專利名稱：基于finfet的一次可編程器件和相關方法
技術領域：
本發明總體上涉及半導體領域。更具體地，本發明涉及一次可編程半導體器件領域。
背景技術：
一次可編程(OTP)半導體器件被廣泛使用，例如，以允許集成電路(IC)中的制造后設計變化。例如，在器件制造后，但在商業流通之前，可對嵌于半導體芯片中的一組OTP器件進行編程，以為該芯片提供永久序列號編碼。作為替代，在某些應用中可對單個OTP器件進行編程，從而在器件制造后，甚至在IC流通至客戶后能永久地啟用或禁用一部分1C。 雖然由OTP器件啟用的功能是期望的，但傳統實施的缺點在于增加了成本，這是由于傳統晶體管制造步驟之外的附加處理步驟的成本，并且由于提供隔開的傳感晶體管(例如，用于檢測OTP器件的編程狀態)而需要的電路面積。作為具體實例，實施OTP器件的一種傳統的方法是利用分離溝道構造，其中，OTP器件包括橫向延伸的柵極結構，柵極結構具有兩個不同的柵極電介質厚度。柵極電介質的較薄部分提供OTP器件的編程元件。柵極電介質的該較薄部分可被制成被破壞性地毀掉并且形成從延伸的柵極至下部溝道的導電路徑，從而將傳統的OTP器件置于“被編程”狀態。然而該方法要求電路面積專用于編程元件、通過使用編程元件進行編程的晶體管、以及用于檢測OTP器件的編程狀態的分離的傳感器件。此外，該方法與出現的晶體管架構基本不兼容，諸如設想用于22mm技術節點及以外的鰭式場效晶體管(FinFET)架構。因此，需要提供一種也能與FinFET制造工藝兼容的緊湊且可靠的OTP器件來克服現有技術中的缺點和不足。
發明內容
一種基于FinFET的一次可編程(OTP)器件和相關的方法，大致在至少一幅附圖中示出和/或說明，并且在權利要求中更詳盡地闡述。(I)一種一次可編程(OTP)器件，包括存儲FinFET，與傳感FinFET平行，其中，所述存儲FinFET和所述傳感FinFET共享公共源極區、公共漏極區和公共溝道區；所述存儲FinFET通過具有斷裂的柵極電介質而被編程；從而所述傳感FinFET由于所述存儲FinFET被編程而具有改變的閾值電壓和改變的漏極電流。(2)根據(I)所述的一次可編程器件，其中，所述一次可編程器件被實現為四端子器件。(3)根據(I)所述的一次可編程器件，其中，所述存儲FinFET和所述傳感FinFET被實現為單片集成的硅FinFET。(4)根據(I)所述的一次可編程器件，其中，所述存儲FinFET的柵極和所述傳感FinFET的另一柵極在所述一次可編程器件的半導體鰭的相反側上耦合至所述公共溝道區，所述半導體鰭包括所述公共源極區、所述公共漏極區和所述公共溝道區。
(5)根據(I)所述的一次可編程器件，其中，所述一次可編程器件是使用22nm以下技術節點的FinFET制造工藝制造的。 (6)根據(I)所述的一次可編程器件，其中，所述存儲FinFET的柵極通過所述斷裂的柵極電介質而歐姆耦合至所述公共溝道區。(7)根據(I)所述的一次可編程器件，其中，所述斷裂的柵極電介質包括氧化硅。(8)根據(I)所述的一次可編程器件，其中，所述斷裂的柵極電介質包括高K電介質。(9)根據(I)所述的一次可編程器件，其中，所述存儲FinFET的柵極包括多晶硅。
(10)根據(I)所述的一次可編程器件，其中，所述存儲FinFET的柵極包括柵極金屬。(11) 一種用于利用雙FinFET—次可編程(OTP)器件的方法，所述雙FinFET —次可編程器件包括與傳感FinFET平行的存儲FinFET，其中，所述存儲FinFET和所述傳感FinFET共享公共源極區、公共漏極區和公共溝道區，所述方法包括施加編程電壓，用于使所述存儲FinFET的柵極電介質斷裂，從而獲得所述存儲FinFET的已編程狀態；由所述傳感FinFET檢測由于所述存儲FinFET的所述已編程狀態而導致的改變的閾值電壓和改變的漏極電流。(12)根據(11)所述的方法，其中，所述雙FinFET—次可編程器件被實現為四端子器件。(13)根據(11)所述的方法，其中，所述存儲FinFET和所述傳感FinFET被實現為單片集成的硅FinFET。(14)根據(11)所述的方法，其中，所述存儲FinFET的柵極和所述傳感FinFET的另一柵極在所述雙FinFET —次可編程器件的半導體鰭的相反側上耦合至所述公共溝道區，所述半導體鰭包括所述公共源極區、所述公共漏極區和所述公共溝道區。(15)根據(11)所述的方法，其中，所述雙FinFET —次可編程器件的制造是使用22nm以下的技術節點的FinFET制造工藝來執行的。(16)根據(11)所述的方法，其中，獲得所述存儲FinFET的所述已編程狀態導致在所述柵極電介質的所述斷裂之后，所述存儲FinFET的柵極歐姆耦合至所述公共溝道區。(17)根據(11)所述的方法，其中，所述柵極電介質包括氧化硅。(18)根據(11)所述的方法，其中，所述柵極電介質包括高K電介質。(19)根據(11)所述的方法，其中，所述存儲FinFET的柵極包括多晶硅。(20)根據(11)所述的方法，其中，所述存儲FinFET的柵極包括柵極金屬。
圖I示出在編程之前根據本發明的一個實施方式的基于FinFET的一次可編程(OTP)器件。圖2A示出根據本發明的一個實施方式的圖I的示意性基于FinFET的OTP器件的概念性電路代表。圖2B不出概念性電路代表,對應于根據本發明的一個實施方式的圖I的基于FinFET的OTP器件的編程狀態。
圖2C不出概念性電路代表,對應于根據本發明的一個實施方式的已編程的基于FinFET 的 OTP 器件。圖3是示出使用 根據本發明的一個實施方式的基于FinFET的OTP器件的方法的流程圖。圖4不出已編程的基于FinFET的OTP器件,對應于根據本發明的一個實施方式的圖2C的概念性電路代表。
具體實施例方式本發明提供了一種基于鰭式場效晶體管(FinFET)的一次可編程(OTP)器件和相關方法。以下說明包含與本發明實施有關的詳細信息。本領域的技術人員應當理解，本發明可以按與本申請中具體討論的不同的方式實施。此外，為了不使本發明晦澀難懂，未討論本發明的某些具體細節。本申請中的附圖和附隨的詳細說明僅用于本發明的示意性實施方式。為保持簡潔，本發明的其他實施方式未在本申請中具體說明并且也未由附圖詳細地示出。應當理解，除非另有說明，圖中相同的或對應的元件可由相同的或對應的參考數字表示。此外，本申請中的附圖和示例一般未按比例繪制，并且不旨在對應于實際的相關尺寸。圖I示出根據本發明的一個實施方式的基于FinFET的OTP器件100，其能克服傳統技術中存在的缺點和不足。如圖I示出，基于FinFET的OTP器件100包括半導體鰭110，其包含源極區112、漏極區114、和溝道區116。基于FinFET的OTP器件100還包括柵極118a和118b，通過各自柵極電介質119a和119b電容地耦合于溝道區116。如可從圖I的實例可知，基于FinFET的OTP器件100體現為兩個單片集成的FinFET器件，例如，使用柵極118a控制的第一器件和使用柵極118b控制的第二器件，它們共享源極區112作為公共源極區，共享漏極區114作為公共漏極區，以及共享溝道區116作為公共溝道區。基于FinFET的OTP器件100可實現為IV族半導體器件，如在22nm以下技術節點使用FinFET制造工藝制造的諸如硅或鍺器件。例如，根據一個實施方式，半導體鰭110在也可包含娃的基底(圖I中未不出基底)表面上形成為娃鰭，如夕卜延娃鰭。在該實施方式中，可使用本技術領域中已知的掩模和蝕刻工藝步驟形成半導體鰭110。半導體鰭110可適當地摻雜形成源極區112和漏極區114。雖然圖I未具體地描繪摻雜狀態，但應當理解，可適當地構成基于FinFET的OTP器件100并摻雜以提供使用柵極118a和118b控制的N型或P型器件(分別為NFET或PFET )。柵極118a和118b例如可包括摻雜的多晶硅柵極，并且均可通過各自柵極電介質119a和119b在基于FinFET的OTP器件100的編程之前電容地耦合至溝道區116，如圖I示出。柵極電介質119a和119b可包括娃，并且例如可以二氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)柵極電介質實現。作為替代，柵極電介質119a和119b可包括高K電介質，如二氧化鉿(HfO2)、二氧化鋯(ZrO2)等，而柵極118a和118b可包括柵極金屬。例如，在基于FinFET的OTP器件100是使用N型FinFET實現的實施方式中，柵極118a和118b例如可從任何適用于NFET器件的柵極金屬中選擇，諸如鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、或氮化鈦(TiN)。此外，在基于FinFET的OTP器件100是使用P型FinFET實現的實施方式中，柵極118a和118b例如可從任何適用于PFET器件的柵極金屬中選擇，諸如鑰(Mo)、釕(Ru)、或氮碳化鉭(TaCN)。
參考圖2A，圖2A示出概念性電路200A，對應于圖I中在編程之前的基于FinFET的OTP器件100,例如，根據本發明的一個實施方式如圖I不出的處于未編程狀態的基于FinFET的OTP器件100。如圖2A示出，概念性電路200A包括源極節點212、漏極節點214、溝道區216、和柵極218a和218b，分別對應于圖I中的基于FinFET的OTP器件100的共享的公共源極區112、公共漏極區114、公共溝道區116、柵極118a和118b。如可從圖I和圖2A明顯看出，在編程之前，基于FinFET的OTP器件100關于受柵極118a和118b控制的FinFET器件對稱。換句話說，在基于FinFET的OTP器件100的編程之前，受柵極118a或118b控制的FinFET可被實現為已編程的存儲單元，而另一 FinFET可用于檢測存儲單元的編程狀態。將使用圖2B、圖2C、圖3、圖4的組合進一步說明基于FinFET的OTP器件100的使 用。圖2B示出概念性電路代表，對應于基于FinFET的OTP器件100的編程狀態實例，而圖2C不出概念性電路代表,對應于根據本發明的一個實施方式的編程后的基于FinFET的OTP器件100。此外，圖4示出編程的基于FinFET的OTP器件400，對應于根據本發明的一個實施方式的圖2C的概念性電路代表。圖3示出說明使用雙FinFET OTP器件，諸如圖I中的根據本發明的一個實施方式的基于FinFET的OTP器件100的方法的流程圖。流程圖300中已省去對于本領域技術人員顯而易見的某些細節和特征。例如，一個步驟可由一個或多個子步驟或可包含如本領域中已知的專業設備或材料。雖然流程圖300中示出的步驟310至330足以說明本發明的一個實施方式，但本發明的其他實施方式可使用與流程圖300示出的步驟不同的步驟，或可包括更多或更少的步驟。參考圖3中的步驟310和圖I中的基于FinFET的OTP器件100，流程圖300的步驟310包括提供基于FinFET的器件100，其包括存儲FinFET以及傳感FinFET，它們單片集成以共享公共源極區112、公共漏極區114、和公共溝道區116。如以上說明，由于編程之前基于FinFET的OTP器件100的對稱性，使用柵極118a或118b控制的FinFET可被指定用作存儲FinFET，而另一個FinFET可用作傳感FinFET，用于檢測基于FinFET的OTP器件100的編程狀態。根據圖I和圖2A示出的實施方式，基于FinFET的OTP器件100是雙FinFETOTP結構，以四端子器件實現，例如端子對應于共源極節點212、共漏極節點214、以及每個柵極218a和218b。移動至圖3的步驟320并分別參考圖2B和圖2C中的概念性電路代表200B和200C、以及圖4中的基于FinFET的OTP器件400，流程圖300的步驟320包括施加編程電壓至被指定為存儲FinFET的FinFET的柵極以破壞其柵極電介質，從而獲得存儲FinFET的已編程狀態。雖然如以上說明，使用柵極218a或218b控制的FinFET均可被指定用作存儲FinFET，但在圖2B中示出的本發明的實施方式中，使用柵極218a控制的FinFET已被選作被編程為存儲FinFET。如圖2B示出，步驟320中，施加編程電壓至柵極218a可通過施加相對較高的電壓，諸如大致為5V的編程電壓，例如至柵極218a，并且同時接地共源極節點212、共漏極節點214、以及被指定為傳感器件的FinFET的柵極218b。執行流程圖300的步驟320的結果在圖2C和圖4中示出。參考圖2C，圖2B中示出的編程步驟導致產生功能性非對稱的基于FinFET的OTP結構，其包括與受柵極232控制的傳感FinFET 230單片集成的存儲FinFET220，存儲FinFET 220包括柵極222，柵極222具有斷裂的柵極電介質(圖2C中表示為斷裂226)，柵極232具有基本完整的柵極電介質。現參考圖4,圖4不出已編程的基于FinFET的OTP器件400,對應于根據本發明的一個實施方式的概念性電路代表200C。從圖I和圖4的對比可清楚地看出，基于FinFET的OTP器件400可以看作是關于圖I示出的基于FinFET的OTP器件100的執行流程圖300的步驟320的結果。基于FinFET的OTP器件400包括半導體鰭410，其包括共享的公共源極區412、公共漏極區414和公共溝道區416。包括共享的公共源極區412、公共漏極區414和公共溝道區416的半導體鰭410對應于圖I中包括共享的公共源極區112、公共漏極區114、和公共溝道區116的半導體鰭110。圖4中基于FinFET的OTP器件400還包括柵極418和柵極電介質419，對應于圖I中的柵極118b和柵極電介質119b。·
如圖4中示出，使用柵極418控制的在半導體鰭410的一側電容地耦合于公共溝道區416的FinFET現被確定為基于FinFET的OTP器件400的傳感FinFET 430。如圖4進一步示出，已編程的存儲FinFET 420在與耦合至柵極418的半導體鰭410的側相反的半導體鰭410的另一側耦合至公共溝道區416。換句話說，基于FinFET的OTP器件400包括與傳感FinFET 430平行的存儲FinFET 420，其中，存儲FinFET 420和傳感FinFET430共享公共源極區412、公共漏極區414和公共溝道區416。由于基于FinFET的OTP器件400的編程，存儲FinFET 420的柵極422通過斷裂的柵極電介質424中的斷裂426歐姆地耦合至公共溝道區416。此外，柵極418和422形成在半導體鰭410的相反側使柵極電介質419與斷裂的柵極電介質424和公共溝道區416的界面相對隔開，從而柵極電介質419將基本不會受使在斷裂的柵極電介質424中形成斷裂426的編程電壓的施加的影響。如以上說明，在一個實施方式中，柵極電介質419和斷裂的柵極電介質424可包括包含硅的電介質，諸如SiO2或Si3N4，而傳感FinFET柵極418和存儲FinFET柵極422可例如包括摻雜的多晶硅。作為替換，在其他實施方式中，柵極電介質419和斷裂的柵極電介質424中的一個或兩個可包括諸如Hf02、Zr02等的高k電介質。此外，根據基于FinFET的OTP器件400是實現為NFET還是PFET器件，當斷裂的柵極電介質424包括高k電介質時，存儲FinFET柵極422例如可包括諸如Ta、TaN、TiN、Mo、Ru或TaCN的柵極金屬。進行至圖3的步驟330，且繼續參考圖4中的基于FinFET的OTP器件400，流程圖300的步驟330包括使用傳感FinFET 430檢測存儲FinFET420的編程狀態。當如步驟320中的描述被編程時，存儲FinFET 420的柵極422通過斷裂的柵極電介質424與公共溝道區416的歐姆耦合將導致當與未編程狀態下的可比FinFET結構(如使用圖I中的基于FinFET的OTP器件100的柵極118a和118b控制的任一 FinFET)對比時，傳感FinFET 430具有改變的閾值電壓和漏極電流。因此，傳感FinFET 430的改變的閾值電壓和/或改變的漏極電流可被用作識別基于FinFET的OTP器件400的編程狀態的檢測標準。換句話說，本發明的實施方式通過使用傳感FinFET430檢測存儲FinFET 420 (傳感FinFET 430與其單片集成)的編程狀態，能有利地通過基于FinFET的OTP器件400進行自檢測。從而，通過單片集成共享公共源極區、公共漏極區和公共溝道區的存儲器件和傳感器件，本申請公開了一種高度緊湊的OTP器件設計。此外，通過使被用作OTP器件的編程元件的存儲器件的柵極電介質的位置與單片集成的傳感器件的控制柵極相反，本申請公開了一種牢固可靠的OTP器件，被配置為避免在編程期間對傳感器件造成損害。此外，通過使用FinFET結構實現OTP器件，本申請公開一種OTP器件，其不僅能與22nm技術節點的FinFET制造工藝兼容，而且可在除了普通22nm的FinFET晶體管所需制造步驟之外基本不增加附加處理步驟的情況下被有利地制造。此外，文中公開的基于FinFET的OTP器件的實施方式可被設想隨著22nm技術節點以下的制造工藝的發展而有利地擴展。從本發明的以上說明，顯然在不違背本發明的范圍情況下可使用各種技術執行本發明概念。此外，雖然已參考某些具體實施方式
對本發明進行了說明，但本領域技術人員應當理解，在不違背本發明的精神和范圍的情況下，可對其形式和細節進行修改。因此，說明 的實施方式應理解為用于說明而不是限制。應當理解，在不背離本發明的范圍情況下，本發明不限于此處的具體實施方式
，而是可以各種重新布置形式、修改形式、和替換形式。
權利要求
1.一種一次可編程(OTP)器件，包括 存儲FinFET，與傳感FinFET平行，其中，所述存儲FinFET和所述傳感FinFET共享公共源極區、公共漏極區和公共溝道區； 所述存儲FinFET通過具有斷裂的柵極電介質而被編程； 從而所述傳感FinFET由于所述存儲FinFET被編程而具有改變的閾值電壓和改變的漏極電流。
2.根據權利要求I所述的一次可編程器件，其中，所述存儲FinFET的柵極和所述傳感FinFET的另一柵極在所述一次可編程器件的半導體鰭的相反側上耦合至所述公共溝道區，所述半導體鰭包括所述公共源極區、所述公共漏極區和所述公共溝道區。
3.根據權利要求I所述的一次可編程器件，其中，所述存儲FinFET的柵極通過所述斷裂的柵極電介質而歐姆耦合至所述公共溝道區。
4.根據權利要求I所述的一次可編程器件，其中，所述斷裂的柵極電介質包括氧化硅或高K電介質。
5.根據權利要求I所述的一次可編程器件，其中，所述存儲FinFET的柵極包括多晶硅或柵極金屬。
6.一種用于利用雙FinFET —次可編程(OTP)器件的方法，所述雙FinFET —次可編程器件包括與傳感FinFET平行的存儲FinFET，其中，所述存儲FinFET和所述傳感FinFET共享公共源極區、公共漏極區和公共溝道區，所述方法包括 施加編程電壓，用于使所述存儲FinFET的柵極電介質斷裂，從而獲得所述存儲FinFET的已編程狀態； 由所述傳感FinFET檢測由于所述存儲FinFET的所述已編程狀態而導致的改變的閾值電壓和改變的漏極電流。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，所述存儲FinFET的柵極和所述傳感FinFET的另一柵極在所述雙FinFET —次可編程器件的半導體鰭的相反側上耦合至所述公共溝道區，所述半導體鰭包括所述公共源極區、所述公共漏極區和所述公共溝道區。
8.根據權利要求6所述的方法，其中，獲得所述存儲FinFET的所述已編程狀態導致在所述柵極電介質的所述斷裂之后，所述存儲FinFET的柵極歐姆耦合至所述公共溝道區。
9.根據權利要求6所述的方法，其中，所述柵極電介質包括氧化硅或高K電介質。
10.根據權利要求6所述的方法，其中，所述存儲FinFET的柵極包括多晶硅或柵極金屬。
全文摘要
根據一個實施方式，提供了一種基于FINFET的一次可編程器件和相關方法。該一次可編程(OTP)器件包括與傳感FinFET平行的存儲FinFET。存儲FinFET和傳感FinFET共享公共源極區、公共漏極區和公共溝道區。存儲FinFET通過具有斷裂的柵極電介質而被編程，導致傳感FinFET具有改變的閾值電壓和改變的漏極電流。一種用于使用這樣的OTP器件的方法，包括施加編程電壓用于使存儲FinFET的柵極電介質斷裂，從而獲得存儲FinFET的已編程狀態，以及通過傳感FinFET檢測由該存儲FinFET的已編程狀態而導致的改變的閾值電壓和改變的漏極電流。
文檔編號H01L27/112GK102956642SQ20121030716
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月24日 優先權日2011年8月26日
發明者夏維, 陳向東 申請人:美國博通公司