專利名稱：摻雜單晶硅硅化電熔絲及其形成方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及電熔絲，更具體地說，涉及硅化單晶硅電熔絲。
背景技術：
下面參考的美國專利公開了滿足預期目標的實施例。因此本發(fā)明特意通過參考引入下面參考的美國專利和公開(這里有時稱為“常規(guī)參考”)的全部內容用于以下目的，這些目的包括但不僅限于表明本發(fā)明的背景并且示出技術狀態(tài)。美國公開2003/01344556和2002/0033519；以及美國專利6,633,055，6,432,760和6,368,902公開了利用硅化多晶硅的常規(guī)電熔絲。
如在常規(guī)參考中討論的，典型地，計算機具有如存儲器裝置的不同類型的存儲數(shù)據(jù)的裝置。一種類型的存儲器裝置是只讀存儲器(ROM)裝置，其中數(shù)據(jù)被永久存儲并且不能被擦寫或更改。因此，當要求數(shù)據(jù)或指令不可更改時，ROM裝置是有用的。ROM裝置還是非易失性裝置，意味著當切斷電源時數(shù)據(jù)不會被破壞。在制造期間，通過在存儲器裝置的選定部分中形成永久電連接典型地編程ROM裝置。ROM裝置的一個缺點是它們的編程在制造期間永久決定，并因此只能通過重新設計來改變。
另一種類型的存儲器裝置是可編程只讀存儲器(PROM)裝置。與ROM裝置不同，PROM裝置在它們的設計和制造之后是可編程的。為了使它們可編程，典型地以可熔鏈接(熔絲)的形式為PROM裝置提供電連接。PROM裝置中使用的熔絲設計的數(shù)目相當可觀。最普通的熔絲設計可能是在一個區(qū)域變窄或“收縮”的金屬或多晶硅層。為了熔斷熔絲，驅動相對高的電流流經金屬或多晶硅層。電流將金屬或多晶硅加熱到熔點以上，從而斷開導電鏈接并使金屬層或多晶硅層不連續(xù)，或高阻抗。典型地，在變窄區(qū)域斷開導電鏈接，因為此區(qū)域中電流密度(以及溫度)最高。從而PROM裝置被編程為導電或非導電圖形，從而形成包括在存儲器裝置中存儲的數(shù)據(jù)的1或0。
除使用電流之外，可以使用激光以熔斷熔絲。然而，當存儲器裝置尺寸減小時，使用激光替代電流以熔斷熔絲變的更加困難。當存儲器裝置尺寸減小并且集成度增加時，存儲器單元的臨界尺寸(例如，熔絲間距)變得更小。因為激光束的直徑不能小于熔絲間距，所以適合熔斷熔絲的激光的實用性受到了限制。從而，熔絲間距和存儲器裝置的尺寸受限于當前激光技術可獲得的激光束的最小直徑。
電流熔斷熔絲的能力可以幫助熔絲適應各種應用，如冗余技術。冗余技術通過用使用熔斷熔絲激活的冗余電路的多余元件替代損壞的存儲器元件，增加了高密度存儲器裝置如SRAM和DRAM裝置的生產率。使用激光束以熔斷熔絲限制了尺寸。因此，使用電流替代激光熔斷熔絲，對存儲器裝置的高集成度和尺寸減小具有更大潛力。

發(fā)明內容
下面描述形成電熔絲的方法。此方法開始于在第一絕緣層上具有單晶硅層的單晶絕緣體上硅(SOI)結構。將單晶硅層構圖為帶。在構圖之前或之后，可以用一種或多種雜質摻雜單晶硅層。隨后，硅化單晶硅層的至少上部以形成硅化帶。在一個實施例中，如下面更詳細的描述，硅化整個單晶硅帶以形成硅化物帶。在硅化物帶上形成第二絕緣體，以將硅化帶與周圍結構電或熱隔離。在形成第二絕緣體之前或之后，該方法形成穿過第二絕緣體到硅化帶的末端的電接觸，從而完成熔絲結構。
在未熔斷狀態(tài)，熔絲用作具有與其材料特性一致的電性能(電阻和電容)的任何普通導體。然而，當足夠的電流流經導體時，硅化物熔化并且在電流或電子風(electron wind)方向移動。此熔化工藝“熔斷”，“編程”或“激活”熔絲。熔斷熔絲的工藝是永久的，因為熔絲的電導率在熔絲熔斷工藝后是永久改變的。硅化物具有比下面的摻雜硅帶更低的熔點。從而，在熔斷熔絲工藝期間摻雜硅帶基本不受影響。而在熔絲熔斷工藝期間在其熔化狀態(tài)下，硅化物從覆蓋所有摻雜單晶硅島的第一位置或陰極移動到僅覆蓋摻雜單晶硅島的一個末端的第二位置或陽極。在熔絲熔斷工藝后，硅化物返回固態(tài)從而其位置永久改變。
當摻雜單晶硅層時，該方法可以摻雜單晶硅層的第一區(qū)域以使其具有第一摻雜極性并且摻雜單晶硅層的第二區(qū)域以使其具有與第一摻雜極性相反的第二摻雜極性。另外，摻雜工藝可以保留單晶硅層的一個或多個區(qū)域未摻雜。單晶硅層的一個或多個未摻雜區(qū)域限制電流流經單晶硅層。此摻雜工藝可以在單晶硅層中形成如N+P或P+N的二極管。從而，本發(fā)明在未熔斷狀態(tài)可以包括普通導體并且在其熔斷狀態(tài)可以包括如二極管的有源器件。
當電流流經電接觸時，電流從硅化帶的第一末端(陰極)流向硅化帶的第二末端(陽極)。為了避免損壞接觸，本方法在陰極上形成的第一接觸大于在陽極的第二末端形成的第二接觸。
本方法執(zhí)行許多步驟以減小編程熔絲要求的功率。在一個實施例中，本方法沿單晶硅層的帶的側壁形成應力產生側壁隔離物。應力產生側壁隔離物減小編程熔絲要求的功率。類似地，當構圖單晶硅帶時，本方法可以進行蝕刻工藝以使單晶硅層的帶的下部變細。再次，變細步驟降低了編程熔絲要求的功率。另外，本方法可以氧化單晶硅層的帶的一個或多個部分以使單晶硅層的帶的該部分變窄。通過變窄單晶硅帶，也減小了編程熔絲要求的功率。
由上述方法形成的電熔絲結構包括在第一絕緣層上的摻雜單晶硅帶，摻雜單晶硅上的硅化物層，在硅化物層上/周圍的第二絕緣層，以及延伸穿過第二絕緣層并與摻雜單晶硅帶的末端相連的電接觸。該結構還包括圍繞摻雜單晶硅層的絕緣層上的隔離區(qū)域。從而，這些絕緣體限定單晶硅帶或島。硅化物層和摻雜單晶硅島在硅化物層轉移位置之前可以包括基本導電的部件并且在硅化物層轉移位置之后包括基本不導電部件或有源器件。
通過利用單晶硅(與多晶硅相反)，本結構可以包括任何半導體形式，從而可以包括具有相反摻雜極性的多個摻雜區(qū)域。例如，摻雜單晶硅島可以包括限制電流流經摻雜單晶硅的摻雜區(qū)域之間的未摻雜區(qū)域。
如上所述，當編程本發(fā)明的電熔絲時，硅化物層適于在施加穿過摻雜單晶硅的足夠(預定量)的電流時，從覆蓋所有摻雜單晶硅的未熔斷位置移動到僅覆蓋摻雜單晶硅的一個末端的熔斷位置。再次，在編程電熔絲的工藝期間，相對大量的電流流經電接觸和單晶硅帶。更具體地說，電流從摻雜單晶硅帶的第一末端陰極流向摻雜單晶硅帶的第二末端陽極。為了防止損壞電接觸，本發(fā)明的結構在摻雜單晶硅帶的第一末端提供的第一接觸大于在摻雜單晶硅帶的第二末端提供的第二接觸。
如上所述，本結構可以包括沿摻雜單晶硅帶的側壁加襯的應力產生側壁隔離物。另外，使底部(與將要被硅化的頂部相反的部分)變小。此外，單晶硅帶的不同部分可以通過氧化工藝變窄。
如上所述，在一個實施例中，本發(fā)明可以硅化單晶硅帶的整個厚度，從而形成全部為硅化物的硅化物帶。此方法提供單晶絕緣體上硅(SOI)結構，構圖單晶硅層為帶，硅化所有單晶硅層以形成硅化物帶，在硅化帶上及周圍形成至少一個第二絕緣體以將硅化物帶與周圍結構隔離，并且形成穿過第二絕緣體到硅化帶的末端的電接觸。
這形成了一種電熔絲結構，該結構具有在第一絕緣層上的硅化物帶，硅化物上的第二絕緣層，以及延伸穿過第二絕緣層并與硅化物帶的末端連接的電接觸。硅化物層適于在電子風下熔化并且移動，以及在施加穿過硅化物層的電流時變得不連續(xù)。此電熔絲在未熔斷狀態(tài)下包括導體并且在熔斷狀態(tài)下的陽極和陰極之間包括絕緣體或斷路。
當參考隨后的描述和附圖考慮時，將更好地認識并理解本發(fā)明的這些以及其它的方面和目的。然而，應該明白，后面的描述示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例及其許多具體細節(jié)，但只是為了說明并非限制。在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，在本發(fā)明的范圍內可以進行許多變化和修改，并且本發(fā)明包括所有這樣的修改。


通過后面的細節(jié)描述并參考附圖將會更好地理解本發(fā)明，其中圖1示出了本發(fā)明的實施例的流程圖；圖2是根據(jù)這里的實施例的部分完成的電熔絲的截面示意圖；圖3是根據(jù)這里的實施例的部分完成的電熔絲的截面示意圖；圖4是根據(jù)這里的實施例的部分完成的電熔絲的截面示意圖；圖5是根據(jù)這里的實施例的電熔絲的截面示意圖；圖6A和B是根據(jù)這里的實施例的編程電熔絲的截面示意圖；圖7是根據(jù)這里的實施例的電熔絲的截面示意圖；圖8是根據(jù)這里的實施例的編程電熔絲的截面示意圖；圖9是根據(jù)這里的實施例的電熔絲的截面示意圖；圖10是根據(jù)這里的實施例的編程電熔絲的截面示意圖；圖11是根據(jù)這里的實施例的電熔絲的截面示意圖；圖12是根據(jù)這里的實施例的編程電熔絲的截面示意圖；圖13是根據(jù)這里的實施例的電熔絲的頂視圖；圖14是根據(jù)這里的實施例的電熔絲的頂視圖；圖15是根據(jù)這里的實施例的電熔絲的頂視圖；圖16是根據(jù)這里的實施例的電熔絲的頂視圖；圖17是根據(jù)這里的實施例的電熔絲的一部分的透視圖；以及圖18是根據(jù)這里的實施例的電熔絲的頂視圖；具體實施方式
通過參考在附圖中示出的并且在隨后詳述的非限制性實施例，更充分地說明了本發(fā)明以及其各種特征和優(yōu)點細節(jié)。應該注意，在附圖中示出的特征沒必要按比例畫出。省略對公知部件和工藝技術的描述，以便不必要地使本發(fā)明變模糊。有意選擇這里使用的實例僅為促進對可能實踐本發(fā)明的方法的理解以及進一步使本領域的技術人員實踐本發(fā)明。因此，不應該認為實例是對本發(fā)明的范圍的限制。
常規(guī)的雙接線端電熔絲(電子可編程熔絲)利用可以或不可以硅化的金屬或多晶硅帶。因此，常規(guī)的電熔絲僅能在導體和絕緣體之間轉換。下面描述的本發(fā)明改為利用在電熔絲結構中硅化的單晶硅帶。通過利用單晶硅帶，如二極管、導體、絕緣體、晶體管等的任何形式的半導體可以形成熔絲結構的下面部分。上面的硅化物材料允許熔絲在其未編程狀態(tài)下用作導體。然而，與在編程狀態(tài)下僅包括絕緣體的金屬或多晶硅基電熔絲相反，當編程本發(fā)明的電熔絲時(并且硅化物被移動或斷開)，下面的半導體結構以有源半導體器件工作。
因此，例如，本發(fā)明的一個實施例在高導電硅化物下面的單晶硅帶中形成二極管。在其未編程狀態(tài)下，硅化物提供高水平導電率，允許熔絲用作導線或導體。在其編程狀態(tài)下，伴隨硅化物移動的發(fā)生，下面的N+P或P+N(分離或結合)二極管以任何常規(guī)半導體二極管工作，從而限定電流在一個(即截止(blocking)或反轉(reverse))方向流動。如果需要，本發(fā)明還可以形成可以重復的PNPN結構。其它類似的半導體結構與本發(fā)明的運作類似。另外，通過利用單晶硅，可以利用另外的技術以使熔絲元件的頸部(帶)變窄。另外，可以與單晶硅帶相鄰形成應力產生側壁隔離物以降低編程熔絲要求的功率。
在圖1中以流程圖的形式并且在圖2-6B中以截面圖的形式示出了用于形成電熔絲的一個發(fā)明實施例。此方法開始于提供在第一絕緣層202上具有單晶硅層212的單晶絕緣體上硅(SOI)結構(如在項100中所示)。通常在如晶片的襯底200上形成SOI結構202，212，如圖2所示。
在項102中，將單晶硅層212構圖為帶，如圖3中所示。用于將單晶硅層212構圖為帶的工藝可以包括任何現(xiàn)在已知或將來發(fā)展的工藝，如那些常規(guī)參考中描述的。例如，可以曝光，顯影，清潔有機光刻光致抗蝕劑掩膜以掩蔽單晶硅層212的將要保留作為帶的區(qū)域。然后，可以使用如蝕刻，清潔等的任何常規(guī)或將來發(fā)展的移除工藝移除單晶硅層的其它區(qū)域。然后，移除有機掩膜?？梢杂萌鐪\溝槽隔離(STI)絕緣體210的絕緣體替代單晶硅層212被移除的區(qū)域。絕緣體210使單晶硅帶或島212與可以是導體的相鄰結構208電和熱隔離。
在構圖102之前或之后，可以可選地，用一種或多種雜質摻雜單晶硅層212，如在流程圖的項104中所示。例如，圖4中所示，可以構圖一個或多個掩膜402(例如如有機光致抗蝕劑的任何常規(guī)掩膜)以保留單晶硅帶212未保護并隨后向單晶硅帶212中注入一種或多種雜質400。如在后面的實施例中所示，摻雜工藝104可以包括向單晶硅帶212的不同區(qū)域中注入不同類型的雜質的多重掩蔽和摻雜工藝。這可以包括保留單晶硅帶212的一個或多個部分未摻雜的工藝。通過摻雜工藝104，可以形成如絕緣體，導體，二極管，晶體管等的許多不同類型的半導體結構。摻雜的濃度和功率將依賴于在單晶硅帶212中形成的半導體結構的類型。例如，摻雜雜質可以包括常規(guī)的P-型和N-型雜質，這些雜質以如在常規(guī)參考中提到的濃度和功率的任何常規(guī)已知的或將來發(fā)展的濃度和功率施加。
如在項106和圖5中所示，隨后用硅化物214硅化單晶硅層212的至少上部分以形成硅化帶212，214。在下面更詳細的討論的一個實施例中，硅化整個單晶硅帶以形成硅化物帶。本發(fā)明可以使用如那些在常規(guī)參考中提到的任何常規(guī)的現(xiàn)在已知或將來發(fā)展的硅化工藝。例如，可以在存在金屬或類似物質(如鎳，鈦，鈷，鎢等)的情況下加熱單晶硅帶212以在單晶硅帶212的頂部形成硅化物層214。
同樣如圖5中所示，在硅化物帶上形成一個或多個第二絕緣體206以使硅化帶212，214在三維上與周圍結構電或熱隔離(項108)。在形成第二絕緣體206之前或之后，該方法形成穿過第二絕緣體206到硅化帶212，214的末端的電接觸(項110)，從而完成熔絲結構。
通過前述方法形成的電熔絲結構包括在第一絕緣層202上的摻雜單晶硅帶212，在摻雜單晶硅212上的硅化物層214，在硅化物層214上/周圍的第二絕緣層206，以及延伸穿過第二絕緣層206并且與摻雜單晶硅帶212的末端連接的電接觸216。從而，這些絕緣體202，206，210限定單晶硅帶或島212。在一個實施例中，硅化物層214和摻雜單晶硅島212可以包括在硅化物層214移動位置之前基本導電的部件并且可以包括在硅化物層214移動位置之后基本不導電的部件。
在其未熔斷狀態(tài)(在圖5中示出)，熔絲用作任何普通導體。然而，當足夠的電流流經導體時，硅化物214熔化并且移動(如圖6A中所示)。編程熔絲所需的電流量將依賴于熔絲的尺寸，形成硅化物214使用的材料和其它因素。編程熔絲所需的電流的實際值可以通過實驗和/或建模預先確定，并且通常設計為明顯(例如2x，3x等)大于當熔絲用作簡單的導體或導線時在正常工作條件下(未編程條件)熔絲將要承載的電流。
更具體地說，硅化物層214適于在施加流過摻雜單晶硅212和硅214的足夠的電流(預定量)時，從覆蓋所有摻雜單晶硅的未熔斷位置移動到僅覆蓋摻雜單晶硅的一端的熔斷位置。如在常規(guī)參考中描述的，硅化物214在電流流動方向上移動，從而使硅化物214的大部分從負電接觸216(陰極)向正電接觸217(陽極)移動。雖然圖6A示出了所有硅化物214向熔絲結構的一側移動的簡化實例，實際上，一些硅化物214可以保留在熔絲結構的兩端；然而，當編程時，硅化物214斷開(不連續(xù))，以使它不再在電接觸216，217之間傳導電流。
因為硅化物214具有比下面的摻雜硅帶更低的熔點，編程熔絲所需的預定電流熔化硅化物214而基本不影響摻雜單晶硅212。如圖6A中示出的，向電極216，217施加的電流可以持續(xù)直到產生足夠的熱量，以使單晶硅帶212也熔化并且在其中可選地形成空隙218。然而，在摻雜單晶硅帶212用作有源器件，或高阻結構(晶體管，二極管等)的實施例中，沒有形成這樣的空隙218，并且在編程工藝之后，摻雜單晶硅帶212保持完整，如圖6B所示。因此，在這里的一些實施例中，在熔斷熔絲工藝期間基本沒有影響摻雜硅帶212。
在熔絲熔斷工藝期間在其熔化狀態(tài)下，硅化物214從覆蓋所有摻雜單晶硅島的第一(陰極)位置移動到僅覆蓋摻雜單晶硅島的一個末端的第二(陽極)位置。在熔絲熔斷工藝后，硅化物214冷卻并且回到固態(tài)，從而其位置永久改變。此熔化和移動工藝“熔斷”，“編程”，或“激活”熔絲。熔斷熔絲的工藝是永久的因為熔絲的電導率在熔絲熔斷工藝后永久改變。
通過利用單晶硅(與多晶硅相反)，本發(fā)明的電熔絲可以包括任何形式的半導體并且從而可以包括具有相反摻雜極性的多個摻雜區(qū)域。例如，摻雜單晶硅島可以包括在摻雜區(qū)域之間的未摻雜區(qū)域，該未摻雜區(qū)域限制電流流經摻雜單晶硅。
當在步驟104中摻雜400摻雜單晶硅層212時，該方法可以使用任何類型的多步掩蔽和雜質執(zhí)行工藝，如在常規(guī)參考中討論的那些工藝，摻雜單晶硅層212的第一區(qū)域70以具有第一摻雜并且摻雜單晶硅層212的第二區(qū)域72以具有第二摻雜，如圖7中所示。更具體地說，第一區(qū)域70可以具有與第二區(qū)域72相反類型的摻雜極性?？蛇x地，第一和第二區(qū)域70，72可以具有相同極性的摻雜劑，并且可以在不同區(qū)域70，72中具有不同的摻雜濃度。本領域的普通技術人員可以理解，根據(jù)本公開，可以包括雜質濃度和摻雜極性的任何組合以形成任何類型的單晶硅基半導體結構。
另外，摻雜工藝可以保留單晶硅層212的一個或多個區(qū)域220未摻雜。單晶硅層212的一個或多個未摻雜區(qū)域220限制電流流經單晶硅層。從而，可以選擇未摻雜區(qū)域220的布置、尺寸等，以提供自限制將流經單晶硅帶212的編程電流的特征，從而有助于防止對單晶硅帶212的損壞，特別是在編程期間。例如，此摻雜工藝可以在單晶硅層212中形成二極管。因此，本發(fā)明可以在未熔斷狀態(tài)下包括普通導體并且在其熔斷狀態(tài)下包括有源半導體器件。
圖8示出了圖7中示出的在編程狀態(tài)下的結構，其中硅化物214已經移向電極217。雖然示出了硅化物在區(qū)域72中移動，但是如果僅存在一個二極管，這不是必要條件。在二極管存在的情況下，硅化物僅需要在摻雜劑區(qū)域74中移動。
在存在多個下面的熔絲拓撲區(qū)域的電熔絲中，通過控制上層硅化物移動，可能在編程后的熔絲中具有多個器件類型。隨后是一個簡單的實例。在圖8中，硅化物移動在區(qū)域72中停止，因此沒有覆蓋熔絲的三個明顯的半導體區(qū)域，即區(qū)域70，74和72。如一個實例，在如圖8中示出的編程后，這三個區(qū)域可以形成雙極NPN或PNP晶體管。然而，如果我們選擇這樣調整編程功率，以使硅化物僅移動到區(qū)域74，仍覆蓋區(qū)域72，那么最終編程結構(對此實例)是在70和74之間的二極管。如果我們選擇再次這樣調整編程功率，以使最終硅化物移動停止在區(qū)域70中，覆蓋區(qū)域74和72，那么最終編程結構是電阻器。因此，我們開發(fā)了子系統(tǒng)以在單個電熔絲中提供多個器件類型(在此情況下計算基礎導體為4個)。
圖9示出了類似的結構，該結構包括單個摻雜區(qū)域212和單個未摻雜區(qū)域220，圖10示出了這樣的結構以及編程狀態(tài)。如上，此結構通過控制編程激發(fā)物可以具有三個明顯狀態(tài)(未編程，兩個區(qū)域未覆蓋，或一個區(qū)域未覆蓋)。具有這樣的結構允許人們基于電熔絲的后編程特性狀態(tài)自動建立編程條件。
圖11和12示出了一個實施例，其中單晶硅帶212的整個厚度都轉化為硅化物，從而產生完全(整個)硅化的硅化物帶226。在圖1中也示出了形成該結構的方法；然而，在此方法中，整個單晶硅帶轉化為硅化物(106)并且可以省略摻雜工藝(104)。更具體地說，提供了單晶絕緣體上硅(SOI)結構(項100)，將單晶硅層構圖為帶(項102)，硅化所有單晶硅層(項106)以形成硅化物帶226，在硅化物帶226上以及周圍形成至少一個第二絕緣體以將硅化物帶與周圍結構隔離(項108)，以及形成穿過第二絕緣體到硅化物帶226末端的電接觸(項110)。
如圖11中所示，這形成了電熔絲結構，該結構具有在第一絕緣層202上的硅化物帶226，在硅化物226上的第二絕緣層206，210，以及延伸穿過第二絕緣體206并與硅化物帶226的末端連接的電接觸216、217。如在圖12中所示，硅化物層226適于在施加穿過硅化物帶226的電流時熔化并且變的不連續(xù)(如空隙222顯示的)。因此，此電熔絲在未熔斷狀態(tài)下可以包括導體并且在熔斷狀態(tài)下可以包括絕緣體。
如前所述，當使電流流經電接觸216時，電流從硅化物帶212，214的第一末端流到硅化物帶212，214的第二末端。為了避免損壞接觸，該方法在硅化物帶212，214的第一末端形成的第一接觸大于在硅化物帶212，214的第二末端形成的第二接觸。
如上所述，當編程本發(fā)明的電熔絲時，硅化物層214適于在施加穿過摻雜單晶硅的足夠(預定量)的電流時，從覆蓋所有摻雜單晶硅的未熔斷位置移動到僅覆蓋摻雜單晶硅的一個末端的熔斷位置。在編程電熔絲的此工藝期間，相對大量的電流流經電接觸216并且穿過單晶硅帶212，214，220。更具體地說，電流從摻雜單晶硅帶的第一末端流向摻雜單晶硅帶的第二末端。為了防止損壞電接觸216，217，本發(fā)明的結構在摻雜單晶硅帶的第一末端提供的第一接觸216大于在摻雜單晶硅帶的第二末端提供的第二接觸217，如圖13所示。
該方法執(zhí)行許多步驟以減小編程熔絲要求的功率。在一個實施例中，本方法沿單晶硅層212的帶的側壁形成應力產生側壁隔離物224(圖14)。應力產生側壁隔離物減小編程熔絲要求的功率。類似地，當構圖單晶硅帶時，本方法可以執(zhí)行蝕刻工藝以使單晶硅層212的帶的下部變細。再次，變細步驟降低了編程熔絲要求的功率。另外，本方法可以氧化單晶硅層212的帶的一個或多個部分以使單晶硅層212的帶的該部分變窄。通過變窄單晶硅帶，也減小了編程熔絲要求的功率。
更具體地說，該方法執(zhí)行許多步驟以減小編程熔絲要求的功率。在圖14示出的一個實施例中，本方法沿單晶硅層的帶的側壁形成應力產生側壁隔離物224。應力產生側壁隔離物減小編程熔絲要求的功率。從而，本發(fā)明的結構可以包括沿摻雜單晶硅帶212，214，220的側壁加襯的應力產生側壁隔離物224，如圖14所示。這些側壁隔離物224可以包括在單晶硅中形成應力的任何已知的材料(如氮化物，鍺等)。實際上，可以沿單晶硅帶212，214，220的側壁，頂部，和/或底部形成具有不同物理膨脹/收縮特性的任何材料以在帶212，214，220中產生應力?？梢岳萌缭诔Ｒ?guī)參考中提到的用于形成側壁隔離物的任何常規(guī)方法形成側壁隔離物224。例如，可以在單晶硅島212，214，220上沉積應力產生材料224，并且可以利用方向性蝕刻工藝(各向異性)以在比蝕刻垂直表面更高的速率蝕刻水平表面，從而僅在單晶硅島212，214，220的側壁上保留應力產生材料?？蛇x地，可以使用公知的工藝在單晶硅島212，214，220層的上面和下面形成分離應力產生層。
在如圖15示出的不同實施例中，可以利用掩蔽工藝以僅沿單晶硅島212，214，220的一部分形成側壁隔離物224。然后，利用氧化，蝕刻以及其它類似的材料移除工藝以使單晶硅帶212，214，220的頸部變窄，如圖15中所示。在此實施例中，側壁隔離物224不必是應力產生材料層，而可以僅僅作為在變窄工藝中使用的掩膜。
類似地，當構圖單晶硅帶時，本發(fā)明的方法可以執(zhí)行蝕刻工藝以使單晶硅層的帶的下部變細。再次，變細步驟降低了編程熔絲要求的功率。更具體地說，如在圖16和17中所示，可以利用特殊的晶體蝕刻工藝(如KOH)以使單晶硅帶212，214，220的底部變細。圖17最清楚地示出了單晶硅帶的底部212，220(該部分與將要硅化的頂部214相反)變細了。
另外，本方法可以氧化單晶硅層的帶的一個或多個部分以使單晶硅層的帶的該部分變窄。通過變窄單晶硅帶，也減小了編程熔絲要求的功率。因此，可以通過氧化工藝使單晶硅帶的不同部分變窄，如例如在圖18中所示。更具體地說，在圖18中，以可以使用掩蔽，加熱等的選擇性氧化工藝(本領域的普通技術人員公知此氧化工藝)氧化單晶硅帶212，214，220的部分180。氧化工藝消耗單晶硅帶212，214，220的一部分，從而使單晶硅帶212，214，220變窄。
如上所示，常規(guī)電熔絲僅能在導體和絕緣體之間轉變。相反地，本發(fā)明在電熔絲結構中利用硅化的單晶硅帶。通過利用單晶硅帶，如二極管、絕緣體、導體、和/或晶體管等的任何形式的半導體可以形成熔絲結構的下面部分。上面的硅化物材料允許熔絲在其編程狀態(tài)下用作導體。然而，與在編程狀態(tài)下僅包括絕緣體的金屬或多晶硅基電熔絲相反，當編程本發(fā)明的電熔絲時(并且硅化物被移動或斷開)，下面的半導體結構以有源半導體器件工作。
根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在有源SOI層可以用作3D隔離的兩個接線端導電的電熔絲。通過由與多晶硅相比高質量的單晶硅形式的熔絲元件的本性，進行后編程的半導體結構具有與任何相關的標準SOI硅結構相同的質量和可靠性。單晶硅層將具有與在多晶硅中形成的二極管相比有較大提高的PN結電特性。
雖然根據(jù)優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，本領域的技術人員應該認識到，本發(fā)明可以通過在附加權利要求的精神和范圍內的修改實踐。
權利要求
1.一種結構，包括摻雜單晶硅層，在第一絕緣層上；隔離區(qū)域，在所述絕緣層上，圍繞所述摻雜單晶硅層并且從所述摻雜單晶硅層形成摻雜單晶硅島；硅化物層，在所述摻雜單晶硅島上；以及第二絕緣層，在所述硅化物層上，其中所述硅化物層適于在施加穿過所述摻雜單晶硅島的電流時，在所述摻雜單晶硅島上永久性地轉移位置。
2.根據(jù)權利要求1的結構，其中所述硅化物層適于在施加穿過所述摻雜單晶硅島的電流時，從覆蓋所有所述摻雜單晶硅島的第一位置移動到僅覆蓋所述摻雜單晶硅島的一個末端的第二位置。
3.根據(jù)權利要求1的結構，其中所述硅化物層和所述摻雜單晶硅島在所述硅化物層轉移位置之前包括基本導電的部件，并且在所述硅化物層轉移位置之后包括基本不導電的部件。
4.根據(jù)權利要求1的結構，其中所述隔離區(qū)域和所述第二絕緣體在三維上圍繞所述硅化物層。
5.根據(jù)權利要求1的結構，其中所述摻雜單晶硅島包括多個摻雜區(qū)域，所述多個摻雜區(qū)域包括相反的摻雜極性。
6.根據(jù)權利要求1的結構，其中所述摻雜單晶硅島包括未摻雜區(qū)域。
7.根據(jù)權利要求1的結構，其中所述摻雜單晶硅島包括二極管。
8.一種電熔絲結構，包括摻雜單晶硅帶，在第一絕緣層上；硅化物層，在所述摻雜單晶硅上；第二絕緣層，在所述硅化物層上；以及電接觸，延伸穿過所述第二絕緣層并與所述摻雜單晶硅帶的末端連接。
9.根據(jù)權利要求8的結構，其中所述電熔絲結構包括在未熔斷狀態(tài)下的導體并且包括在熔斷狀態(tài)下的二極管。
10.根據(jù)權利要求8的結構，還包括沿所述摻雜單晶硅帶的側壁加襯的應力產生側壁隔離物。
11.根據(jù)權利要求8的結構，其中所述摻雜單晶硅帶包括多個摻雜區(qū)域，并且其中所述多個摻雜區(qū)域包括多個器件。
12.根據(jù)權利要求8的結構，其中所述摻雜單晶硅帶包括限制電流流經所述摻雜單晶硅的在摻雜區(qū)域之間的未摻雜區(qū)域。
13.根據(jù)權利要求8的結構，其中所述電熔絲結構適于允許電流從所述摻雜單晶硅帶和所述硅化物層的第一末端流到所述摻雜單晶硅帶和所述硅化物層的第二末端，并且其中所述電接觸在所述第一末端的第一接觸大于在所述第二末端的第二接觸。
14.根據(jù)權利要求8的結構，其中所述硅化物層適于在施加穿過所述摻雜單晶硅的電流時，從覆蓋所有所述摻雜單晶硅的未熔斷位置移動到僅覆蓋所述摻雜單晶硅的一個末端的熔斷位置。
15.一種電熔絲結構，包括硅化物帶，在第一絕緣層上；第二絕緣層，在所述硅化物上；以及電接觸，延伸穿過所述第二絕緣層并與所述硅化物帶的末端連接。
16.根據(jù)權利要求15的結構，其中所述電熔絲結構包括在未熔斷狀態(tài)下的導體并且包括在熔斷狀態(tài)下的多個器件。
17.根據(jù)權利要求15的結構，其中所述硅化物層適于在施加穿過所述硅化物層的電流時熔化并且變得不連續(xù)，從而自動建立編程條件。
18.一種形成電熔絲的方法，包括以下步驟提供單晶絕緣體上硅(SOI)結構，所述結構包括在第一絕緣層上的單晶硅層；將所述單晶硅層構圖為帶；摻雜所述單晶硅層；硅化所述單晶硅層的至少上部以形成硅化帶；在所述硅化帶上形成至少一個第二絕緣體，以將所述硅化帶與周圍結構隔離；以及形成穿過所述第二絕緣體到所述硅化帶末端的電接觸。
19.根據(jù)權利要求18的方法，其中所述摻雜所述單晶硅層的步驟包括摻雜所述單晶硅層的第一區(qū)域以具有第一摻雜極性，并且摻雜所述單晶硅層的第二區(qū)域以具有與所述第一摻雜極性相反的第二摻雜極性。
20.根據(jù)權利要求18的方法，其中所述摻雜所述單晶硅層的步驟包括保留所述單晶硅層的一區(qū)域未摻雜，其中所述單晶硅層的未摻雜區(qū)域限制電流流經所述單晶硅層。
21.根據(jù)權利要求18的方法，其中所述摻雜所述單晶硅層的步驟在所述單晶硅層中形成二極管。
22.根據(jù)權利要求18的方法，還包括使電流從所述硅化帶的第一末端流到所述硅化帶的第二末端，其中所述形成所述電接觸的步驟在所述硅化帶的所述第一末端形成的第一接觸大于在所述硅化帶的所述第二末端形成的第二接觸。
23.根據(jù)權利要求18的方法，還包括沿所述單晶硅層的所述帶的側壁形成應力產生側壁隔離物。
24.根據(jù)權利要求18的方法，其中所述構圖所述單晶硅層的所述帶的步驟包括使所述單晶硅層的所述帶的下部變細。
25.根據(jù)權利要求18的方法，其中所述構圖所述單晶硅層的所述帶的步驟包括氧化所述單晶硅層的所述帶的一個或多個部分以使所述單晶硅層的所述帶的所述部分變窄。
26.一種形成電熔絲的方法，包括以下步驟提供單晶絕緣體上硅(SOI)結構，所述結構包括在第一絕緣層上的單晶硅層；將所述單晶硅層構圖為帶；硅化所有所述單晶硅層以形成硅化物帶；在所述硅化物帶上及周圍形成至少一個第二絕緣體，以將所述硅化物帶與周圍結構隔離；以及形成穿過所述第二絕緣體到所述硅化物帶末端的電接觸。
27.根據(jù)權利要求26的方法，還包括使電流從所述硅化物帶的第一末端流到所述硅化物帶的第二末端，其中所述形成所述電接觸的步驟在所述硅化物帶的所述第一末端形成的第一接觸大于在所述硅化物帶的所述第二末端形成的第二接觸。
28.根據(jù)權利要求26的方法，還包括沿所述單晶硅層的所述帶的側壁形成應力產生側壁隔離物。
29.根據(jù)權利要求26的方法，其中所述構圖所述單晶硅層的所述帶的步驟包括使所述單晶硅層的所述帶的下部變細。
30.根據(jù)權利要求26的方法，其中所述構圖所述單晶硅層的所述帶的步驟包括氧化所述單晶硅層的所述帶的一個或多個部分以使所述單晶硅層的所述帶的所述部分變窄。
全文摘要
一種電熔絲起始于在第一絕緣層上具有單晶硅層的單晶絕緣體上硅(SOI)結構。將單晶硅層構圖為帶。在構圖之前或之后，用一種或多種雜質摻雜單晶硅層。隨后硅化單晶硅層的至少上部以形成硅化帶。在一個實施例中，硅化整個單晶硅帶以形成硅化物帶。在硅化物帶上形成第二絕緣體，以使硅化帶與周圍結構隔離。在形成第二絕緣體之前或之后，該方法形成穿過第二絕緣體到硅化帶末端的電接觸。通過利用單晶硅帶，如二極管、導體、絕緣體、晶體管等的任何形式的半導體可以形成熔絲結構的下面部分。上面的硅化物材料允許熔絲在其未編程狀態(tài)下用作導體。然而，與在編程狀態(tài)下僅包括絕緣體的金屬或多晶硅基電熔絲相反，當本發(fā)明的電熔絲被編程時(并且硅化物被移動或斷開)，下面的半導體結構以有源半導體器件工作。
文檔編號H01L21/768GK1905184SQ20061010643
公開日2007年1月31日 申請日期2006年7月24日 優(yōu)先權日2005年7月29日
發(fā)明者W·R·通蒂, R·Q·威廉姆斯, E·J·諾瓦克, J·H·蘭金 申請人:國際商業(yè)機器公司