[实用新型]用于一次可编程存储器的具有电熔丝结构的半导体装置

说明书

技术领域

本实用新型总体上涉及一次可编程（一次性可编程）（OTP）存储器，更特别地涉及利用后栅极高-K金属栅极（Gate-Last High-K Metal Gate）制造工艺制造的OTP存储器。 

背景技术

在数据存储的领域中，存在两种常用类型的存储装置。第一种类型的存储装置为易失性存储器。当电力从易失性存储器电路移出时，易失性存储器丢失储存的信息。第二种类型的存储装置为非易失性存储器。即使在电力从非易失性存储器电路移出之后，非易失性存储器也能保留储存的信息。一些非易失性存储器设计允许重编程序，而其他设计仅允许一次编程。 

一次可编程（OTP）存储器代表非易失性存储器的一种类型，其可以编程一次，典型地，通过永久地编程熔丝以打开连接，或通过永久地编程反熔丝（anti-fuse）以关闭连接。 

目前，利用下列类型的熔丝作为电熔丝（电子熔丝，eFuses）：栅极氧化物击穿（gate oxide breakdown）、热载流子、硅化物熔丝、互连金属熔丝（interconnect metal fuse）。HKMG工艺允许高-K电介质，以替换用于前代铸造技术中的二氧化硅栅极电介质。使用高-K电介质允许微电气组件进一步小型化。而且，前代熔丝要求以数百微安数量级的高电流量来熔断。 

因此，所需要的是与传统上在28nm铸造技术中利用的HKMG工艺兼容的电熔丝。另外，如果可以通过施加与常规的电熔丝s相比低的电流水平来利用电熔丝，这将是有益的。 

实用新型内容

根据本实用新型的实施方式，提供了一种用于一次可编程存储器（OTP）的具有电熔丝结构的半导体装置，其特征在于，包括：具有浅沟槽隔离（STI）结构的基底基板；第一金属层，形成在所述浅沟槽隔离结构上，具有限定阳极、阴极、和连接在所述阴极与阳极之间的熔丝颈的形状；未掺杂的多晶区域，形成在所述第一金属层的所述熔丝颈上；以及第二金属层，具有形成在所述第一金属层上且位于所述多晶区域的相对侧上的第一部分和第二部分，所述第二金属层的所述第一部分形成在所述阳极上，而所述第二金属层的所述第二部分形成在所述阴极上。 

根据本实用新型的半导体装置，其特征在于，所述多晶区域仅在所述第一金属层的所述熔丝颈上形成，并且分开所述第二金属层的所述第一部分和第二部分。 

根据本实用新型的半导体装置，其特征在于，所述多晶区域具有基本上高于所述第一金属层和所述第二金属层的电阻。 

根据本实用新型的半导体装置，其特征在于，如果在所述阳极和阴极上施加电压，则所得的电流主要流过所述第一金属层的所述熔丝颈。 

根据本实用新型的半导体装置，其特征在于，通过增加所述电流直到所述第一金属层的所述熔丝颈失效并基本上成为开路来编程所述OTP。 

根据本实用新型的半导体装置，其特征在于，断开所述熔丝颈所需的电流为单数位微安的量级。 

根据本实用新型的半导体装置，其特征在于，所述第一金属层的厚度基本上小于所述第二金属层和所述多晶区域的厚度。 

根据本实用新型的半导体装置，其特征在于，所述第一金属层的厚度大约在5-30nm之间，而所述第二金属层的厚度大约在30-70nm之间。 

根据本实用新型的半导体装置，其特征在于，所述第二金属层将所述电熔丝结构连接至熔断的MOSFET。 

根据本实用新型的半导体装置，其特征在于，所述熔断的MOSFET被构造成向所述电熔丝提供电流，以熔化所述第一金属层。 

根据本实用新型的半导体装置，其特征在于，所述半导体装置还包括设置在所述STI区域和所述第一金属层之间的高-K电介质层。 

根据本实用新型的半导体装置，其特征在于，在所述熔丝颈中的所述第一金属层的宽度基本上小于在所述阳极或阴极中的所述第一金属层的相应宽度。 

根据本实用新型的半导体装置，其特征在于，在所述熔丝颈中的所述第一金属层的宽度为大约20-50nm。