阅读说明：本技术 反熔丝结构 (Anti-fuse structure ) 是由 黄庆玲 施江林 陈姿吟 于 2018-11-01 设计创作，主要内容包括：一种反熔丝结构,包括一主动区及该主动区上的一栅极电极。该主动区包括一第一本体部分及在一第一方向延伸的一第一延伸部分。该栅极电极包括一第二本体部分及在垂直于该第一方向的一第二方向上延伸的一第二延伸部分。该第一本体部分包括面向该第二本体部分的一部分的一第一表面,该第二本体部分包括面向该第一延伸部分的一部分的一第二表面。该第一延伸部分及该第二延伸部分在垂直于该第一方向及该第二方向的一第三方向上部分重叠,且一介电层夹在该第一延伸部分及该第二延伸部分之间,形成一交叉区域。(An anti-fuse structure includes an active region and a gate electrode on the active region. The active region includes a first body portion and a first extension portion extending in a first direction. The gate electrode includes a second body portion and a second extension portion extending in a second direction perpendicular to the first direction. The first body portion includes a first surface facing a portion of the second body portion, and the second body portion includes a second surface facing a portion of the first extension portion. The first extending portion and the second extending portion are partially overlapped in a third direction perpendicular to the first direction and the second direction, and a dielectric layer is sandwiched between the first extending portion and the second extending portion to form a crossing region.)

反熔丝结构

技术领域

本公开主张2018/07/13申请的美国正式申请案第16/034,905号的优先权及益处，该美国正式申请案的内容以全文引用的方式并入本文中。

本公开涉及一种反熔丝(anti-fuse)结构，特别涉及一种栅极氧化物(gateoxide,GOX)的反熔丝结构。

背景技术

在集成电路的制造中，反熔丝及熔丝被广泛地运用于容错(fault tolerance)。例如，反熔丝及熔丝可以放置在元件的电路路径中。最初可导电的电路路径可以通过熔断熔丝变成断路。相反地，原本不可导电的电路路径可能通过熔断反熔丝而变成短路。此外，反熔丝也用于一次性的程序化。

一种反熔丝结构是由一个绝缘体彼此隔开的两个导体所组成。两个导体分别连接到不同的组件。当施加的电压低于一可程序化电压时，两个导体之间的路径是不可导电的电路路径，即断路。当施加可程序化电压时，绝缘体经历一介电击穿过程。漏电流增加并且出现热失控状态，使绝缘体及相邻导电材料熔化。导电材料从两个导体流出并形成导电细丝，造成两个导体之间是一短路。

程序化电压是反熔丝设计规则中的关键因素，本公开是供一种反熔丝结构，该反熔丝结构可以使用适当的程序化电压来进行程序化。

上文的现有技术说明仅提供背景技术，并未承认上文的现有技术说明公开本公开的标的，不构成本公开的现有技术，且上文的现有技术的任何说明均不应作为本公开的任一部分。

发明内容

本公开提供一种反熔丝结构。该反熔丝结构包括一主动区及该主动区上的一栅极电极。该主动区包括一第一本体部分及在一第一方向延伸的一第一延伸部分。该栅极电极包括一第二本体部分及在垂直于该第一方向的一第二方向上延伸的一第二延伸部分。该第一本体部分包括面向该第二本体部分的一部分的第一表面，该第二本体部分包括面向该第一延伸部分的一部分的一第二表面。该第一延伸部分及该第二延伸部分在垂直于该第一方向及该第二方向的一第三方向上部分重叠，且一介电层夹在该第一延伸部分及该第二延伸部分之间，形成一交叉区域。

在一些实施例中，该交叉区域的纵横比(aspect ratio)约在0.9至1.5的范围。

在一些实施例中，该第一表面在该第一方向上与该栅极电极分离。

在一些实施例中，该反熔丝结构还包括设置在该第一本体部分上的一第一导电通孔。该第一导电通孔电连接到该主动区。该反熔丝结构还包括设置在该第二本体部分上的一第二导电通孔。该第二导电通孔电连接到该栅极电极。

本公开提供一种反熔丝结构。该反熔丝结构包括一主动区及该主动区上的一栅极电极。该主动区包括一第一本体部分及在一第一方向延伸的一第一延伸部分。该栅极电极包括一第二本体部分及两个第二延伸部分。该第二延伸部分在该第一方向上从第二本体部分延伸，且该第二本体部分及该两个第二延伸部分彼此以一空间分离。该第一延伸部分及第二延伸部分在垂直于该第一方向的垂直投影方向上部分重叠，并且一介电层夹在该第一延伸部分及该第二延伸部分之间，形成一交叉区域。

在一些实施例中，该交叉区域的纵横比约在0.9至1.5的范围。

在一些实施例中，该第一表面在该第一方向上与该栅极电极分离。

在一些实施例中，该反熔丝结构还包括设置在该第一本体部分上的一第一导电通孔。该第一导电通孔电连接到该主动区。

在一些实施例中，该第一延伸部分延伸超过该第二本体部分并从该空间凸出，并且当从该垂直投影观察时，该第一延伸部分的一部分出现在该两个第二延伸部分之间。

在一些实施例中，该两个第二延伸部分从该第二本体部分延伸比从该第一延伸部分延伸的更远。

在一些实施例中，该栅极电极包括一第三本体部分，并且该两个第二延伸部分在该第二本体部分和该第三本体部分之间延伸。

在一些实施例中，该反熔丝结构还包括设置在该第三本体部分上的一第二导电通孔。该第二导电通孔电连接到该栅极电极。

在一些实施例中，该第一延伸部分包括面向该第三本体部分的一凸出表面。

在一些实施例中，该两个第二延伸部分具有一延伸部分宽度，并且该空间具有宽度大于该延伸部分宽度的一空间宽度。

在一些实施例中，该第一延伸部分具有一宽度，该宽度大于该延伸部分宽度并且小于该空间宽度。

上文已相当广泛地概述本公开的技术特征及优点，从而使下文的本公开详细描述得以获得优选了解。构成本公开的权利要求书的其它技术特征及优点将描述于下文。本公开所属技术领域中技术人员应了解，可相当容易地利用下文公开的概念与特定实施例可作为修改或设计其它结构或工艺而实现与本公开相同的目的。本公开所属技术领域中技术人员亦应了解，这类等效建构无法脱离权利要求所界定的本公开的构思和范围。

附图说明

参阅实施方式与权利要求合并考量附图时，可得以更全面了解本公开的公开内容，附图中相同的元件符号是指相同的元件。

图1A是俯视图，例示本公开一些实施例的反熔丝结构；

图1B是沿图1A中A-A'线的剖视图，例示本公开一些实施例的反熔丝结构；

图1C是沿图1A中B-B'线的剖视图，例示本公开一些实施例的反熔丝结构；

图1D是沿图1A中C-C'线的剖视图，例示本公开一些实施例的反熔丝结构；

图2A是俯视图，例示本公开一比较实施例的反熔丝结构；以及

图2B是沿图2A中D-D'线的剖视图，例示本公开一些实施例的反熔丝结构。

附图标记说明：

10 反熔丝结构

20 主动区

21 第一本体部分

22 第一延伸部分

23 第一导电通孔

24 导电通孔

25 绝缘层

30 栅极电极

31 第二本体部分

32 第二延伸部分

33 第二导电通孔

34 导电通孔

35 半导体基底

40 交叉区域

50 介电层

60 反熔丝结构

81 第二本体部分

82 第二延伸部分

82'第二延伸部分

83 第三本体部分

84 空间

90 交叉区域

D1 第一方向

D2 第二方向

D3 第三方向

S1 第一表面

S2 第二表面

S3 边缘表面

S4 突出表面

w1 延伸部分宽度

w2 空间宽度

w3 宽度

具体实施方式

本公开的以下说明伴随并入且组成说明书的一部分的附图，说明本公开实施例，然而本公开并不受限于该实施例。此外，以下的实施例可适当整合以下实施例以完成另一实施例。

「一实施例」、「实施例」、「例示实施例」、「其他实施例」、「另一实施例」等是指本公开所描述的实施例可包含特定特征、结构或特性，然而并非每一实施例必须包含该特定特征、结构或特性。再者，重复使用「在实施例中」一语并非必须指相同实施例，然而可为相同实施例。

为了使得本公开可被完全理解，以下说明提供详细的步骤与结构。显然，本公开的实施不会限制该技艺中的技术人士已知的特定细节。此外，已知的结构与步骤不再详述，以免不必要地限制本公开。本公开的优选实施例详述如下。然而，除了实施方式之外，本公开亦可广泛实施于其他实施例中。本公开的范围不限于实施方式的内容，而是由权利要求定义。

图1A是俯视图，例示本公开一些实施例的反熔丝结构10。图1B是沿图1A中A-A'线的剖视图，图1C是沿图1A中B-B'线的剖视图，图1D是沿图1A中C-C'线的剖视图。

反熔丝结构10包括一主动区20及主动区上的一栅极电极30。

主动区20包括一掺杂区。例如，主动区20形成在一半导体基底35(参见图1B)中并且靠近半导体基底35的一表面。主动区20可以包含比半导体基底35的其他部分更高的掺杂剂浓度。可以调节掺杂物的浓度、类型及范围或其他关键因子(critical factors)，以在熔融或熔断反熔丝结构10之后，控制在主动区20及栅极电极30之间形成的一通道的特性。

栅极电极30的材料可以包括掺杂的半导体材料，例如掺杂的多晶硅。主动区20及栅极电极30可以具有相同的掺杂类型。栅极电极30可以形成在半导体基底35上的一栅极电极氧化物(例如图1B中的介电层50)上。

仍然参考图1，如图1A所示，主动区20包括一第一本体部分21和沿第一方向D1延伸的一第一延伸部分22。栅极电极30包括第一二本体部分31及在垂直于第一方向D1的一第二方向上延伸的一第二延伸部分。

在本公开的一些实施例中，从一第三方向D3(垂直投影方向)观察，第一本体部分21实质上是矩形的。第一延伸部分22从第一本体部分21沿着第一本体部分21的一长边延伸。在本公开的一些实施例中，第一本体部分21的一侧面和第一延伸部分22的一侧面共面。在本公开的一些实施例中，当从第三方向D3观察时，第一延伸部分22实质上是矩形的。

在本公开的一些实施例中，从一第三方向D3(垂直投影方向)观察，第二本体部分31实质上是矩形的。第二延伸部分32从第二本体部分31沿着第二本体部分31的一长边延伸。在本公开的一些实施例中，第二本体部分31的一侧面和第二延伸部分32的一侧面共面。在本公开的一些实施例中，当从第三方向D3观察时，第二延伸部分32实质上是矩形的。

在本公开的一些实施例中，第一本体部分21包括面向一部分的第二本体部分31的一第一表面S1，第二本体部分31包括面向一部分的第一延伸部分22的一第二表面S2。

在本公开的一些实施例中，第一表面S1的法向量(normal vector)沿第一方向D1指向第二本体部分31。在本公开的一些实施例中，第二表面S2的一法向量为沿第二方向D2指向第一延伸部分22。

在本公开一些实施例中，第一延伸部分22沿第一表面S1的法向量从第一本体部分21延伸。在本公开的一些实施例中，第二延伸部分32沿第二表面S2的法向量从第二本体部分31延伸。

在本公开一些实施例中，当从第一方向D1观察时，第一表面S1与栅极电极30分离，如图1A所示。在本公开的一些实施例中，当从第一方向D1观察时，栅极电极30的一边缘表面S3接近有主动区20，如图2A所示。

在本公开的一些实施例中，第一延伸部分22及第二延伸部分32在垂直于第一方向D1及第二方向D2的一第三方向D3上部分重叠(将于图1B进一步说明)，且一介电层夹在第一延伸部分22和第二延伸部分32之间。第一延伸部分22和第二延伸部分32部分重叠并形成一交叉区域40。

在本公开的一些实施例中，交叉区域40的纵横比约在0.9至1.5的范围。

应可了解的是，交叉区域40的尺寸对于熔融反熔丝结构10的可程序化电压是至关重要的。换句话说，更大的交叉区域40对应于一更高的可程序化电压。存在适当的可程序化电压范围。反熔丝结构10需要在不熔断的情况下维持正常电压，并且不能允许一可程序化电压过低以熔融反熔丝结构10。另一方面，反熔丝结构10必须经配置以在施加电压满足所需要的值时熔融，并且可程序化电压太高将导致反熔丝结构10的功能失效。

如果交叉区域40的纵横比小于约0.9，则交叉区域40不足以在反熔丝熔熔融之前维持正常电压。如果交叉区域40的纵横比大于约1.5，则交叉区域40可能太大而不能在合适的电压下适当地熔融。

参考图1B，第一延伸部分22及第二延伸部分22在一第三方向上部分重叠，并且一介电层50夹在第一延伸部分22及第二延伸部分32之间。

在一些实施例中，介电层50包括一栅极氧化物(gate oxide)。在栅极氧化物将第一延伸部分22与第二延伸部分32隔离的情况下，除非施加该可程序化电压，否则第一延伸部分22和第二延伸部分32之间的路径保持打开。

在本公开的一些实施例中，介电层50直接接触第二延伸部分32。在本公开的一些实施例中，介电层50的俯视区域实质上等于第二延伸部分32的俯视区域。

在本公开的一些实施例中，介电层50凹入半导体基底35中。在本公开的一些实施例中，介电层50直接接触第一延伸部分22。

在本公开的一些实施例中，一绝缘层25覆盖主动区20及栅极电极30。在本公开的一些实施例中，栅极电极30凹入绝缘层25中并且接近于绝缘层25的一表面。

在本公开的一些实施例中，绝缘层25具有与半导体基底35共同表面，并且主动区20和栅极电极30均接近该共同表面。

参考图1C，在本公开的一些实施例中，一第一导电通孔23形成在第一本体部分21上并且电连接到主动区域20。

在本公开的一些实施例中，第一导电通孔23延伸穿过绝缘层25的厚度并连接到一导体，例如用于施加该可程序化电压的一信号线。

在本公开的一些实施例中，另一导电通孔24形成在第一本体部分21上并电连接至主动区20。

纵使为了简化说明，图1C中例示两个导电通孔，但本公开可以形成任何数量的导电通孔，这对于本领域普通技术人员来是显而易见的。

如图1C所示，两个导电通孔延伸穿过绝缘层25的厚度，但本公开导电通孔可以延伸穿过半导体基底35的厚度，这对于本领域普通技术人员来是显而易见的。

参照图1D，在本公开的一些实施例中，一第二导电通孔33形成在第二本体部分31上并且电连接到栅极电极30。

在本公开的一些实施例中，第二导电通孔33延伸穿过半导体基底35的厚度并连接到一导体，例如用于施加该可程序化电压的一信号线。如上面提到的，第二导电通孔33可以延伸穿过绝缘层25的厚度。

在本公开的一些实施例中，形成另一导电通孔34。如上所述，可以形成任何数量的导电通孔。

直到通过导电通孔23、24、33或34施加该可程序化电压前，反熔丝结构10保持打开，当施加该可程序化电压时，介电层50经历一介电击穿过程。漏电流增加并且出现热失控状态，使介电层50及相邻导电材料(例如有主动区20和栅极电极30)熔化。导电材料从两个导体流出并形成导电细丝，造成两个导体之间是一短路。

图2A是俯视图，例示本公开一些实施例的反熔丝结构60。图2B是沿图2A中D-D'线的剖视图。

反熔丝结构60类似于反熔丝结构10，为了简化说明，相同的数字代表相似的部件。为了简洁起见，在描述中省略了这些类似的组件，并且仅描述了不同的处。

反熔丝结构60包括主动区20和主动区20上方的一栅极电极30。主动区20包括第一本体部21及沿第一方向D1延伸的一第一延伸部22。

如图2A所示，第一延伸部分22的对称线与第一本体部分21的对称线对齐。

仍然参考图2A，栅极电极30包括一第二本体部分81及两个第二延伸部分82和82'，第二延伸部分82和82'在第一方向D1上从第二本体部分81延伸并且通过一空间84彼此分开。

在本公开的一些实施例中，第二本体部分81包括一边缘表面S3，边缘表面S3相对于一表面(两个第二延伸部分82和82'从该表面延伸)。在本公开的一些实施例中，边缘表面S3在第一方向D1上接近第一本体部分21。

两个第二延伸部分82和82'沿着边缘表面S3的法向量从第二主体部分81延伸。两个第二延伸部分82和82'在远离边缘表面S3的方向上从第二主体部分81延伸。

在本公开的一些实施例中，两个第二延伸部分82和82'具有一延伸部分宽度w1，并且空间84具有大于延伸部分宽度w1的一空间宽度w2。

在本公开的一些实施例中，两个第二延伸部分82和82'中的一个的一表面与第一本体部分21的一表面对齐。

当反熔丝结构60熔融，并且主动区20和栅极电极30之间的电路路径是导电的时候，电流被分成两个路径，即两个第二延伸部分82和82'。

在本发明的一些实施例中，第一延伸部分22具有一宽度w3，宽度w3大于延伸部分宽度w1且小于空间宽度w2。

仍然参考图2A，第一延伸部分22和第二主体部分81在一第三方向D3(垂直投影方向)上部分重叠，一介电层50(参见图2B)夹于第一延伸部分22和第二主体之间部分81，形成一交叉区域90。

在本公开的一些实施例中，交叉区域90的纵横比约在0.9至1.5的范围。

在本公开的一些实施例中，第一延伸部分22延伸超过第二本体部分81并从空间84凸出，当从第三方向D3观察时，第一延伸部分22的一部分出现在两个第二延伸部分82和82'之间。

在本公开的一些实施例中，两个第二延伸部分82和82'从第二主体部分81延伸得比从第一延伸部分22延伸得更远。

在本公开的一些实施例中，栅极电极30还包括一第三本体部分83，其中两个第二延伸部分82和82'在第二本体部分81和第三本体部分83之间延伸。在本公开的一些实施例中，两个第二延伸部分82和82'连接到第二主体部分81和第三主体部分83。在公开的一些实施例中，两个第二延伸部分82和82'、第二主体部分81及第三主体部分83一起环绕空间84。

在本公开的一些实施例中，第一延伸部分22包括面向第三主体部分83的一凸出表面S4。在本公开的一些实施例中，凸出表面S4位于空间84中并且当从第三方向D3观察时，凸出表面S4被第二延伸部分82和82'两者、第二主体部分81及第三主体部分83包围。

参照图2B，在本公开的一些实施例中，反熔丝结构60包括形成在第一主体部分21上的一第一导电通孔23，其电连接到有主动区20。

在本公开的一些实施例中，另一导电通孔24形成在第一本体部分21上并电连接至主动区20。

在本公开的一些实施例中，反熔丝结构60包括形成在第三主体部分83上的一第二导电通孔33，其电连接到栅极电极30。

本公开提供一种反熔丝结构。该反熔丝结构包括一主动区及该主动区上的一栅极电极。该主动区包括一第一本体部分及一第一方向延伸的一第一延伸部分。该栅极电极包括一第二本体部分及在垂直于该第一方向的一第二方向上延伸的一第二延伸部分。该第一本体部分包括面向该第二本体部分的一部分的第一表面，该第二本体部分包括面向该第一延伸部分的一部分的一第二表面。该第一延伸部分及该第二延伸部分在垂直于该第一方向及该第二方向的一第三方向上部分重叠，且一介电层夹在该第一延伸部分及该第二延伸部分之间，形成一交叉区域。

本公开提供一种反熔丝结构。该反熔丝结构包括一主动区及该主动区上的一栅极电极。该主动区包括一第一本体部分及在一第一方向延伸的一第一延伸部分。该栅极电极包括一第二本体部分及两个第二延伸部分。该第二延伸部分在该第一方向上从第二本体部分延伸，且该第二本体部分及该两个第二延伸部分彼此以一空间分离。该第一延伸部分及第二延伸部分在垂直于该第一方向的垂直投影方向上部分重叠，并且一介电层夹在该第一延伸部分及该第二延伸部分之间，形成一交叉区域。

虽然已详述本公开及其优点，然而应理解可进行各种变化、取代与替代而不脱离权利要求所定义的本公开的构思与范围。例如，可用不同的方法实施上述的许多工艺，并且以其他工艺或其组合替代上述的许多工艺。

再者，本公开的范围并不受限于说明书中所述的工艺、机械、制造、物质组成物、手段、方法与步骤的特定实施例。该技艺的技术人士可自本公开的公开内容理解可根据本公开而使用与本文所述的对应实施例具有相同功能或达到实质相同结果的现存或未来发展的工艺、机械、制造、物质组成物、手段、方法、或步骤。据此，这些工艺、机械、制造、物质组成物、手段、方法、或步骤包含于本公开的权利要求内。