反熔丝存储单元及其形成方法技术

一种反熔丝存储单元及其形成方法，所述反熔丝存储单元包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底中的有源区，所述有源区包括互连区和至少两个下电极区，所述下电极区与所述互连区至少一部分接触；覆盖所有下电极区表面的栅介质层；位于所述栅介质层上的上电极层。本发明专利技术的反熔丝存储单元的编程电压降低。

【技术实现步骤摘要】
反熔丝存储单元及其形成方法
本专利技术涉及存储器领域，尤其涉及一种熔丝存储单元及其形成方法。
技术介绍
反熔丝是一种非常重要的可编程互联单元。基于反熔丝的半导体器件具有十分优越的性能，主要体现在以下几个方面：(1)具有非易失性。通过编程电压对反熔丝进行编程，编程后反熔丝由一种状态转变为另一种状态，这种状态的改变是不可逆的，并且改变后的编程状态可以永久保存。(2)具有高可靠性。有研究表明反熔丝器件的可靠性比专用集成电路的可靠性还要高1个数量级。(3)具有百分百可测性。反熔丝在编程前后表现出两种截然不同的电特性，使用测试电路可以实现大规模反熔丝阵列的全覆盖测试。(4)体积小、速度快、功耗低。使用先进的半导体工艺加工手段可以将反熔丝做的极小，从而能有效降低反熔丝的自身寄生电容，另一方面，编程后反熔丝电阻可以小至几十欧姆，因此反熔丝器件不仅速度快，而且功耗低。反熔丝在未激活时是不导电的，而在激活(击穿、金属扩散、非晶硅变为多晶硅等)后变为导体，形成电连接，可以选择性地允许原本电学隔离的两个器件或芯片进行电学连接，且能提供用于进行逻辑操作的不同电阻值。现有的反熔丝单元的基本结构为三明治结构，包括上下电极和位于上下电极间的反熔丝介质层。目前较为成熟的反熔丝结构主要包括：ONO(氧化硅-氮化硅-氧化硅)电熔丝、非晶硅反熔丝和栅氧化层反熔丝，其中，由于ONO电熔丝、非晶硅反熔丝的形成工艺与现有的CMOS工艺不兼容，因此最流行的反熔丝结构为栅氧化层反熔丝，利用衬底、栅氧化层和栅电极作为反熔丝的三明治结构。但现有的栅氧化层反熔丝的编程电压仍较大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是怎样降低现有的栅氧化层反熔丝的编程电压。本专利技术提供了一种反熔丝存储单元，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底中的有源区，所述有源区包括互连区和至少两个下电极区，所述下电极区与所述互连区至少一部分接触；覆盖所有所述下电极区表面的栅介质层；位于所述栅介质层上的上电极层。可选的，所述下电极区与所述互连区的接触方式为直线边接触、曲线型接触或者环绕型接触。可选的，所述有源区周围的半导体衬底中以及相邻下电极区之间的半导体衬底中具有浅沟槽隔离结构。可选的，所述浅沟槽隔离结构与所述下电极区顶部表面边缘接触的部分具有向下的凹陷，所述浅沟槽隔离结构其他部分不高于所述下电极区顶部表面。可选的，所述栅介质层和所述上电极层至少覆盖部分所述浅沟槽隔离区，且所述栅介质层和上电极层填充所述凹陷，使得上电极层具有向下的下凸区。可选的，还包括：位于相邻下电极区之间，将相邻下电极区连接的连接区，所述连接区与下电极区的材料相同，所述栅介质层和上电极层覆盖所述连接区和所述下电极区的表面。可选的，还包括：与所述互连区连接的第一接触插塞，与所述上电极层连接的第二接触插塞，所述第一接触插塞与所述上电极层之间的最短距离不小于60nm。可选的，覆盖所述上电极层和互连区表面的介质层，所述介质层中具有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔底部暴露出所述互连区的表面，所述第一接触插塞位于所述第一通孔中，所述第二通孔底部暴露出所述上电极层的表面，所述第二接触插塞位于所述第二通孔中。可选的，在对所述反熔丝存储单元进行编程时，在所述第一接触插塞和第二接触插塞上施加编程电压，所述编程电压使得所述上电极层和所述下电极区之间的栅介质层被击穿。可选的，所述下电极区形状为条状、环状或不规则形状。本专利技术还提供了一种反熔丝存储单元的形成方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底中的有源区，所述有源区包括互连区和至少两个下电极区，所述下电极区与所述互连区至少一部分接触；形成覆盖所有所述下电极区表面的栅介质层；在所述栅介质层上形成上电极层。可选的，所述下电极区与所述互连区的接触方式为直线边接触、曲线型接触或者环绕型接触。可选的，所述有源区周围的半导体衬底中以及相邻下电极区之间的半导体衬底中形成浅沟槽隔离结构。可选的，所述浅沟槽隔离结构与所述下电极区顶部表面边缘接触的部分具有向下的凹陷，所述浅沟槽隔离结构其他部分不高于所述下电极区顶部表面。可选的，所述栅介质层和所述上电极层至少覆盖部分所述浅沟槽隔离区，且所述栅介质层和上电极层填充所述凹陷，使得上电极层具有向下的下凸区。可选的，还包括：位于相邻下电极区之间，将相邻下电极区连接的连接区，所述连接区与下电极区的材料相同，所述栅介质层和上电极层覆盖所述连接区和所述下电极区的表面。可选的，还包括：形成覆盖所述上电极层和互连区表面的介质层；在所述介质层中形成第一通孔和第二通孔，所述第一通孔底部暴露出互连区的表面，所述第二通孔底部暴露出上电极层的表面；在所述第一通孔中形成第一接触插塞，在所述第二通孔中形成第二接触插塞，所述第一接触插塞与所述上电极层之间的最短距离不小于60nm。可选的，在对所述反熔丝存储单元进行编程时，在所述第一接触插塞和第二接触插塞上施加编程电压，所述编程电压使得所述上电极层和所述下电极区之间的栅介质层被击穿。与现有技术相比，本专利技术技术方案具有以下优点：本专利技术的反熔丝存储单元，由于有源区包括互连区和至少两个下电极区，所述下电极区与所述互连区至少一部分接触；栅介质层覆盖所有所述下电极区表面；上电极层位于所述栅介质层上，即本申请中的反熔丝存储单元在相同的设计尺寸的情况下，通过形成尺寸更小的下电极区，使得上电极层与下电极区的重叠区域的边界长度增长，从而使得边界区域(上电极层与下电极区的重叠区域的边界对应的区域)的翘曲效应或扭结效应(KinkEffect)增强，使得更多的电荷在边界区域聚集，进而使得边界区域的电场增强，在进行编程时，使得下电极区和上电极层之间的栅介质层容易被击穿，从而有效降低了反熔丝存储单元的编程电压。进一步，在所述浅沟槽隔离结构与所述下电极区顶部表面边缘接触的部分具有向下的凹陷，所述浅沟槽隔离结构其他部分不高于所述下电极区顶部表面，凹陷的作用是：在形成栅介质层和上电极层填充所述凹陷时，使得上电极层具有向下的下凸区，当通过第二接触插塞在上电极层上施加编程电压时，电场会向下凸区聚集，从而使得边界区域(下电极区、上电极层和浅沟槽隔离结构的重叠区域的边界对应的区域)的电场进一步增强(翘曲效应或扭结效应(KinkEffect)会进一步增强)，在进行编程时，使得下电极区和上电极层之间的栅介质层更容易被击穿，从而进一步降低了反熔丝存储单元的编程电压；并且上电极层的下凸区与下电极区的凸起的边角的配合(上电极层的下凸区和下电极区的凸起的边角均容易聚集电荷，增强电场)，使得下电极区和上电极层之间的栅介质层更进一步容易被击穿，从而更进一步降低了反熔丝存储单元的编程电压。进一步，在相邻下电极区之间，还具有将相邻下电极区连接的连接区，所述连接区与下电极区的材料相同，形成的所述栅介质层和上电极层覆盖所述连接区和下电极区的表面，使得上电极层与下电极区和连接区的重叠区域的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反熔丝存储单元，其特征在于，包括：/n半导体衬底；/n位于所述半导体衬底中的有源区，所述有源区包括互连区和至少两个下电极区，所述下电极区与所述互连区至少一部分接触；/n覆盖所有所述下电极区表面的栅介质层；/n位于所述栅介质层上的上电极层。/n

【技术特征摘要】
1.一种反熔丝存储单元，其特征在于，包括：
半导体衬底；
位于所述半导体衬底中的有源区，所述有源区包括互连区和至少两个下电极区，所述下电极区与所述互连区至少一部分接触；
覆盖所有所述下电极区表面的栅介质层；
位于所述栅介质层上的上电极层。


2.如权利要求1所述的反熔丝存储单元，其特征在于，所述下电极区与所述互连区的接触方式为直线边接触、曲线型接触或者环绕型接触。


3.如权利要求1所述的反熔丝存储单元，其特征在于，所述有源区周围的半导体衬底中以及相邻下电极区之间的半导体衬底中具有浅沟槽隔离结构。


4.如权利要求3所述的反熔丝存储单元，其特征在于，所述浅沟槽隔离结构与所述下电极区顶部表面边缘接触的部分具有向下的凹陷，所述浅沟槽隔离结构其他部分不高于所述下电极区顶部表面。


5.如权利要求4所述的反熔丝存储单元，其特征在于，所述栅介质层和所述上电极层至少覆盖部分所述浅沟槽隔离区，且所述栅介质层和上电极层填充所述凹陷，使得上电极层具有向下的下凸区。


6.如权利要求1所述的反熔丝存储单元，其特征在于，还包括：位于相邻下电极区之间，将相邻下电极区连接的连接区，所述连接区与下电极区的材料相同，所述栅介质层和上电极层覆盖所述连接区和所述下电极区的表面。


7.如权利要求1所述的反熔丝存储单元，其特征在于，还包括：与所述互连区连接的第一接触插塞，与所述上电极层连接的第二接触插塞，所述第一接触插塞与所述上电极层之间的最短距离不小于60nm。


8.如权利要求7所述的反熔丝存储单元，其特征在于，覆盖所述上电极层和互连区表面的介质层，所述介质层中具有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔底部暴露出所述互连区的表面，所述第一接触插塞位于所述第一通孔中，所述第二通孔底部暴露出所述上电极层的表面，所述第二接触插塞位于所述第二通孔中。


9.如权利要求8所述的反熔丝存储单元，其特征在于，在对所述反熔丝存储单元进行编程时，在所述第一接触插塞和第二接触插塞上施加编程电压，所述编程电压使得所述上电极层和所述下电极区之间的栅介质层被击穿。


10.如权利要求1所述的反熔丝存储单元，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雄，
申请(专利权)人：长鑫存储技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34