齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)及其制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)及其制造方法。包括襯底、P型重?fù)诫s區(qū)、N型重?fù)诫s區(qū)、介質(zhì)層以及金屬層，N型重?fù)诫s區(qū)在靠近PN結(jié)處呈尖角狀，介質(zhì)層上開(kāi)設(shè)的接觸孔一和接觸孔二，金屬層包括金屬層一至四，金屬層三與金屬層四之間有間隙，接觸孔一在靠近PN結(jié)的一側(cè)方向上呈尖角狀，接觸孔二呈矩形狀。其制造方法包括步驟：1)利用離子注入工藝注入P型硅材料；2)進(jìn)行熱過(guò)程推結(jié)；3)通過(guò)光刻工藝對(duì)P型重?fù)诫s區(qū)進(jìn)行選擇性注入N型雜質(zhì)形；4)進(jìn)行PMD淀積；5)通過(guò)光刻腐蝕工藝形成接觸孔和金屬層。本發(fā)明利用二極管正向?qū)娏魉a(chǎn)生的大量的熱，使金屬發(fā)生熔通，實(shí)現(xiàn)反熔絲功能，結(jié)構(gòu)新穎、功能完善。
【專(zhuān)利說(shuō)明】齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種反熔絲單元結(jié)構(gòu)及其制備方法，具體地說(shuō)是涉及一種齊納二極管 反熔絲結(jié)構(gòu)及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 反熔絲技術(shù)當(dāng)今已有很廣泛的應(yīng)用，主要用于基于反熔絲的PROM、FPGA、PAL等電 路中，是一次編程存儲(chǔ)器的最有效解決方法。反熔絲單元在未編程狀態(tài)下具有高阻特征，典 型值大于1〇 9 Ω，編程過(guò)后具有低阻特征，電阻值一般小于200 Ω，更深層次的意義是基于反 熔絲的器件表現(xiàn)出非常好的抗輻射能力，使得在軍事和太空領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用。
[0003] 反熔絲編程技術(shù)也稱(chēng)熔通編程技術(shù)，這類(lèi)器件是用反熔絲作為開(kāi)關(guān)元件。這些開(kāi) 關(guān)元件在未編程時(shí)處于開(kāi)路狀態(tài)，編程時(shí)，在需要連接處的反熔絲開(kāi)關(guān)元件兩端加上編程 電壓或電流，反熔絲將由高阻抗變?yōu)榈妥杩?，?shí)現(xiàn)兩點(diǎn)間的連接，編程后器件內(nèi)的反熔絲模 式?jīng)Q定了相應(yīng)器件的邏輯功能。目前，業(yè)界應(yīng)用較廣泛的有ΟΝΟ、MTM、柵氧等反熔絲結(jié)構(gòu)， 但這些反熔絲結(jié)構(gòu)制作工藝比較復(fù)雜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種結(jié)構(gòu)新穎、工藝簡(jiǎn)單、功能完善的齊納二極 管反熔絲結(jié)構(gòu)及其制造方法。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)，其包 括襯底、Ρ型重?fù)诫s區(qū)、Ν型重?fù)诫s區(qū)、介質(zhì)層以及金屬層，所述Ρ型重?fù)诫s區(qū)形成在襯底內(nèi) 且位于襯底上部，所述Ν型重?fù)诫s區(qū)形成在Ρ型重?fù)诫s區(qū)內(nèi)且位于Ρ型重?fù)诫s區(qū)上部，所 述Ρ型重?fù)诫s區(qū)同所述Ν型重?fù)诫s區(qū)的界面形成齊納二極管的ΡΝ結(jié)，所述Ν型重?fù)诫s區(qū)在 靠近ΡΝ結(jié)處呈尖角狀，所述介質(zhì)層位于襯底上表面，將襯底上表面覆蓋，介質(zhì)層上開(kāi)設(shè)有 接觸孔一和接觸孔二，接觸孔一與Ν型重?fù)诫s區(qū)通聯(lián)，接觸孔二與Ρ型重?fù)诫s區(qū)通聯(lián)，所述 金屬層包括將接觸孔一填滿的金屬層一、將接觸孔二填滿的金屬層二、與金屬層一通聯(lián)并 堆積在介質(zhì)層表面的金屬層三，與金屬層二通聯(lián)并堆積在介質(zhì)層表面的金屬層四，金屬層 三與金屬層四之間有間隙，接觸孔一在靠近ΡΝ結(jié)的一側(cè)方向上呈尖角狀，接觸孔二呈矩形 狀。
[0006] 進(jìn)一步的，所述金屬層三和金屬層四均呈矩形狀，金屬層三和金屬層四之間的距 離為 0. 5-8 μ m。
[0007] 進(jìn)一步的，所述接觸孔一橫向?qū)挾葹?-4 μ m，接觸孔二橫向?qū)挾葹?. 5 μ m-2 μ m。
[0008] 進(jìn)一步的，所述N型重?fù)诫s區(qū)濃度為2E18-5E19個(gè)/cm3,結(jié)深為0. 5-1. 8 μ m。
[0009] 進(jìn)一步的，所述P型重?fù)诫s區(qū)濃度1E17-1. 5E18個(gè)/cm3,結(jié)深為2-5 μ m。
[0010] 進(jìn)一步的，所述接觸孔一與N型重?fù)诫s區(qū)橫向間的距離為0. 15-0. 3 μ m。
[0011] 進(jìn)一步的，所述襯底的材料為娃，介質(zhì)層的材料為磷娃玻璃，金屬層的材料為鶴。
[0012] 所述的齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)的制造方法，其包括如下步驟： 1) 在襯底上利用離子注入工藝注入P型硅材料形成P型重?fù)诫s區(qū)； 2) 對(duì)P型重?fù)诫s區(qū)進(jìn)行熱過(guò)程推結(jié)，使P型重?fù)诫s區(qū)的結(jié)深為2-5 μ m ; 3) 通過(guò)光刻工藝對(duì)P型重?fù)诫s區(qū)進(jìn)行選擇性注入N型雜質(zhì)形成N型重?fù)诫s區(qū)，所述P 型重?fù)诫s區(qū)同所述N型重?fù)诫s區(qū)的界面形成齊納二極管的PN結(jié)； 4) 在襯底上利用化學(xué)氣相淀積工藝淀積形成介質(zhì)層； 5) 通過(guò)光刻刻蝕工藝在介質(zhì)層上形成與N型重?fù)诫s區(qū)通聯(lián)的接觸孔一，與P型重?fù)诫s 區(qū)通聯(lián)的接觸孔二，在接觸孔一和接觸孔二分別填入鎢并在介質(zhì)層上堆積形成金屬層。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用齊納二極管的反熔絲結(jié)構(gòu)，是利用二極管正向 導(dǎo)通電流所產(chǎn)生的大量的熱，使金屬發(fā)生熔通，實(shí)現(xiàn)反熔絲的功能，結(jié)構(gòu)新穎、功能完善；接 觸孔一在靠近PN結(jié)的一側(cè)方向上呈尖角狀的設(shè)計(jì)，可以使正向?qū)娏魉a(chǎn)生的大量的 熱能夠積聚從而使金屬能夠發(fā)生熔通。本發(fā)明采用的制造齊納二極管的反熔絲結(jié)構(gòu)的方法 加工工藝簡(jiǎn)單，具有很強(qiáng)的操作性。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明； 圖1是本發(fā)明齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)最優(yōu)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)主視剖面示意圖； 圖2是圖1的俯視剖面示意圖； 圖3-圖6為本發(fā)明齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)工藝制造流程圖； 其中，圖3是本發(fā)明齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)制造方法步驟1)示意圖； 圖4是本發(fā)明齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)制造方法步驟2)示意圖； 圖5是本發(fā)明齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)制造方法步驟3)示意圖； 圖6是本發(fā)明齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)制造方法步驟4)示意圖； 圖7是本發(fā)明齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)制造方法步驟5)示意圖。
[0015] 圖中1、襯底；2、P型重?fù)诫s區(qū)；3、N型重?fù)诫s區(qū)；4、介質(zhì)層；5、金屬層；4-1、接觸孔 一；4-2、接觸孔二；5-1、金屬層一；5-2、金屬層二；5-3、金屬層三；5-4、金屬層四。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以 示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0017] 如圖1-2所示，本發(fā)明一種齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)，包括襯底1、P型重?fù)诫s區(qū)2、N 型重?fù)诫s區(qū)3、介質(zhì)層4以及金屬層5。P型重?fù)诫s區(qū)2形成在襯底1內(nèi)且位于襯底1上部， N型重?fù)诫s區(qū)3形成在P型重?fù)诫s區(qū)2內(nèi)且位于P型重?fù)诫s區(qū)2上部，P型重?fù)诫s區(qū)2同所 述N型重?fù)诫s區(qū)3的界面形成齊納二極管的PN結(jié)，N型重?fù)诫s區(qū)3在靠近PN結(jié)處呈尖角 狀，介質(zhì)層4位于襯底1上表面，將襯底1上表面覆蓋，介質(zhì)層4上開(kāi)設(shè)有接觸孔一 4-1和 接觸孔二4-2,接觸孔一 4-1與N型重?fù)诫s區(qū)3通聯(lián)，接觸孔二4-2與P型重?fù)诫s區(qū)2通聯(lián)， 金屬層5包括將接觸孔一 4-1填滿的金屬層一 5-1、將接觸孔二4-2填滿的金屬層二5-2、 與金屬層一 5-1通聯(lián)并堆積在介質(zhì)層4表面的金屬層三5-3,與金屬層二5-2通聯(lián)并堆積 在介質(zhì)層4表面的金屬層四5-4,金屬層三5-3與金屬層四5-4之間有間隙。接觸孔一 4-1 在靠近PN結(jié)的一側(cè)方向上呈尖角狀，接觸孔二4-2呈矩形狀。接觸孔一 4-1的設(shè)計(jì)可以使 正向?qū)娏魉a(chǎn)生的大量的熱能夠積聚從而使金屬能夠發(fā)生熔通。
[0018] 其中，金屬層三5-3和金屬層四5-4均呈矩形狀，金屬層三5-3和金屬層四5-4 之間的距離為0.5-8 μ m。接觸孔一 4-1橫向?qū)挾葹?-4 μ m，接觸孔二4-2橫向?qū)挾葹?0· 5 μ m-2 μ m。N型重?fù)诫s區(qū)3濃度為2E18-5E19個(gè)/cm3,結(jié)深為0· 5-1. 8 μ m。P型重?fù)诫s 區(qū)2濃度1E17-1. 5E18個(gè)/cm3,結(jié)深為2-5 μ m。接觸孔一 4-1與N型重?fù)诫s區(qū)3橫向間的 距離為0. 15-0. 3 μ m。襯底1的材料為硅，介質(zhì)層4的材料為磷硅玻璃，金屬層5的材料為 鎢。
[0019] 當(dāng)該齊納二極管反熔絲開(kāi)始編程時(shí)，在兩個(gè)導(dǎo)電極間加上偏壓，介質(zhì)層4的能帶 發(fā)生彎曲，由于接觸孔一 4-1在靠近PN結(jié)的一側(cè)方向上呈尖角狀的設(shè)計(jì)，形成三角形的勢(shì) 壘，大量的隧穿載流子聚集在絕緣介質(zhì)層的頂部和底部界面處，這種效應(yīng)引起了電流快速 并持續(xù)地上升到擊穿電流，形成介質(zhì)的FN擊穿。當(dāng)反熔絲擊穿后，由于有大電流產(chǎn)生了焦 耳加熱效應(yīng)，擊穿產(chǎn)生的高溫使得介質(zhì)層熔通，產(chǎn)生了穩(wěn)定的導(dǎo)電通路。
[0020] 如圖3-7所示，本發(fā)明齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)的制造方法，包括如下步驟： 1) 、在襯底1上利用離子注入工藝注入P型硅材料形成P型重?fù)诫s區(qū)2 ; 2) 、對(duì)P型重?fù)诫s區(qū)2進(jìn)行熱過(guò)程推結(jié)，使P型重?fù)诫s區(qū)2的結(jié)深為2-5 μ m ; 3) 、通過(guò)光刻工藝對(duì)P型重?fù)诫s區(qū)2進(jìn)行選擇性注入N型雜質(zhì)形成N型重?fù)诫s區(qū)3,所 述P型重?fù)诫s區(qū)2同所述N型重?fù)诫s區(qū)3的界面形成齊納二極管的PN結(jié)； 4) 、在襯底1上利用化學(xué)氣相淀積工藝淀積形成介質(zhì)層4 ; 5) 、通過(guò)光刻刻蝕工藝在介質(zhì)層4上形成與N型重?fù)诫s區(qū)3通聯(lián)的接觸孔一 4-1，與P 型重?fù)诫s區(qū)2通聯(lián)的接觸孔二4-2,在接觸孔一 4-1和接觸孔二4-2分別填入鎢并在介質(zhì)層 4上堆積形成金屬層5。
[0021] 此制造齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)的方法加工工藝簡(jiǎn)單，具有很強(qiáng)的操作性?？煽啃?高，與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容性好，可以用于抗輻射反熔絲PR0M和FPGA電路的研制，能夠改善 電路的抗總劑量輻射和抗單粒子能力。是一種用于體硅CMOS和絕緣體上硅SOI材料的反 烙絲器件結(jié)構(gòu)和工藝制造方法。
[0022] 以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過(guò)上述的說(shuō)明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完 全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù) 性范圍并不局限于說(shuō)明書(shū)上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定其技術(shù)性范圍。
【權(quán)利要求】
1. 齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括襯底（1)、P型重?fù)诫s區(qū)（2)、N型重?fù)诫s 區(qū)（3)、介質(zhì)層（4)以及金屬層（5)，所述P型重?fù)诫s區(qū)（2)形成在襯底（1)內(nèi)且位于襯底（1) 上部，所述N型重?fù)诫s區(qū)（3)形成在P型重?fù)诫s區(qū)（2)內(nèi)且位于P型重?fù)诫s區(qū)（2)上部，所 述P型重?fù)诫s區(qū)（2)同所述N型重?fù)诫s區(qū)（3)的界面形成齊納二極管的PN結(jié)，所述N型重 摻雜區(qū)（3)在靠近PN結(jié)處呈尖角狀，所述介質(zhì)層（4)位于襯底（1)上表面，將襯底（1)上表 面覆蓋，介質(zhì)層（4)上開(kāi)設(shè)有接觸孔一（4-1)和接觸孔二（4-2)，接觸孔一（4-1)與N型重?fù)?雜區(qū)（3)通聯(lián)，接觸孔二（4-2)與P型重?fù)诫s區(qū)（2)通聯(lián)，所述金屬層（5)包括將接觸孔一 (4-1)填滿的金屬層一（5-1)、將接觸孔二（4-2)填滿的金屬層二（5-2)、與金屬層一（5-1) 通聯(lián)并堆積在介質(zhì)層（4)表面的金屬層三（5-3)，與金屬層二（5-2)通聯(lián)并堆積在介質(zhì)層 (4)表面的金屬層四（5-4)，金屬層三（5-3)與金屬層四（5-4)之間有間隙，接觸孔一（4-1) 在靠近PN結(jié)的一側(cè)方向上呈尖角狀，接觸孔二（4-2)呈矩形狀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述金屬層三（5-3)和 金屬層四（5-4)均呈矩形狀，金屬層三（5-3)和金屬層四（5-4)之間的距離為0. 5-8 μ m。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述接觸孔一（4-1)橫 向?qū)挾葹?-4 μ m，接觸孔二（4-2)橫向?qū)挾葹?· 5 μ m-2 μ m。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述N型重?fù)诫s區(qū)（3) 濃度為 2E18-5E19 個(gè) /cm3,結(jié)深為 0· 5-L 8 μ m。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述P型重?fù)诫s區(qū)（2) 濃度 1E17-L 5E18 個(gè) /cm3,結(jié)深為 2-5 μ m。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述接觸孔一（4-1)與 N型重?fù)诫s區(qū)（3)橫向間的距離為0. 15-0. 3 μ m。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述襯底（1)的材料為 娃，介質(zhì)層（4)的材料為磷娃玻璃，金屬層（5)的材料為鶴。
8. -種權(quán)利要求1所述齊納二極管反熔絲結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于：包括如下步 驟： (1 )、在襯底（1)上利用離子注入工藝注入P型硅材料形成P型重?fù)诫s區(qū)（2); (2) 、對(duì)P型重?fù)诫s區(qū)（2)進(jìn)行熱過(guò)程推結(jié)，使P型重?fù)诫s區(qū)（2)的結(jié)深為2-5 μ m ; (3) 、通過(guò)光刻工藝對(duì)P型重?fù)诫s區(qū)（2)進(jìn)行選擇性注入N型雜質(zhì)形成N型重?fù)诫s區(qū) (3)，所述P型重?fù)诫s區(qū)（2)同所述N型重?fù)诫s區(qū)（3)的界面形成齊納二極管的PN結(jié)； (4) 、在襯底（1)上利用化學(xué)氣相淀積工藝淀積形成介質(zhì)層（4); (5) 、通過(guò)光刻刻蝕工藝在介質(zhì)層（4)上形成與N型重?fù)诫s區(qū)（3)通聯(lián)的接觸孔一 (4-1)，與P型重?fù)诫s區(qū)（2 )通聯(lián)的接觸孔二（4-2 )，在接觸孔一（4-1)和接觸孔二（4-2 )分 別填入鎢并在介質(zhì)層（4)上堆積形成金屬層（5)。
【文檔編號(hào)】H01L23/525GK104157629SQ201410419671
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】顧祥, 吳建偉, 洪根深, 鄭若成 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所