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条状区，所述条状区位于互连区一侧并与互连区连接；覆盖所述有源区全部表面的栅介质层；位于所述栅介质层上的上电极层，所述上电极层完全覆盖所述有源区表面上的栅介质层；贯穿所述上电极层和栅介质层且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。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条状区，所述条状区位于所述互连区一侧并与互连区连接；覆盖所述有源区全部表面的栅介质层；位于所述栅介质层上的上电极层，所述上电极层完全覆盖所述有源区表面上的栅介质层；贯穿所述上电极层和所述栅介质层且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。可选的，所述有源区的形状为长方形、正方形或不规则形状，所述上电极层的形状为长方形、正方形或不规则形状。可选的，所述上电极层的面积大于或等于有源区的面积。可选的，所述上电极层和栅介质层中具有第一通孔，所述第一通孔底部暴露出互连区的表面，所述第一接触插塞位于第一通孔中；所述互连区一侧的所述上电极层上具有第二通孔，所述第二接触插塞位于所述第二通孔中。可选的，所述第一接触插塞与所述上电极层之间具有绝缘层，所述绝缘层的上表面不低于所述上电极层的上表面，所述绝缘层底面接触所述互连区。可选的，所述绝缘层的导电性小于所述栅介质层的导电性。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所述第二接触插塞上施加编程电压，所述编程电压使得所述栅介质层被击穿。本专利技术还提供了了一种反熔丝存储单元的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底中具有有源区，所述有源区包括互连区和条状区，所述条状区位于互连区一侧并与互连区连接；形成覆盖所述有源区全部表面的栅介质层；在所述栅介质层上形成上电极层，所述上电极层完全覆盖所述有源区表面上的栅介质层；形成贯穿所述上电极层和所述栅介质层且与所述互连区连接的第一接触插塞；形成与所述上电极层连接的第二接触插塞。可选的，所述有源区的形状为长方形、正方形或不规则形状，所述上电极层的形状为长方形、正方形或不规则形状。可选的，所述上电极层的面积大于或等于有源区的面积。可选的，所述第一接触插塞的形成过程包括：在所述上电极层上形成介质层；刻蚀所述介质层、上电极层和栅介质层，在所述介质层、上电极层和栅介质层中形成第一通孔，所述第一通孔底部暴露出所述互连区的表面；在所述第一通孔中形成所述第一接触插塞。可选的，在形成所述第一接触插塞之前，在所述第一通孔的侧壁形成绝缘层，所述绝缘层的上表面不低于所述上电极层的上表面，所述绝缘层底面接触所述互连区。可选的，所述绝缘层的导电性小于所述栅介质层的导电性。可选的，所述第二接触插塞的形成过程包括：刻蚀所述介质层，在所述介质层中形成第二通孔，所述第二通孔的底部暴露出所述互连区一侧的上电极层的部分表面；在第二通孔中形成第二接触插塞。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，由于上电极层完全覆盖所述有源区表面上的栅介质层，而栅介质层覆盖所述有源区全部表面，因而所述上电极层完全的覆盖在所述有源区的表面上，即上电极层不仅覆盖条状区而且覆盖所述互连区，相比于上电极层仅覆盖条状区的反熔丝存储单元(上电极层与有源区的重叠面积较小)，本专利技术中的反熔丝存储单元在相同的设计尺寸的情况下，充分利用了互连区，增大了上电极层的覆盖面积，使得上电极层与有源区重叠面积被极大的增加，使得有源区与上电极层的重叠区域的边界长度增长，因而边界区域(有源区与上电极层的重叠区域的边界对应的区域)的应力效应(不同的材料接触会产生应力)会增强，使得更多的电荷在边界区域聚集，边界区域的电场增强，在进行编程时，使得有源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。并且，由于形成的第一接触插塞是贯穿上电极层，第一接触插塞与上电极层的重叠边界处由于应力效应(不同的材料接触会产生应力)，电场会在两者的边界区域聚集，使得上电极层和有源区之间的栅介质层更容易被击穿，进一步降低了反熔丝存储单元的编程电压。进一步，所述有源区为不规则形状时，后续在有源区上形成栅介质层和位于栅介质层上的上电极层时，使得有源区与上电极层的重叠区域的边界长度进一步增长(相比于本申请中上电极层完全覆盖有源区的方案)，因而边界区域(有源区与上电极层的重叠区域的边界对应的区域)的应力效应(不同的材料接触会产生应力)会进一步增强，使得更多的电荷在边界区域聚集，边界区域(有源区与上电极层的重叠区域的边界对应的区域)的电场进一步增强，在进行编程时，使得有源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。此外，有源区为不规则形状时，能充分利用半导体衬底上的不规则区域用于反熔丝存储单元的形成工艺(规则区域用于形成集成电路的其他器件，比如晶体管等)，能有效提高集成电路的集成度。本专利技术的反熔丝存储单元的形成方法，形成的工艺简单，形成的反熔丝存储单元保持较高集成度的同时，能降低反熔丝存储单元的编程电压。附图说明图1-10为本专利技术实施例反熔丝存储单元的形成过程的结构示意图。具体实施方式如
技术介绍
所言，现有的栅氧化层反熔丝在进行编程时，仍需本文档来自技高网...

【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条状区，所述条状区位于互连区一侧并与互连区连接；/n覆盖所述有源区全部表面的栅介质层；/n位于所述栅介质层上的上电极层，所述上电极层完全覆盖所述有源区表面上的所述栅介质层；/n贯穿所述上电极层和所述栅介质层且与所述互连区连接的第一接触插塞；/n与所述上电极层连接的第二接触插塞。/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条状区，所述条状区位于互连区一侧并与互连区连接；
覆盖所述有源区全部表面的栅介质层；
位于所述栅介质层上的上电极层，所述上电极层完全覆盖所述有源区表面上的所述栅介质层；
贯穿所述上电极层和所述栅介质层且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。


2.如权利要求1所述的反熔丝存储单元，其特征在于，所述有源区的形状为长方形、正方形或不规则形状，所述上电极层的形状为长方形、正方形或不规则形状。


3.如权利要求1或2所述的反熔丝存储单元，其特征在于，所述上电极层的面积大于或等于所述有源区的面积。


4.如权利要求1所述的反熔丝存储单元，其特征在于，所述上电极层和所述栅介质层中具有第一通孔，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；所述互连区一侧的所述上电极层上具有第二通孔，所述第二接触插塞位于所述第二通孔中。


5.如权利要求4所述的反熔丝存储单元，其特征在于，所述第一接触插塞与所述上电极层之间具有绝缘层，所述绝缘层的上表面不低于所述上电极层的上表面，所述绝缘层底面接触所述互连区。


6.如权利要求5所述的反熔丝存储单元，其特征在于，所述绝缘层的导电性小于所述栅介质层的导电性。


7.如权利要求1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所述第二接触插塞上施加编程电压，所述编程电压使得所述栅介质层被击穿。


8.一种反熔丝存储单元的形成方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底中具有有源区，所述有源区包括互连区和条状区，所述条状区位于互连区一侧并与互连区连接；<...

【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