DE4312048A1

DE4312048A1 - Elektrisch programmierbares Antischmelzelement mit niedrigem spezifischen Widerstand

Info

Publication number: DE4312048A1
Application number: DE4312048A
Authority: DE
Inventors: Roger R Lee
Original assignee: Micron Technology Inc
Current assignee: Micron Technology Inc
Priority date: 1992-04-14
Filing date: 1993-04-13
Publication date: 1993-10-21
Anticipated expiration: 2013-04-14
Also published as: US5250459A; DE4312048C2; JPH0645450A

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Halbleitervorrichtungen. Sie befaßt sich mit einem Verfahren, das die Herstellung von programmierbaren Antischmelzelementen mit niedrigem spezifischen Widerstand zur Verwendung in integrierten Schaltungen (ICs), wie nicht-flüchtige Spei chervorrichtungen, ermöglicht.

Während flüchtige Speicher, wie dynamische Speicher mit Schreib- und Lesezugriff (DRAMs) eine Methode zur Informationsspeicherung schaf fen, machen heutzutage viele Anwendungen Gebrauch von nicht-flüchti gen Speichervorrichtungen, welche Information selbst dann behalten, wenn die Energieversorgung abgeschaltet wird oder ausfällt.

Derzeit handelt es sich praktisch bei allen nicht-flüchtigen Speichern um irgendeinen Typ eines Nur-Lese-Speichers (ROM). Bei einer Gruppe nicht-flüchtiger Speicher handelt es sich um ROMs, in welche während der Herstellung Daten eingegeben werden, die nachfolgend nicht geänd ert werden können. Diese Vorrichtungen sind als maskierte ROMs be kannt. Bei einer anderen Gruppe nicht-flüchtiger Speicher handelt es sich um Speicher, deren Daten vom Benutzer eingegeben werden können. Diese Gruppe ist bekannt als programmierbares ROM oder PROM, in das Daten lediglich einmal eingegeben werden können.

Es gibt ein gemeinsames Element innerhalb der programmierbaren Strukturen, die PROMs innewohnen, und einem RAM, das program mierbare Optionen verfügbar hat, und das ist der Bedarf an einem intern programmierbaren Element.

In den letzten Jahren sind programmierbare Antischmelzelemente ent wickelt worden zur Verwendung in verschiedenen Anwendungen bei integrierten Schaltungen (wie das Antischmelzelement, das in der US- PS 48 99 205 beschrieben ist, die hiermit durch Bezugnahme zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird). Um ein Antischmelzelement in die IC-Herstellung nach dem Stand der Technik einzugliedern, ist ein Niederspannungs-Niederstrom-Antischmelzelement wesentlich. Zusätzlich ist ein Verhalten mit niedrigem spezifischen Widerstand nach dem Programmieren wichtig, um zwischen den Zu ständen "ein" und "aus" (oder den Zuständen "programmiert" und "un programmiert") unterscheiden zu können.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung von Antischmelzelementen mit einem sehr niedrigen spezifischen Widerstand durch Einbringen von Antimon (Sb) in eine oder beide Elektroden des Antischmelzelementes, was zu einem (programmierten) Antischmelz element mit dem sehr niedrigen spezifischen Widerstand führt.

Das Einbringen von Sb in eine oder beide Antischmelzelement-Elek troden reduziert die Verarmungsweite des dotierenden Fremdmaterials, wodurch in der Antischmelzelement-Elektrode eine höhere Konzentration an n+-Dotierstoffen bewirkt wird. Dies erlaubt eine Reduzierung des Spannungsabfalls, der über den Elektroden benötigt wird, um das innen liegende Dielektrikum zum Durchbruch zu bringen und somit zu pro grammieren oder die Elektroden miteinander kurzzuschließen. Wenn die Elektroden einmal miteinander kurzgeschlossen worden sind und einen Leitpfad oder ein Filament bilden, fließt das Sb von einer Elektrode oder beiden Elektroden und dotiert dadurch das Filament selbst stark mit n+-Atomen. Aufgrund des Vorhandenseins der hohen Konzentration von n+-Atomen in dem Filament kann der Widerstand des kurzge schlossenen Antischmelzelements bis auf wenige hundert Ohm oder darunter reduziert werden, wenn man es mit Antischmelzelementen vergleicht, die mittels anderer Methoden hergestellt worden sind.

Die Erfindung macht ein programmierbares Antischmelzelement sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung verfügbar, wie sie in den An sprüchen I und 2 gekennzeichnet sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine zusammengesetzte Querschnittsansicht, die ein typisches Antischmelzelement darstellt;

Fig. 2a und 2b zusammengesetzte Querschnittsansichten, die ein An tischmelzelement darstellen, bei dem Antimon in die untere Antischmelzelementelektrode bzw. Antischmelzelektrode einge bracht ist;

Fig. 3a und 3b zusammengesetzte Querschnittsansichten, die ein An tischmelzelement zeigen, bei dem Antimon in die obere Anti schmelzelektrode eingebracht worden ist; und

Fig. 4a, 4b und 4c zusammengesetzte Querschnittsansichten, die ein Antischmelzelement zeigen, bei dem Antimon sowohl in die obere als auch in die untere Antischmelzelektrode eingebracht worden ist.

Fig. 1 zeigt ein typisches Antischmelzelement 14 mit einer ersten An tischmelzelektrode 11, einer Antischmelz-Dielektrikumschicht 12 und einer zweiten Antischmelzelektrode 13, die auf einem Substrat 10 herge stellt worden sind. Wie dem Fachmann klar ist, ist das Substrat 10 als irgendeine durch einen gegebenen Herstellungsprozeß vorgegebene Zone aufzufassen, auf der ein Antischmelzelement gebildet werden soll. Bei spielsweise kann das Substrat eine Zone mit einem ersten Leitfähigkeits typ sein, die innerhalb eines Ausgangssubstrates gebildet ist, oder sie kann das Ausgangssubstrat selbst sein (wie Silizium).

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 2a und 2b gezeigt. Geht man zunächst zu Fig. 2a, ist eine erste Anti schmelzelektrode 11 auf einem Substrat 10 mittels herkömmlicher Ver fahrensschritte gebildet worden. Bevorzugtermaßen handelt es sich bei der Elektrode 11 um n-leitend dotiertes polykristallines Silizium (kurz Polysilizium), das bei diesem Punkt erfindungsgemäß dotiert ist, wozu eine starke Konzentration von Antimon (Sb) von etwa 10¹⁸ bis 10²⁰/cm³ in die Elektrode 11 eingebracht wird. Die Sb-Dotierung kann an Ort und Stelle während der Herstellung der Elektrode 11 durchgeführt werden oder danach implantiert werden oder durch chemische Dampfphasen abscheidung unter niedrigem Druck (LPCVD) bewirkt werden.

Geht man nun zu Fig. 2b, ist ein Antischmelz-Dielektrikum 12 über der Elektrode 11 gebildet. Als nächstes wird eine zweite Antischmelzelektro de 13 (in diesem Fall n-leitfähig dotiertes Polysilizium) über dem Di elektrikum 12 liegend angeordnet, um die Herstellung des Antischmelzelementes zu vervollständigen. Die Elektrode 11 wird nun sehr stark dotiert mit n+ -Atomen (aufgrund des Vorhandenseins des Sb-Dotierstoffs), was die Verarmungsweite in der Elektrode 11 reduziert und wiederum den Spannungsabfall über der Verarmungszone reduziert und das wirksame elektrische Feld über dem Antischmelzelement 14 erhöht, das zum Durchbruch des Dielektrikums 12 benötigt wird.

Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 3a und 3b gezeigt. Wendet man sich Fig. 3a zu, so ist ein Antischmelz element 14 mit einer ersten Antischmelzelementelektrode 11 (vorzugs weise n-dotiertes Polysilizium), einer Antischmelz-Dielektrikumschicht 12 und einer zweiten Antischmelzelektrode 13 (vorzugsweise n-dotiertes Polysilizium) auf dem Substrat 10 mittels herkömmlicher Verfahrens schritte hergestellt worden. An diesem Punkt ist die Elektrode 13 erfin dungsgemäß mit einer starken Konzentration von Antimon (Sb) von etwa 10¹⁸ bis 10²⁰/cm³ dotiert. Wiederum brauchen nur Sb-Atome in die Elek trode 13 eingebracht zu werden und das Dotieren mit Sb kann an Ort und Stelle während des Herstellens der Elektrode 13 oder durch nachfol gendes Implantieren bewirkt werden oder durch Dampfphasenabschei dung bei niedrigem Druck (LPCVD als Abkürzung von Low Pressure Chemical Vapor Deposition).

Wie Fig. 3b zeigt, ist die Elektrode 13 des vervollständigten Anti schmelzelementes 14 nun sehr stark dotiert mit n+-Atomen (aufgrund des Vorhandenseins des Sb-Dotierstoff), was die Verarmungsweite in der Elektrode 13 reduziert und wiederum den Spannungsabfall über der Verarmungszone reduziert und die wirksame Spannung über dem An tischmelzelement 14 erhöht, die zum Durchbruch des Dielektrikums erforderlich ist.

Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 4a bis 4c gezeigt. Gemäß Fig. 4a ist eine Antischmelzelektrode 11 (vor zugsweise n-dotiertes Polysilizium) auf dem Substrat 10 hergestellt worden und zwar mittels herkömmlicher Verfahrensschritte. An diesem Punkt ist die Elektrode 11 erfindungsgemäß mit einer starken Konzen tration von Antimon (Sb) von etwa 10¹⁸ bis 10²⁰/cm³ dotiert. Wieder gilt, daß die Sb-Dotierung an Ort und Stelle während der Herstellung der Elektrode 11 oder durch nachfolgende Implantation hergestellt werden kann oder durch chemische Dampfabscheidung bei niedrigem Druck (LPCVD).

Unter Bezugnahme auf Fig. 4b ist das Antischmelzelement 14 weiter entwickelt durch herkömmliche Herstellungsschritte, um eine erste An tischmelzelektrode 11, eine Antischmelz-Dielektrikumschicht 12 und eine zweite Antischmelzelektrode 13 (vorzugsweise n-dotiertes Polysilizium) aufzuweisen. An diesem Punkt ist die Elektrode 13 erfindungsgemäß mit einer hohen Konzentration von Antimon (Sb) von etwa 10¹⁸ bis 10²⁰/cm³ dotiert. Wiederum brauchen nur Sb-Atome in die Elektroden 11 und 13 eingebracht zu werden und kann das Sb-Dotieren an Ort und Stelle während der Herstellung der Elektrode 13 oder durch nachfolgendes Implantieren durchtgeführt werden oder durch chemische Dampfabschei dung bei niedrigem Druck (LPCVD).

Wie Fig. 4c zeigt, sind beide Elektroden 13 und 11 des vervollstän digten Antischmelzelementes 14 nun sehr stark dotiert mit n+-Atomen (aufgrund des Vorhandenseins des Sb-Dotiermittel), was die Verar mungsweite in beiden Elektroden 11 und 13 reduziert und wiederum den Spannungsabfall über den Verarmungszonen sowohl in der oberen als auch in der unteren Elektrode reduziert und damit das wirksame elek trische Feld über dem Antischmelzelement 14 erhöht, das für einen Durchbruch des Dielektrikums 12 benötigt wird.

Obwohl es bevorzugt ist, daß die Antischmelzelektroden 11 und 13 Polysilizium oder Silizium aufweisen, das n-leitend dotiert ist durch Dotierstoffe wie Arsen (As) oder Phosphor (P), und zwar zusammen mit Antimon (Sb), würde der Vorteil der vorliegenden Erfindung auch er reicht, indem man entweder eine der Antischmelzelektroden oder beide Antischmelzelektroden nur mit Sb dotiert. Wenn nur eine Elektrode für das Dotieren mit Sb ausgewählt wird, kann die ausgewählte Elektrode außerdem entweder Polysilizium oder Silizium oder eine Kombination von beiden aufweisen, während die restliche Elektrode Metall oder Metallsilizid oder dergleichen aufweisen kann. Beispielsweise kann die obere Elektrode Metall oder Metallsilizid aufweisen, während die untere Elektrode Sb-dotiertes Polysilizium oder Silizium aufweisen kann.

Die erfindungsgemäße Methode ist nicht nur auf die beschriebenen Ausführungsformen begrenzt sondern kann auch anderweitig verwendet werden, wie für andere integrierte Schaltungen, die programmierbare Antischmelzstrukturen benutzen.

Claims

1. Auf einem Substrat (10) hergestelltes programmierbares Antischmelz element (14) gekennzeichnet durch:

a) eine erste leitende Antischmelzelektrode (11);
b) ein über der ersten Elektrode (11) liegendes Antischmelz-Dielek trikum (12); und
c) eine zweite leitende Antischmelzelektrode (13);

wobei wenigstens eine Elektrode dotierende Fremdstoffe enthält, die eine Konzentration von Antimon-Atomen und n-Typ-Dotierstoff aufweisen, der ausgewählt ist aus einer Gruppe, die im wesentlichen Phosphor und Arsen enthält.

2. Verfahren zur Bildung eines auf einem Substrat (10) hergestellten programmierbaren Schmelzelementes (14), gekennzeichnet durch folgen de Schritte:

a) es wird eine erste leitende Antischmelzelektrode (11) gebildet;
b) es wird eine über der ersten leitenden Elektrode (11) liegende An tischmelz-Dielektrikumschicht (12) gebildet;
c) es wird eine über der Antischmelz-Dielektrikumschicht (12) liegende zweite leitende Antischmelzelektrode (13) gebildet;
d) es wird wenigstens eine der leitenden Elektroden (11, 13) ausgewählt, wobei die ausgewählte Elektrode einen n-Typ-Dotierstoff aufweist, der ausgewählt ist aus einer Gruppe, die im wesentlichen aus Arsen-Fremd stoffen und Phosphor-Fremdstoffen besteht; und
e) es werden Antimon-Fremdstoffe in die ausgewählte leitende Elektrode (13) eingebracht.

3. Antischmelzelement bzw. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß das Substrat (12) Silizium aufweist.

4. Antischmelzelement bzw. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Antischmelzelektrode (13) Polysilizium aufweisen.

5. Antischmelzelement bzw. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Antischmelzelektroden (11, 13) ein Material aufweisen, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die im wesentlichen aus Polysilizium, Silizium, Metall und Metallsilizid aus gewählt ist.

6. Antischmelzelement bzw. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste leitende Elektrode (11) durch n-leitend dotiertes Polysilizium gebildet ist, das des weiteren mit einer Konzentration von Antimon-Atomen dotiert ist.

7. Antischmelzelement bzw. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite leitende Elektrode (13) n- leitend dotiertes Polysilizium ist, das des weiteren mit einer Konzen tration von Antimon-Atomen dotiert ist.

8. Antischmelzelement bzw. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide leitenden Elektroden (11, 13) durch n-leitend dotierte Polysiliziumschichten gebildet sind, die des weiteren mit einer Konzentration von Antimon-Atomen dotiert sind.

9. Antischmelzelement bzw. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an Antimon- Atomen im Bereich von etwa 10¹⁸ bis 10²⁰/cm³ liegt.