用于FINFET技术的基于虚拟端栅极的抗熔丝器件

摘要

本发明公开了用于鳍型场效应晶体管(finFET)技术的抗熔丝器件，该器件包含虚拟栅极，导电触点，以及扩散触点。虚拟栅极形成在鳍片的端角之上。所述导电触点设置在所述虚拟栅极的一部分上并且可用作所述器件的第一电极。所述扩散触点设置在所述鳍片之上并且可用作所述器件的第二电极。

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求于2014年1月14日提交的申请号61/927,437的美国临时 专利申请和于2014年2月5日提交的美国专利申请号14//173,744的优先 权的权益，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本说明书总体涉及存储器件，并且更具体地但不是唯一地，涉及用于 finFET技术的基于虚拟端栅极的抗熔丝(anti-fuse)器件。

背景技术

在数字存储形式的一次性可编程(OTP)存储器中，设置存储位可通 过使用用于每个位的熔丝或抗熔丝来锁定。大多数OTP存储器可能需要 可编程熔丝元件连同选择器件(例如，开关)。抗熔丝单元可通过氧化物 击穿来实现，其中，位于栅极端和晶体管(例如，MOS晶体管)沟道之 间的二氧化硅(SiO₂)层(例如，薄层)可能会经受击穿。击穿过程可在 有缺陷的晶体管中发生，虽然在正常的晶体管中，高温和/或高压可导致氧 化物层的击穿。氧化物击穿也可在非易失性存储器(NVM)中以积极的 方式被利用，同样地，存储器单元可通过捕获要被施加的孤立位置中的电 荷来击穿程序区域中的氧化物(仅一次)被编程。

抗熔丝单元还可通过在两个金属层(例如，金属轨道)之间作为绝缘 体的薄硅层来实现，一旦施加了相对较高的电压和电流的脉冲，所述薄硅 层可被转化为导电多晶硅。现场生长的多晶硅可作为两个金属层之间的连 接。进一步地，抗熔丝单元可通过使用厚的或者分割式氧化物层(split-oxide  layer)来实现。薄氧化物抗熔丝单元通常需要选择器件来正常运行，因此， 薄氧化物抗熔丝单元不能在交叉二极管阵列结构中使用，因为它可对源极 直接形成欧姆接触而不是形成二极管连接的晶体管。

发明内容

根据本发明的一实施方式，提供一种用于鳍型场效应晶体管技术的抗 熔丝器件，所述器件包括：虚拟栅极，形成在鳍片的端角之上；导电触点， 设置在所述虚拟栅极的一部分上并且配置为用作所述器件的第一电极；以 及扩散触点，设置在所述鳍片之上并且配置为用作所述器件的第二电极。

优选地，所述虚拟栅极部分地延伸到所述鳍片的所述端角之外，并且 其中，所述鳍片包括现有鳍型场效应晶体管的鳍片。

优选地，所述虚拟栅极通过薄氧化物层与所述鳍片分离，其中，所述 薄氧化物层包括二氧化硅。

优选地，所述薄氧化物层被配置为当在所述器件的所述第一电极和所 述第二电极之间施加合适的电压以对所述器件进行编程时，在靠近所述端 角的至少一个点中击穿。

优选地，所述扩散触点在形成于所述鳍片上的外延层上形成。

优选地，所述虚拟栅极通过厚氧化物层与所述鳍片分离，其中，所述 厚氧化物层包括二氧化硅。

优选地，两个虚拟栅极形成在所述鳍片的端角之上，并且其中，所述 两个虚拟栅极中的第一个通过薄氧化物层与所述鳍片分离，并且所述两个 虚拟栅极中的第二个通过厚氧化物层与所述鳍片分离。

优选地，所述两个虚拟栅极中的至少一个通过分割式氧化物层与所述 鳍片分离，并且其中，所述分割式氧化物层包括薄氧化物层部分和厚氧化 物层部分。

根据本发明另一实施方式，公开一种提供用于鳍型场效应晶体管技术 的抗熔丝器件的方法，所述方法包括：在鳍片的端角之上形成虚拟栅极； 在虚拟栅极的一部分上设置导电触点并且将所述导电触点配置为用作所 述抗熔丝器件的第一电极；以及在所述鳍片之上设置扩散触点并且将所述 扩散触点配置为用作所述抗熔丝器件的第二电极。

优选地，该方法进一步包括形成所述虚拟栅极使得所述虚拟栅极部分 地延伸到所述鳍片的所述端角之外，并且其中，所述鳍片包括现有鳍型场 效应晶体管的鳍片。

优选地，该方法进一步包括形成薄氧化物层以将所述虚拟栅极与所述 鳍片分离，其中，所述薄氧化物层包括二氧化硅。

优选地，该方法进一步包括将所述薄氧化物层配置为当在所述器件的 所述第一电极和所述第二电极之间施加合适的电压以对所述器件进行编 程时，在靠近所述端角的至少一个点中击穿。

优选地，该方法进一步包括在形成于所述鳍片上的外延层上形成所述 扩散触点。

优选地，该方法进一步包括形成厚氧化物层以将所述虚拟栅极与所述 鳍片分离，其中，所述厚氧化物层包括二氧化硅。

优选地，该方法进一步包括在所述鳍片的端角之上形成两个虚拟栅 极，并且通过薄氧化物层将所述两个虚拟栅极中的第一个与所述鳍片分离 以及通过厚氧化物层将所述两个虚拟栅极中的第二个与所述鳍片分离。

优选地，该方法进一步包括将所述两个虚拟栅极中的至少一个通过分 割式氧化物层与所述鳍片分离，并且其中，所述分割式氧化物层包括薄氧 化物层部分和厚氧化物层部分。

根据本发明的又一实施方式，提供了一种通信装置，其包括：存储器 件，所述存储器件包括：一次性可编程存储器，所述一次性可编程存储器 包含与鳍型场效应晶体管技术兼容的抗熔丝器件，所述抗熔丝器件包括： 虚拟栅极，形成在鳍片的端角之上；导电触点，设置在所述虚拟栅极的一 部分上并且配置为用作所述器件的第一电极；以及扩散触点，设置在所述 鳍片之上并且配置为用作所述器件的第二电极。

优选地，所述虚拟栅极通过薄氧化物层与所述鳍片分离，其中，所述 薄氧化物层包括二氧化硅，并且其中，所述薄氧化物层被配置为当在所述 器件的所述第一电极和所述第二电极之间施加合适的电压以对所述器件 进行编程时在靠近端角的至少一个点被击穿。

优选地，所述扩散触点在形成于所述鳍片上的外延层上形成，其中， 所述虚拟栅极通过厚氧化物层与所述鳍片分离，并且其中，所述厚氧化物 层包括二氧化硅。

优选地，两个虚拟栅极形成在所述鳍片的端角之上，其中，所述两个 虚拟栅极中的第一个通过薄氧化物层与所述鳍片分离并且所述两个虚拟 栅极中的第二个通过厚氧化物层与所述鳍片分离，并且其中所述两个虚拟 栅极中的至少一个通过分割式氧化物层与所述鳍片分离，并且其中，所述 分割式氧化物层包括薄氧化物层部分和厚氧化物层部分。

附图说明

本主题技术的某些特征在所附权利要求中进行了阐述。然而，出于解 释的目的，本主题技术的一些实施例在以下附图中进行阐述。

图1示出了根据一个或多个实施方案的包含抗熔丝器件的示例的鳍 型场效应晶体管(finFET)的顶视图和侧视图。

图2示出了根据一个或多个实施方案的图1中的示例抗熔丝器件的编 程。

图3A至图3E示出了根据一个或多个实施方案的图1中的抗熔丝器 件的示例实现。

图4示出了根据一个或多个实施方案的提供用于finFET技术的抗熔 丝器件的方法的示例。

图5示出了根据一个或多个实施方案的无线通信装置的示例。

具体实施方式

以下阐述的详细描述的目的是作为本主题技术的各种结构的描述并 不意为仅代表其中可实践本主题技术的结构。附图被并入本文中并构成了 该详细描述的一部分。所述详细描述包括用于提供对本主题技术的透彻理 解的具体细节。然而，对于本领域技术人员来说将是很清楚和显而易见的 是，本主题技术不限于本文中所阐述的具体细节并且可以通过使用一个或 多个实施方案来实践。在一个或多个实例中，为了避免模糊本主题技术的 概念，公知的结构和组件以方块图的形式示出。

本主题技术提供了一种用于提供用于鳍型场效应晶体管(finFET)技 术的基于端栅极-抗熔丝器件的器件和实施方案。由于结的击穿电场较低， 所以finFET技术中的现有栅极-氧化物OTP器件的实施具有挑战性，这会 导致早于栅极氧化物的结的击穿。本主题技术提供了包括可低电压编程， 节省芯片面积，以及与标准制造流程的兼容性在内的许多有利特征。可低 电压编程是由于在鳍片角的边缘处的电场增强所导致的。节省芯片面积是 通过利用现有虚拟栅极来形成所述抗熔丝器件实现的。与本主题技术的标 准制造流程的兼容性是由于无需额外的掩模来实现抗熔丝器件，从而所公 开的抗熔丝器件可以无需任何附加成本而制造在finFET芯片上。

图1示出了根据本主题技术的一个或多个实施方案的包含抗熔丝器 件的示例的鳍型场效应晶体管(finFET)的顶视图110和侧视图120。finFET 的顶视图110示出了抗熔丝器件的顶视图115，抗熔丝器件包含虚拟栅极 170，扩散触点162，以及导电触点116(例如，由诸如钨、铝等金属制成 的金属触点)。虚拟栅极170形成在鳍片130和/或132的端角之上，导电 触点116设置在虚拟栅极170的一部分上。导电触点116可用作抗熔丝器 件的第一电极(例如，阳极或阴极)，并且扩散触点162可用作抗熔丝器 件的第二电极(例如，阴极或阳极)。虚拟栅极170部分地延伸到鳍片130 和/或132的端角之外。

在一个或多个实施方案中，鳍片130和/或132为现有finFET的鳍片， 现有finFET包括栅极180和另一个虚拟栅极175。由于制造工艺的原因， 虚拟栅极170和175形成在许多finFET器件上并且通常是不起作用的。 本主题技术可有利地利用现有虚拟栅极170和175以及扩散触点162(例 如，finFET器件的源极或漏极)同时添加导电触点116来形成可如本文中 更加详细地描述那样进行编程的抗熔丝器件。应该理解的是导电触点116 的添加不需要任何额外的掩模，从而可以不用增加成本而实现。

侧视图120是横跨示出了其上形成有虚拟栅极170和175以及扩散触 点162的鳍片130的线AA’的剖视图。浅沟槽隔离(STI)氧化物层140， 氧化物150(例如，包含中线(MOL)和替代金属栅极(RMG)氧化物)， 隔离片190形成为标准finFET技术制造工艺的一部分。在一个或多个实 施方案中，虚拟栅极170和175通过薄金属氧化物层160(例如，生长的 二氧化硅层)与鳍片130分离。在某些方面，薄金属氧化物层160形成为 使得其在当在抗熔丝器件的第一电极和第二电极之间施加合适的电压以 对器件进行编程时可在至少一个点(例如，靠近端角)中击穿。

扩散触点162可在形成于鳍片130上的外延层164上形成。栅极180 是finFET器件的一部分并且对抗熔丝器件的操作而言是不需要该栅极的。 虚拟栅极170和175在结构上类似于栅极180并且包含高k值介电层178， 功函数金属层176，以及金属174(例如，铝，钨等)。功函数金属层176 可用于对晶体管的阈值电压进行调整。封盖172可由氮化硅或除氧化硅以 外的电介质形成。栅极触点116通过封盖层来蚀刻以电耦合到金属174使 得虚拟栅极可连接出来用作抗熔丝器件的电极。

图2示出了根据本主题技术的一个或多个实施方案的图1的示例性抗 熔丝器件的编程。抗熔丝器件在结构上类似于图1的抗熔丝器件，并且通 过顶视图215和侧视图225示出作为finFET器件的顶视图210和侧视图 220的部分。侧视图225为跨BB’的剖视图。抗熔丝器件可用作一次性可 编程(OTP)器件以在被编程后存储信息位(例如，0或1)。抗熔丝器件 可通过在虚拟栅极270的金属274(其被电耦合(例如，有线地)到金属 触点216)和扩散触点262之间施加高电压(例如，对于16nm finFET技 术超过0.9V)被编程。所施加的高电压可(例如，由击穿符号250所示) 击穿薄金属氧化物层260和高k值介电层278以在金属触点216和扩散触 点262之间提供电流路径。击穿在靠近鳍片230的角处的发生几率较高， 因为电场被认为在角处会增强。电场在角处的增强允许本主题技术的抗熔 丝器件的较低击穿电压。

图3A至图3E示出了根据本主题技术的一个或多个实施方案的图1 的抗熔丝器件的示例性实现。在一个或多个实施方案中，如图3A中所示 的实现300A包含分别由虚拟栅极314和324以及扩散触点316和326形 成的两个抗熔丝器件310和320。对于这两个抗熔丝器件310和320，氧 化物层312和322为薄氧化物层(例如，大约为0.5nm)并且具有与氧化 物层315和栅极317相同的厚度。针对不同的虚拟栅极(例如，314和324)， 虚拟栅极的宽度Lg可变(例如，在10至200nm之间)。虚拟栅极314和 324形成为使得覆盖鳍片305的角。

在一个或多个实施方案中，如图3B所示的实现300B包含两个类似 于抗熔丝器件310和320的抗熔丝器件330和340，除了氧化物层(例如， 332和342)具有不同的厚度(例如，332是具有大约2nm至4nm的厚度 的厚氧化物，并且342是具有大约0.5nm的厚度的薄氧化物层)，而栅极 的氧化物层325是厚氧化物。在某些方面，薄氧化物层和厚氧化物层可由 二氧化硅形成。

在一些实施方案中，如图3C中所示的实现300C包含可使用两个虚 拟栅极355和350与相应的金属触点352和354的两个抗熔丝器件。虚拟 栅极355和350形成在与使用栅极360的finFET晶体管使用的鳍片相同 的鳍片的端角之上。在一个或多个实施方案中，图3D中所示的实现300D， 包含OTP器件，无需任何finFET晶体管或用于所形成的finFET晶体管的 相应栅极，通过例如共享金属触点372的两个虚拟栅极370和375来形成。

最后，在一些实施方案，例如，图3E的实现300E中，虚拟栅极350 和355中的一个或两个通过由厚部382和薄部384形成的分割式氧化物层 与鳍片305分离，而finFET器件的栅极360通过使用厚氧化物层380来 形成。薄氧化物层384和厚氧化物层380和382可由二氧化硅形成。

图4示出了根据本主题技术的一个或多个实施方案的用于提供用于 finFET技术的抗熔丝器件的方法400的示例。出于说明的目的，示例性方 法400参照本文中所描述的，但不限于，图1的抗熔丝器件的顶视图115 和侧视图125。进一步出于说明的目的，示例性方法400的各块在本文中 被描述为连续发生或线性发生。然而，示例性方法400的多个块可平行发 生。此外，不必按照所示顺序来进行示例性方法400的各块和/或不需要进 行示例性方法400的一个或多个块。

方法400包含在鳍片(例如，图1的130)的端角之上形成虚拟栅极 (例如，图1的170)(410)。在虚拟栅极的一部分上配置导电触点(例如， 图1的116)并且将导电触点配置为用作抗熔丝器件(例如，图1中所示 的115和125)的第一电极(420)。在鳍片之上配置扩散触点并且将扩散 触点(例如，图1的162)配置为用作抗熔丝器件的第二电极(430)。

图5示出了根据本主题技术的一个或多个实施方案的无线通信装置 500的示例。无线通信装置500可包含射频(RF)天线510，接收器520， 发送器530，基带处理模块540，存储器550，处理器560，本地振荡器发 生器(LOGEN)570，以及电源580。在本主题技术的多个实施例中，图 5中表示的一个或多个块可集成为一个或多个半导体基板。例如，块520 至570可在单个芯片或单个片上系统中实现，或可在多芯片芯片组中实现。

射频天线510可适于在一个宽频率范围内发送和/或接收RF信号(例 如，无线信号)。虽然图中示出了一条射频天线510，但该主题技术并不限 于此。

接收器520包括可操作为接收并处理来自射频天线510的信号的合适 逻辑电路和/或编码。接收器520可例如操作为对接收到的无线信号进行放 大和/或降频处理。在本主题技术的各种实施例中，接收器520可操作为消 除接收到的信号中的噪声并且在一个宽频率范围可以是线性的。通过这种 方式，接收器520适于按照各种无线标准接收信号。Wi-Fi，WiMAX，蓝 牙和各种蜂窝标准。

发送器530包括可操作为处理并发送来自射频天线510的信号的合适 逻辑电路和/或编码。接收器530可例如操作为将基带信号升频为射频信号 并且放大射频信号。在本主题技术的各种实施例中，发送器530可操作为 将根据各种无线标准对处理后的基带信号进行升频和放大处理。这些标准 的示例包含Wi-Fi，WiMAX，蓝牙和各种蜂窝标准。在本主题技术的各种 实施例中，发送器530可操作来提供信号以通过一个或多个功率放大器进 行进一步放大。

双工器512在传输频段中提供隔离以避免接收器520的饱和或接收器 520的零件损坏，并且放宽对接收器520的一项或多项设计要求。此外， 双工器512可减弱接收频段中的噪音。双工器可在多种无线标准的多个频 段中操作。

基带处理模块540包括可操作为对基带信号进行处理的适当的逻辑， 电路，接口和/或编码。基带处理模块540可，例如，分析接收到的信号并 生成控制和/或反馈信号，用于配置无线通信装置500的各种组件，诸如， 接收器520。基带处理模块540可操作为根据一个或多个无线标准对数据 进行编码，解码，译码，解调，加密，解密，加扰，解扰，和/或其它处理。

处理器560包括可使无线通信装置500进行数据处理和/或控制操作 的适合的逻辑，电路和/或编码。在这方面，处理器560被使得能够给无线 通信装置500的各种其它部分提供控制信号。处理器560还可以控制无线 通信装置500的各种其它部分之间的数据转移。此外，处理器560可实现 操作系统或以其它的方式执行代码以管理无线通信装置500的操作。

存储器550包括可存储各种类型的信息，诸如，接收数据，生成数据， 编码,和/或配置信息的适合逻辑，电路，和/或编码。存储器550包括，例 如，RAM(例如，SRAM)，ROM，闪存，和/或磁存储器。在本主题技术 的各种实施例中，存储在存储器550中的信息可用于配置接收器520和基 带处理模块540。ROM可包含由本主题技术的抗熔丝器件，诸如，如图1 中所示的抗熔丝器件115和125，形成的OTP存储器单元。本主题技术的 抗熔丝器件可通过使用finFET技术在几乎不增加成本的情况下而形成。 本主题技术的抗熔丝器件提供了包括可低电压编程，节省芯片面积，以及 与标准制造流程的兼容性在内的许多有利特征。

本地振荡器发生器(LOGEN)570包括可操作为产生一个或多个频 率的一个或多个振荡信号的适合的逻辑，电路，接口和/或编码。LOGEN 570可操作为产生数字和/或模拟信号。通过这种方式，LOGEN 570可操 作为产生一个或多个时钟信号和/或正弦信号。振荡信号的特性，诸如，频 率和占空比，可基于来自例如处理器560和/或基带处理模块540，的一个 或多个控制信号来确定。

在操作中，处理器560可基于需要根据无线标准来接收信号的该无线 标准来配置无线通信装置500的各种组件。无线信号可通过射频天线510 来接收并且通过接收器520来放大并进行降频处理。基带处理模块540可 对基带信号进行噪声估计和/或噪声消除，解码，和/或解调。通过这种方 式，接收到的信号中的信息可以适当的恢复并利用。例如，信息可为待呈 现给无线通信装置的用户的频或/和视频，待存储到存储器550的数据，和 /或影响和/或使能无线通信装置的操作的信息。基带处理模块540可调制， 编码和对视频，音频，和/或待根据各种无线标准发送到发送器530的控制 信号进行其他处理。电源580可为无线通信装置的各种电路提供一个或多 个稳定的轨道电压(例如，V_DD)。

本领域的技术人员将理解本文所描述的各种说明性区块，模块，元件， 组件和方法可被实现为电子硬件，电脑软件和两者的组合。为了说明硬件 和软件的这种可互换性，各种说明性区块，模块，元件，组件和方法已经 按照其功能在上文进行了大体上地描述。至于这种功能是实现为硬件还是 软件是取决于特定的应用以及强加于整个系统的设计约束。熟练的技术人 员可实现针对每个特定应用以不同的方式来实现所描述的功能。各种组件 和区块均可在不脱离本主题技术的范围不同地布置(例如，布置顺序不同， 或分隔方式不同)。

如在本文中使用的，使用术语“和”或“或”来分开任何物品的位于 系列物品之前的短语“至少一个”总体上修饰了列表，而非该列表的每个 部件(例如，每个物品)。短语“至少一个”不需要选择所列出的每个物 品中的至少一个的选择；确切地说，该短语允许具有包括任一个物品中的 至少一个和/或这些物品的任何组合中的至少一个和/或每个物品中的至少 一个的意义。通过示例，短语“A、B以及C中的至少一个”或者“A、B 或C中的至少一个”均仅仅表示A、仅仅表示B或者仅仅表示C；A、B 以及C的任何组合；和/或每个A、B以及C中的至少一个。

短语，诸如，“一个方面”，并非暗指这个方面对于本主题技术来说是 必不可少的，或者暗指这个方面适用于本主题技术的所有配置。与一个方 面相关的公开可适用于所有配置或一个或多个配置。一个方面可提供本公 开的一个或多个示例。短语，诸如一个“方面”表示一个或多个方面，反 之亦然。措辞，诸如，“实施例”并非暗指这个实施例对于本主题技术来 说是必不可少的，或者暗指这种实施例适用于本主题技术的所有配置。与 实施例相关的公开可适用于所有实施例，和一个或多个实施例。一个实施 例可提供本公开的一个或多个示例。措辞，诸如，“实施例”可表示一个 或多个实施例，反之亦然。措辞，诸如，“配置”，并非暗指与这种配置 对于本主题技术来说是必不可少的，或者暗指这种配置适用于本主题技术 的所有配置。与配置相关的公开可适用于所有配置，和一个或多个配置。 配置可提供本公开的一个或多个示例。诸如，“配置”，这样的短语可表示 一个或多个配置，反之亦然。

措辞“示例性”在本文中用于表示“用作一个示例、实例或例证”。 在本文中描述为“示例性”或“示例”的任何实施例不必理解为优先于或 优于其它实施例。而且，在说明书或权利要求中使用术语“包括”、“具有” 等的程度上，由于在权利要求中用作过渡词时解释“包括”，所以旨在通 过与术语“包括”相似的方式，包含这种术语。

本领域的技术人员熟知的或者以后渐渐熟知的在本公开中描述的各 个方面的元件的所有结构和功能等同物明确包含在本文中，以作参考，并 且旨在由权利要求包含。而且，无论在权利要求中是否明确叙述这种公开， 在本文中公开的任何内容都并非旨在致力于公众。根据35U.S.C.§112第 六段的规定，不解释任何权利要求元件，除非使用短语“器件用于”来明 确叙述该元件，或者在方法权利要求的情况下，使用短语“步骤用于”来 叙述该元件。

提供先前的描述，以便允许本领域的任何技术人员实践在本文中描述 的各个方面。对于本领域的技术人员，这些方面的各种修改显而易见，并 且在本文中限定的通用原理可适用于其它方面。因此，权利要求并非旨在 限于在本文中显示的方面，而是符合与语言权利要求一致的整个范围，其 中，引用单数形式的部件，并非旨在表示“一个以及仅仅一个”，除非这 样特别说明，而是表示“一个或多个”。除非另有特别说明，术语“一些” 表示一个或多个。阳性代词(例如，他的)包括阴性和中性(例如，她的 以及它的)，反之亦然。如果有的话，则标题和副标题仅仅用于方便的目 的，并不限制本公开。