半导体器件的制作方法
专利名称：半导体器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件，特别地，涉及一种电可编程熔丝
背景技术：
电熔丝是半导体集成电路中的常用部件，主要应用于单元器件的修复，它使半导体器件具有了一定的可编程及可修复的能力。传统的熔丝为激光熔丝，通过激光照射，熔丝被烧断，这样，器件的电连接形式发生改变，从而实现了集成电路以及器件的可编程。随着半导体器件特征尺寸的不断缩小，进入了深亚微米阶段，而激光熔丝所能处理的线条宽度通常在微米量级，已经不能满足现实的需求；同时，激光熔丝不能对已完成封装的芯片进行编程操作，这也限制了它的应用范围。因此，人们开发出了电可编程熔丝(eFuse)。电可编程熔丝利用了电迁移现象，尤其是金属硅化物中的电迁移现象，来实现器件的可编程。参见附图1，这是目前常见的电可编程熔丝的结构示意图，硅衬底10之上为绝缘层20，绝缘层20通常为STI ;在绝缘层20之上依次是多晶硅层30和金属硅化物层40，多晶硅层30和金属硅化物层40用以形成熔丝线路(fuse link);最上层为阳极接触50和阴极接触60，熔丝线路即形成于与阳极接触50和阴极接触60相对应的多晶硅层30和金属硅化物层40之中。绝缘层20将熔丝部件与硅衬底10隔离开，是为了避免熔丝编程过程中向硅衬底10传递过多热量，从而导致器件编程失效。电可编程熔丝主要用于修复失效的器件单元，而且，器件中的电可编程熔丝并不需要额外的工艺步骤和掩模版，不会增加制造成本。在半导体器件特征尺寸缩小至45nm和32nm时，人们采用了高K栅介质材料和金属栅结构，以保证器件性能。而金属栅层形成后，会在熔丝编程时产生短路，这需要一个额外的掩模版来去除熔丝结构区域的金属栅层。更为严重的问题是，对应于金属栅结构的多晶硅栅的厚度降低至50nm以下，这对现有的熔丝结构的可靠性会产生不良影响。因此，需要开发出一种新的电可编程熔丝结构，在保证其可编程特性的基础上，具有良好的可靠性，并能与高K/金属栅结构与工艺相兼容。
发明内容
本发明通过调整电可编程熔丝中各部件的位置，使阳极接触位于绝缘层的正上方，而阴极接触的正下方不存在绝缘层，获得了良好的可编程特性和可靠性。本发明提供一种半导体器件，包括
硅衬底，以及位于所述硅衬底中的绝缘层；
多晶娃层，位于所述娃衬底之上；
金属硅化物层，位于所述多晶硅层之上；
电可编程熔丝的阴极接触和阳极接触，位于所述金属硅化物层之上，其中
所述绝缘层的上表面与所述硅衬底的上表面相平；
所述阳极接触位于所述绝缘层的正上方，而所述阴极接触的正下方不存在所述绝缘层。
在本发明的半导体器件中，所述绝缘层为浅沟槽隔离。在本发明的半导体器件中，所述绝缘层的材料为氧化硅。在本发明的半导体器件中，所述金属硅化物层的材料为镍硅化物或镍钼硅化物。在本发明的半导体器件中，所述金属硅化物层的厚度为10nm-50nm。
在本发明的半导体器件中，所述多晶硅层的厚度为20nm-80nm。本发明的优点在于电可编程熔丝的阳极接触位于绝缘层正上方，阴极接触并不位于绝缘层正上方，这样以来，熔丝线路与硅衬底之间并无绝缘层的阻挡，熔丝线路更容易产生电迁移，这使电可编程熔丝具有更好的可编程能力，同时，绝缘层可以阻挡扩散至硅衬底的热量；另外，仅通过调整电可编程熔丝在版图中位置，即可获得本发明的结构，并未增加工艺步骤和掩模板数目，节省了生产成本。
图I现有的电可编程熔丝结构示意图。图2本发明的电可编程熔丝结构示意图。
具体实施例方式以下参照附图并结合示意性的实施例来详细说明本发明技术方案的特征及其技术效果。本发明提供的电可编程熔丝的结构示意图参见附图2。电可编程熔丝包括位于最底层的硅衬底1，以及位于硅衬底I中的绝缘层2。其中，绝缘层2通常为浅沟槽隔离(STI )，其材料通常为氧化硅。为了保证电可编程熔丝的电可编程性能，绝缘层2的上表面与硅衬底I的上表面必须保持相平，也即，绝缘层2与硅衬底I之间不存在高度差，这可以通过常规的CMP工艺实现，这样，电可编程熔丝的熔丝线路可以保持通畅。电可编程熔丝还包括多晶硅层3，其位于硅衬底I和绝缘层2之上；硅化物层4，其位于多晶硅层3之上。多晶硅层3和金属硅化物层4是电可编程熔丝形成熔丝线路的部位，它们的材料和厚度对电可编程熔丝的电可编程性能有着重要影响。在本发明的电可编程熔丝中，为了获得良好的电可编程性能，多晶硅层3的厚度为20nm-80nm，金属硅化物层4的材料为镍硅化物或镍钼硅化物，厚度为10nm_50nm。电可编程熔丝还包括阳极接触5和阴极接触6，它们位于金属硅化物层4之上。与现有技术中的阳极接触和阴极接触均位于绝缘层的正上方不同，本发明中的阳极接触5位于绝缘层2的正上方，而阴极接触6并不位于绝缘层2的正上方，也即阴极接触6的正下方不存在绝缘层2。因此，与阴极接触6相对应而产生的熔丝线路将直接与硅衬底I接触，它们之间并无绝缘层2的阻挡。在对电可编程熔丝执行编程操作期间，位于阴极接触6和熔丝线路正下方的部分硅衬底1，会向熔丝线路提供足够多的硅原子，这有助于金属硅化物层4产生电迁移，使阳极接触5对应的区域易于产生更大的硅化物导通面积，也即这部分的硅衬底I可以改善电可编程熔丝的电可编程性能。位于阳极接触5正下方的绝缘层2，具有良好的热绝缘性能，可以防止编程操作中产生的大量热量向硅衬底I扩散并引起编程失效，提高了电可编程熔丝的可靠性；同时，由于阳极接触5位于绝缘层2正上方而阴极接触6的正下方不存在绝缘层2，这使得编程过程中产生的电迁移更多地发生在阴极接触6所对应的区域，这也有助于改善电可编程熔丝的电可编程性能。本发明中的电可编程熔丝的制造工艺与传统的电可编程熔丝制造工艺相兼容，仅仅通过调整电可编程熔丝的各部件在版图中位置，即可获得本发明的结构，并不会增加工艺步骤和掩模板数目，在获得良好器件结构的同时，避免了额外生产成本的产生。另外，为了与高K/金属栅工艺相兼容，需要一个额外的掩模版来去除熔丝结构区域的金属栅层，这是 由于金属栅层形成后，会在熔丝编程时引起短路，因此需要除去这一部分的金属栅层，从而避免短路。尽管已参照上述示例性实施例说明本发明，本领域技术人员可以知晓无需脱离本发明范围而对本发明技术方案做出各种合适的改变和等价方式。此外，由所公开的教导可做出许多可能适于特定情形或材料的修改而不脱离本发明范围。因此，本发明的目的不在于限定在作为用于实现本发明的最佳实施方式而公开的特定实施例，而所公开的器件结构及其制造方法将包括落入本发明范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种半导体器件，包括 硅衬底，以及位于所述硅衬底中的绝缘层； 多晶娃层，位于所述娃衬底之上； 金属硅化物层，位于所述多晶硅层之上； 电可编程熔丝的阴极接触和阳极接触，位于所述金属硅化物层之上，其特征在于 所述绝缘层的上表面与所述硅衬底的上表面相平； 所述阳极接触位于所述绝缘层的正上方，而所述阴极接触的正下方不存在所述绝缘层。
2.如权利要求I所述半导体器件，其特征在于，所述绝缘层为浅沟槽隔离。
3.如权利要求I所述半导体器件，其特征在于，在本发明的半导体器件中，所述绝缘层的材料为氧化硅。
4.如权利要求I所述半导体器件，其特征在于，在本发明的半导体器件中，所述金属硅化物层的材料为镍硅化物或镍钼硅化物。
5.如权利要求I所述半导体器件，其特征在于，在本发明的半导体器件中，所述金属硅化物层的厚度为10nm-50nm。
6.如权利要求I所述半导体器件，其特征在于，在本发明的半导体器件中，所述多晶硅层的厚度为20nm-80nm。
全文摘要
一种半导体器件，电可编程熔丝的阳极接触位于绝缘层正上方，阴极接触并不位于绝缘层正上方，因此熔丝线路与硅衬底之间并无绝缘层的阻挡，熔丝线路更容易产生电迁移，这使电可编程熔丝具有更好的可编程能力，同时，绝缘层可以阻挡扩散至硅衬底的热量；另外，仅通过调整电可编程熔丝在版图中位置，即可获得本发明的结构，并未增加工艺步骤和掩模板数目，节省了生产成本。
文档编号H01L23/525GK102623431SQ201110031550
公开日2012年8月1日 申请日期2011年1月29日 优先权日2011年1月29日
发明者闫江 申请人:中国科学院微电子研究所
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件，特别地，涉及一种电可编程熔丝
背景技术：
电熔丝是半导体集成电路中的常用部件，主要应用于单元器件的修复，它使半导体器件具有了一定的可编程及可修复的能力。传统的熔丝为激光熔丝，通过激光照射，熔丝被烧断，这样，器件的电连接形式发生改变，从而实现了集成电路以及器件的可编程。随着半导体器件特征尺寸的不断缩小，进入了深亚微米阶段，而激光熔丝所能处理的线条宽度通常在微米量级，已经不能满足现实的需求；同时，激光熔丝不能对已完成封装的芯片进行编程操作，这也限制了它的应用范围。因此，人们开发出了电可编程熔丝(eFuse)。电可编程熔丝利用了电迁移现象，尤其是金属硅化物中的电迁移现象，来实现器件的可编程。参见附图1，这是目前常见的电可编程熔丝的结构示意图，硅衬底10之上为绝缘层20，绝缘层20通常为STI ;在绝缘层20之上依次是多晶硅层30和金属硅化物层40，多晶硅层30和金属硅化物层40用以形成熔丝线路(fuse link);最上层为阳极接触50和阴极接触60，熔丝线路即形成于与阳极接触50和阴极接触60相对应的多晶硅层30和金属硅化物层40之中。绝缘层20将熔丝部件与硅衬底10隔离开，是为了避免熔丝编程过程中向硅衬底10传递过多热量，从而导致器件编程失效。电可编程熔丝主要用于修复失效的器件单元，而且，器件中的电可编程熔丝并不需要额外的工艺步骤和掩模版，不会增加制造成本。在半导体器件特征尺寸缩小至45nm和32nm时，人们采用了高K栅介质材料和金属栅结构，以保证器件性能。而金属栅层形成后，会在熔丝编程时产生短路，这需要一个额外的掩模版来去除熔丝结构区域的金属栅层。更为严重的问题是，对应于金属栅结构的多晶硅栅的厚度降低至50nm以下，这对现有的熔丝结构的可靠性会产生不良影响。因此，需要开发出一种新的电可编程熔丝结构，在保证其可编程特性的基础上，具有良好的可靠性，并能与高K/金属栅结构与工艺相兼容。
发明内容
本发明通过调整电可编程熔丝中各部件的位置，使阳极接触位于绝缘层的正上方，而阴极接触的正下方不存在绝缘层，获得了良好的可编程特性和可靠性。本发明提供一种半导体器件，包括
硅衬底，以及位于所述硅衬底中的绝缘层；
多晶娃层，位于所述娃衬底之上；
金属硅化物层，位于所述多晶硅层之上；
电可编程熔丝的阴极接触和阳极接触，位于所述金属硅化物层之上，其中
所述绝缘层的上表面与所述硅衬底的上表面相平；
所述阳极接触位于所述绝缘层的正上方，而所述阴极接触的正下方不存在所述绝缘层。
在本发明的半导体器件中，所述绝缘层为浅沟槽隔离。在本发明的半导体器件中，所述绝缘层的材料为氧化硅。在本发明的半导体器件中，所述金属硅化物层的材料为镍硅化物或镍钼硅化物。在本发明的半导体器件中，所述金属硅化物层的厚度为10nm-50nm。
在本发明的半导体器件中，所述多晶硅层的厚度为20nm-80nm。本发明的优点在于电可编程熔丝的阳极接触位于绝缘层正上方，阴极接触并不位于绝缘层正上方，这样以来，熔丝线路与硅衬底之间并无绝缘层的阻挡，熔丝线路更容易产生电迁移，这使电可编程熔丝具有更好的可编程能力，同时，绝缘层可以阻挡扩散至硅衬底的热量；另外，仅通过调整电可编程熔丝在版图中位置，即可获得本发明的结构，并未增加工艺步骤和掩模板数目，节省了生产成本。
图I现有的电可编程熔丝结构示意图。图2本发明的电可编程熔丝结构示意图。
具体实施例方式以下参照附图并结合示意性的实施例来详细说明本发明技术方案的特征及其技术效果。本发明提供的电可编程熔丝的结构示意图参见附图2。电可编程熔丝包括位于最底层的硅衬底1，以及位于硅衬底I中的绝缘层2。其中，绝缘层2通常为浅沟槽隔离(STI )，其材料通常为氧化硅。为了保证电可编程熔丝的电可编程性能，绝缘层2的上表面与硅衬底I的上表面必须保持相平，也即，绝缘层2与硅衬底I之间不存在高度差，这可以通过常规的CMP工艺实现，这样，电可编程熔丝的熔丝线路可以保持通畅。电可编程熔丝还包括多晶硅层3，其位于硅衬底I和绝缘层2之上；硅化物层4，其位于多晶硅层3之上。多晶硅层3和金属硅化物层4是电可编程熔丝形成熔丝线路的部位，它们的材料和厚度对电可编程熔丝的电可编程性能有着重要影响。在本发明的电可编程熔丝中，为了获得良好的电可编程性能，多晶硅层3的厚度为20nm-80nm，金属硅化物层4的材料为镍硅化物或镍钼硅化物，厚度为10nm_50nm。电可编程熔丝还包括阳极接触5和阴极接触6，它们位于金属硅化物层4之上。与现有技术中的阳极接触和阴极接触均位于绝缘层的正上方不同，本发明中的阳极接触5位于绝缘层2的正上方，而阴极接触6并不位于绝缘层2的正上方，也即阴极接触6的正下方不存在绝缘层2。因此，与阴极接触6相对应而产生的熔丝线路将直接与硅衬底I接触，它们之间并无绝缘层2的阻挡。在对电可编程熔丝执行编程操作期间，位于阴极接触6和熔丝线路正下方的部分硅衬底1，会向熔丝线路提供足够多的硅原子，这有助于金属硅化物层4产生电迁移，使阳极接触5对应的区域易于产生更大的硅化物导通面积，也即这部分的硅衬底I可以改善电可编程熔丝的电可编程性能。位于阳极接触5正下方的绝缘层2，具有良好的热绝缘性能，可以防止编程操作中产生的大量热量向硅衬底I扩散并引起编程失效，提高了电可编程熔丝的可靠性；同时，由于阳极接触5位于绝缘层2正上方而阴极接触6的正下方不存在绝缘层2，这使得编程过程中产生的电迁移更多地发生在阴极接触6所对应的区域，这也有助于改善电可编程熔丝的电可编程性能。本发明中的电可编程熔丝的制造工艺与传统的电可编程熔丝制造工艺相兼容，仅仅通过调整电可编程熔丝的各部件在版图中位置，即可获得本发明的结构，并不会增加工艺步骤和掩模板数目，在获得良好器件结构的同时，避免了额外生产成本的产生。另外，为了与高K/金属栅工艺相兼容，需要一个额外的掩模版来去除熔丝结构区域的金属栅层，这是 由于金属栅层形成后，会在熔丝编程时引起短路，因此需要除去这一部分的金属栅层，从而避免短路。尽管已参照上述示例性实施例说明本发明，本领域技术人员可以知晓无需脱离本发明范围而对本发明技术方案做出各种合适的改变和等价方式。此外，由所公开的教导可做出许多可能适于特定情形或材料的修改而不脱离本发明范围。因此，本发明的目的不在于限定在作为用于实现本发明的最佳实施方式而公开的特定实施例，而所公开的器件结构及其制造方法将包括落入本发明范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种半导体器件，包括 硅衬底，以及位于所述硅衬底中的绝缘层； 多晶娃层，位于所述娃衬底之上； 金属硅化物层，位于所述多晶硅层之上； 电可编程熔丝的阴极接触和阳极接触，位于所述金属硅化物层之上，其特征在于 所述绝缘层的上表面与所述硅衬底的上表面相平； 所述阳极接触位于所述绝缘层的正上方，而所述阴极接触的正下方不存在所述绝缘层。
2.如权利要求I所述半导体器件，其特征在于，所述绝缘层为浅沟槽隔离。
3.如权利要求I所述半导体器件，其特征在于，在本发明的半导体器件中，所述绝缘层的材料为氧化硅。
4.如权利要求I所述半导体器件，其特征在于，在本发明的半导体器件中，所述金属硅化物层的材料为镍硅化物或镍钼硅化物。
5.如权利要求I所述半导体器件，其特征在于，在本发明的半导体器件中，所述金属硅化物层的厚度为10nm-50nm。
6.如权利要求I所述半导体器件，其特征在于，在本发明的半导体器件中，所述多晶硅层的厚度为20nm-80nm。
全文摘要
一种半导体器件，电可编程熔丝的阳极接触位于绝缘层正上方，阴极接触并不位于绝缘层正上方，因此熔丝线路与硅衬底之间并无绝缘层的阻挡，熔丝线路更容易产生电迁移，这使电可编程熔丝具有更好的可编程能力，同时，绝缘层可以阻挡扩散至硅衬底的热量；另外，仅通过调整电可编程熔丝在版图中位置，即可获得本发明的结构，并未增加工艺步骤和掩模板数目，节省了生产成本。
文档编号H01L23/525GK102623431SQ201110031550
公开日2012年8月1日 申请日期2011年1月29日 优先权日2011年1月29日
发明者闫江 申请人:中国科学院微电子研究所
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