsstruktur mit einer oder mehreren Hilfs- oder Blindstrukturen umfassen, die dazu konfiguriert sind, die Effekte von oder die Ergebnisse von Defekten, wie Rissen und/oder Hohlräumen, zu reduzieren und/oder aufzuhalten. In einigen Beispielen schließt eine Sicherungsstruktur ein Paar Sicherungsanschlüsse ein, die durch einen Sicherungskörper verbindbar sind. Der Sicherungskörper kann ein Halbleitermaterial und ein Silicidmaterial umfassen. In einigen Beispielen ist eine Hilfsstruktur, wie eine Blindstruktur, angrenzend an den Sicherungskörper, jedoch getrennt hiervon, angeordnet. In anderen Beispielen werden Blindstrukturen auf gegenüberliegenden Seiten des Sicherungskörpers platziert. In einigen Beispielen sind die Blindstrukturen innerhalb einer Umfangsbegrenzung angeordnet, die durch die Sicherungsanschlüsse definiert ist. In weiteren Beispielen ist eine Blindstruktur dazu angeordnet, den Sicherungskörper seitlich zu überlappen, und kann von dem Sicherungskörper durch eine dielektrische Struktur getrennt sein. In noch weiteren Ausführungsformen können ein oder mehrere Enden des Sicherungskörpers aufgeweitete Abschnitte einschließen, bei denen der Sicherungskörper auf den/die Sicherungsanschluss/-anschlüsse trifft. In anderen Beispielen ist mindestens ein Abschnitt des Kathodensicherungsanschlusses ohne Kontaktstrukturen bereitgestellt, um die Materialmigration/-übertragung während des Programmierens zu verbessern. In einem anderen Beispiel wird eine dotierte Wannenstruktur innerhalb eines Bereichs aus Halbleitermaterial unter mindestens dem Sicherungskörper der Sicherungsstruktur bereitgestellt. Außerdem kann der Wannenbereich mindestens unter Abschnitten der Sicherungsanschlüsse angeordnet sein. Diese Merkmale wurden durch Experimentieren beobachtet, um das Vorliegen von und/oder die Effekte von Rissen und Hohlräumen zu reduzieren/aufzuhalten, wodurch Ausbeute (z. B. Reduzieren von Verzerrungen bei Widerstandsdaten) und Zuverlässigkeit von Halbleiterprodukten unter Verwendung von Sicherungsstrukturen, wie eFUSE-Strukturen, verbessert wurden.
Während der Gegenstand der Erfindung mit spezifischen Beispielschritten und Ausführungsbeispielen beschrieben wird, stellen die vorstehenden Zeichnungen und Beschreibungen davon nur übliche Beispiele dar und werden daher nicht als den Schutzumfang beschränkend betrachtet. Andere Beispiele und Permutationen sind ebenso vorgesehen. Beispielsweise können zusätzliche Hilfsstrukturen in anderen Verbindungsschichten über und/oder unter den Sicherungsstrukturen hinzugefügt werden. Es ist offensichtlich, dass viele vorgesehene Alternativen und Variationen, wie die beschriebenen, für die Fachleute ersichtlich sein werden.
Wie die nachfolgenden Ansprüche widerspiegeln, können erfinderische Gesichtspunkte in weniger als allen Merkmalen eines einzelnen vorstehenden offenbarten Beispiels liegen. Somit sind die nachfolgend ausgedrückten Ansprüche hiermit ausdrücklich in diese ausführliche Beschreibung der Zeichnungen aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich allein als ein separates Beispiel der Erfindung steht. Während einige hierin beschriebene Beispiele außerdem einige, aber nicht andere Merkmale einschließen, die in anderen Beispielen eingeschlossen sind, sollen Kombinationen von Merkmalen unterschiedlicher Beispiele innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen und sollen unterschiedliche Beispiele bilden, wie für die Fachleute auf dem Gebiet verständlich.

Claims

Halbleitervorrichtung mit einer Sicherungsstruktur, umfassend: einen Bereich aus Halbleitermaterial mit einer ersten Hauptoberfläche; einen ersten dielektrischen Bereich über der ersten Hauptoberfläche; einen ersten Sicherungsanschluss über einem ersten Teil des ersten dielektrischen Bereichs; einen zweiten Sicherungsanschluss über einem zweiten Teil des ersten dielektrischen Bereichs und von dem ersten Sicherungsanschluss beabstandet, um einen Spaltbereich bereitzustellen; einen Sicherungskörper über einem dritten Teil des ersten dielektrischen Bereichs, der zwischen dem ersten Sicherungsanschluss und dem zweiten Sicherungsanschluss angeordnet und mit ihnen verbunden ist; und eine erste Blindstruktur über dem ersten dielektrischen Bereich in dem Spaltbereich auf einer ersten Seite des Sicherungskörpers, wobei die erste Blindstruktur von dem Sicherungskörper, dem ersten Sicherungsanschluss und dem zweiten Sicherungsanschluss beabstandet und elektrisch isoliert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen zweiten dielektrischen Bereich über dem Sicherungskörper und der ersten Blindstruktur; und eine zweite Blindstruktur über dem zweiten dielektrischen Bereich in dem Spaltbereich, wobei die zweite Blindstruktur den Sicherungskörper überlappt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine zweite Blindstruktur über dem ersten dielektrischen Bereich in dem Spaltbereich auf einer zweiten Seite des Sicherungskörpers, wobei die zweite Blindstruktur von dem Sicherungskörper, dem ersten Sicherungsanschluss und dem zweiten Sicherungsanschluss beabstandet und elektrisch isoliert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sicherungskörper umfasst: ein erstes Sicherungskörperende, das mit dem ersten Sicherungsanschluss verbunden ist; ein zweites Sicherungskörperende, das mit dem zweiten Sicherungsanschluss verbunden ist; und ein erstes Paar aufgeweiteter Abschnitte, das auf gegenüberliegenden Seiten des Sicherungskörpers in der Nähe des ersten Sicherungskörperendes angeordnet ist, sodass sich der Sicherungskörper in einer Draufsicht in der Nähe der Stelle weitet, an der der Sicherungskörper mit dem ersten Sicherungsanschluss verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, ferner umfassend: ein zweites Paar aufgeweiteter Abschnitte, das auf gegenüberliegenden Seiten des Sicherungskörpers in der Nähe des zweiten Sicherungskörperendes angeordnet ist, sodass sich der Sicherungskörper in der Draufsicht in der Nähe der Stelle weitet, an der der Sicherungskörper mit dem zweiten Sicherungsanschluss verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen zweiten dielektrischen Bereich über dem ersten Sicherungsanschluss, dem Sicherungskörper und dem zweiten Sicherungsanschluss; erste leitfähige Durchgänge, die in dem zweiten dielektrischen Bereich über dem ersten Sicherungsanschluss angeordnet sind und ein erstes Durchgangsmuster aufweisen; und zweite leitfähige Durchgänge, die in dem zweiten dielektrischen Bereich über dem zweiten Sicherungsanschluss angeordnet sind und ein zweites Durchgangsmuster aufweisen, das sich von dem ersten Durchgangsmuster unterscheidet.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei: das zweite Durchgangsmuster eine Fläche ohne Durchgänge in der Nähe der Stelle umfasst, an der der Sicherungskörper mit dem zweiten Sicherungsanschluss verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen schwebenden dotierten Wannenbereich in dem Bereich aus Halbleitermaterial angrenzend an die erste Hauptoberfläche, wobei sich der Sicherungskörper und die erste Blindstruktur über dem schwebenden dotierten Wannenbereich befinden.
Verfahren zum Bilden einer Halbleitervorrichtung mit einer Sicherungsstruktur, umfassend: Bereitstellen eines Bereichs aus Halbleitermaterial mit einer ersten Hauptoberfläche; Bereitstellen eines ersten dielektrischen Bereichs über der ersten Hauptoberfläche; Bereitstellen einer Sicherungsstruktur über dem ersten dielektrischen Bereich, umfassend: einen ersten Sicherungsanschluss über einem ersten Teil des ersten dielektrischen Bereichs; einen zweiten Sicherungsanschluss über einem zweiten Teil des ersten dielektrischen Bereichs und von dem ersten Sicherungsanschluss beabstandet, um einen Spaltbereich bereitzustellen; und einen Sicherungskörper über einem dritten Teil des ersten dielektrischen Bereichs, der zwischen dem ersten Sicherungsanschluss und dem zweiten Sicherungsanschluss angeordnet und mit ihnen verbunden ist; und Bereitstellen einer ersten Blindstruktur über dem ersten dielektrischen Bereich in dem Spaltbereich auf einer ersten Seite des Sicherungskörpers, wobei die erste Blindstruktur von dem Sicherungskörper, dem ersten Sicherungsanschluss und dem zweiten Sicherungsanschluss beabstandet und elektrisch isoliert ist.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend ein Bereitstellen eines oder mehrerer von: einer zweiten Blindstruktur über dem ersten dielektrischen Bereich in dem Spaltbereich auf einer zweiten Seite des Sicherungskörpers, wobei die zweite Blindstruktur von dem Sicherungskörper, dem ersten Sicherungsanschluss und dem zweiten Sicherungsanschluss beabstandet und elektrisch isoliert ist; einem zweiten dielektrischen Bereich über dem Sicherungskörper, der ersten Blindstruktur und der zweiten Blindstruktur; einer dritten Blindstruktur über dem zweiten dielektrischen Bereich in dem Spaltbereich, wobei die dritte Blindstruktur den Sicherungskörper, die erste Blindstruktur und die zweite Blindstruktur überlappt; oder einen schwebenden dotierten Wannenbereich in dem Bereich aus Halbleitermaterial angrenzend an die erste Hauptoberfläche, wobei sich der Sicherungskörper und die erste Blindstruktur über dem schwebenden dotierten Wannenbereich befinden.