專利名稱：光及電可編程硅化多晶硅熔絲器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及集成電路器件，更具體地，涉及半導體集成電路中的可熔斷鏈接器件，其中在與放置于氧化物中的金屬級相對的多晶硅級中制成激光熔絲。
背景技術：
目前，通常集成電路由在制造時設置的內(nèi)連接制成；然而，由于這些電路高額的開發(fā)成本、過長的研制周期以及高額的加工成本，最終用戶更喜歡可以現(xiàn)場編程的電路。由于這些電路通常包含可編程鏈接，因此這些電路通常被稱作可編程電路。
可編程鏈接是由最終用戶在集成電路器件制作完成之后，為了啟用或禁用所選定的電節(jié)點而在所選定的電節(jié)點處斷開或創(chuàng)建的電互連。在這種情況下，可編程鏈接被廣泛應用于可編程只讀存儲器器件(PROM)中。在這種連接中，需要指出的是，最普通的可編程鏈接形式為可熔斷鏈接。當?shù)玫絇ROM器件時，典型地由導體或半導體的X-Y點陣(lattice)組成。該點陣包括被稱作可熔斷鏈接的導電鏈接交點，該交點將晶體管與這種點陣網(wǎng)絡相連。為了對PROM進行編程，在所選定的節(jié)點處熔斷可熔斷鏈接，以形成開路。熔斷與未熔斷鏈接的結合構成了1和0模式的數(shù)字比特圖案，這些1和0構成了用戶存儲在該PROM中的數(shù)據(jù)。
由于鏈接中導電材料的固有性質(zhì)，可熔斷鏈接PROM系統(tǒng)的一些關鍵缺點在于，為了完成可熔斷鏈接的熔斷，在編程期間通常需要高電壓和高電流電平。由于鏈接具有相對較高的導電率，則需要相當高的功耗以使其熔斷。
此外，可熔斷鏈接的尺寸和形狀必須精確，從而如果其未被熔斷，仍將有效地執(zhí)行導體功能，而如果被熔斷，則成為完全開路。
第二種類型的可編程鏈接也得到了頻繁的使用。該第二種類型的可編程鏈接被稱為反熔斷鏈接，并在集成電路應用中有著相當多的用途。在這種反熔斷鏈接中，與使用熔斷鏈接情況中引起開路的可編程機制相反，這種可編程機制形成短路或低電阻鏈接。這種反熔斷鏈接由兩種之間帶有電介質(zhì)或絕緣材料的導體和/或半導體材料組成。在編程過程中，以預定施加的電壓破壞位于導體材料之間的選定點處的絕緣或電介質(zhì)材料，以使導體或半導體材料電連接到一起。
美國專利5,708,291公開了一種硅化物凝聚熔絲器件。將該可熔斷鏈接器件放置在半導體襯底上，并且包括具有第一電阻的多晶硅層；形成于多晶硅層上的硅化物層，該硅化物層具有低于第一電阻的第二電阻，響應施加在硅化物層上的預定編程電位，該硅化物層凝聚，以形成電間斷，從而可以有選擇地增大該可熔斷鏈接器件的電阻；以及九個接觸點，與硅化物層的每一端電連接以接收編程電壓。
美國專利5,969,404公開了一種半導體襯底上的可熔斷鏈接器件，用于提供自由選定的電連接。該可熔斷鏈接器件具有第一未編程電阻，并且包括多晶硅層和硅化物層。該硅化物層形成于多晶層之上且響應施加在硅化物層上的預定編程電壓，凝聚形成電間斷，從而可以有選擇性地將該可熔斷鏈接器件的電阻增大到第二已編程電阻。
美國專利5,536,968公開了一種集成電路的多晶硅熔絲陣列結構。該半導體結構包括第一電導體；與第一電導體電分離的第二電導體；與第一和第二電導體相連并在第一和第二電導體之間形成熔絲的多晶硅條，該多晶硅條包括一個狹窄的中間部分，由此從第一電導體經(jīng)過多晶硅條流到第二電導體的電流會使該熔絲斷開；第一已形成圖案信號層，第一電導體及多晶硅條位于該第一已形成圖案信號層中；以及與第一已形成圖案信號層電分離的第二已形成圖案信號層，第二電導體位于該第二已形成圖案信號層中。
美國專利6,104,079公開了緊密間隔的多晶硅熔絲及其制造方法。在用于減小多晶硅熔絲間距的方法中，將鎢阻斷物形成于熔絲元件附近，并且使該物阻斷物與形成裂紋填塞(crack stop)的處理相兼容。將鎢堆疊于裂紋填塞中接觸級的鎢之上的通孔級，并將中間級電介質(zhì)用作熔絲的覆蓋物。按照這種方式，使鎢熔絲阻斷物處理與多晶硅熔絲裂紋填塞相兼容。
美國專利6,222,244 B1公開了一種減少共截面面積的電全局熔絲。這種半導體熔絲位于用于連接至少兩個布線線路的導體之間。該熔絲包括位于相鄰導體上的間隔物，并且該熔絲元件位于間隔物之間，而且與布線線路相連。導體之間的空間包括包含最小可能光蝕寬度的第一寬度，且熔絲元件具有小于第一寬度的第二寬度。這種熔絲使半導體器件免于受到過高的電壓和/或電流，或選擇性地并永久性地使半導體器件彼此相連/斷開。
美國專利5,266,829公開了一種電可編程低阻抗反熔斷元件。該元件由具有其間為電介質(zhì)層的第一電極和第二電極的類似電容器的結構組成，其特征在于編程前具有高阻抗和非常低漏電流，而在編程后具有低電阻。將多個這種反熔斷放置于半導體集成電路中，并可以在集成電路內(nèi)的選定位置，選擇性地進行熔斷以形成低阻抗互連?？梢栽诩呻娐沸酒庋b之前或之后熔斷這種反熔絲。
美國專利5,882,998公開了一種低功率可編程熔絲結構及其制作方法。該方法包括提供具有銼平(filed)氧化物區(qū)的襯底；在摻雜多晶硅條上形成掩膜，從而大約在該摻雜多晶硅條的中心處限定暴露了該摻雜多晶硅條的窗口；將增大的摻雜劑量施加于掩膜及位于窗口內(nèi)的已暴露摻雜多晶硅條上，以在該摻雜多晶硅條中形成增大摻雜濃度區(qū)，該增大的摻雜劑量為大約3×1015個微粒/平方厘米到大約6×1015個原子/平方厘米之間；以及在摻雜多晶硅條上形成硅化金屬，從而在增大摻雜濃度區(qū)上形成較薄的硅化金屬層，而在摻雜多晶硅條的其它區(qū)域上形成較厚的硅化金屬層。
集成電路中所使用的可編程熔絲技術需要通過除目前使用放置于氧化物中的最終金屬級中的熔絲的方法之外的其他方法，以減小對SILK的破壞，而且其中仍會導致某些對結構的破壞。
在本領域中，還需要提供用在集成電路中的可編程熔斷鏈接，以減緩對結構的物理破壞，典型地是電編程熔絲的情況。
在本領域中，還需要提供用在集成電路中的可編程熔絲，在與燒蝕或熔化相比，需要較少的能量，并減少間距以及對臨近結構的破壞。
最后，在本領域中，需要提供用在集成電路中的可編程熔絲，以消除通常作為多晶硅線路襯板需要的難熔金屬，以能夠使用更短的波長，并從而使能夠使間距減小而且還適用于電編程的聚焦斑點更緊密(并從而，提供利用光能或電能進行編程的改進的靈活性)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供集成電路中的可編程熔絲，通過避免使用最終金屬級(可以被放置在氧化物中)中的熔絲，以減小對交互級(interlevel)電介質(zhì)以及臨近結構的破壞，且仍然會發(fā)生某些對結構的破壞。
本發(fā)明的另一個目的是提供用在集成電路中的可編程熔斷鏈接，與目前已知的編程方法不同，該熔斷鏈接免于對結構的物理破壞。
本發(fā)明的又一個目的是提供用在集成電路中的可編程熔絲，與燒蝕或熔化技術相比，使用更少的能量，并減少了間距以及編程時對臨近結構的破壞。
本發(fā)明的又一個目的是提供用在集成電路中的可編程熔絲，能夠以更短波長，通過光學裝置對其進行編程，并從而縮減了使間距減小而且適用于電編程和光編程的光束的聚焦斑點。


圖1所示為一種現(xiàn)有技術熔斷鏈接的顯微照片，其中在氧化物/低介電常數(shù)材料上有金屬，且其中存在液體飛濺(splatter)。
圖2所示為一種現(xiàn)有技術熔斷鏈接的顯微照片，其中在氧化物/低介電常數(shù)材料上有金屬，且其中存在裂縫。
圖3所示為編程后基于本發(fā)明熔絲的硅化多晶硅的顯微照片。
圖4所示為包括大規(guī)模eFuse組陣列結構的本發(fā)明可熔斷鏈接頂視圖的顯微照片，其中由厚(thick)氧化物對硅化多晶硅線路進行編程。
圖5所示為包括eFuse的單一本發(fā)明可熔斷鏈接頂視圖的顯微照片，其中由厚氧化物對硅化多晶硅線路進行編程。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考表示了熔斷鏈接顯微照片的圖1，其中對此熔絲進行編程所需的高能量在氧化物/低介電常數(shù)材料上的金屬上形成了明顯的液體飛濺。當對現(xiàn)有技術中類似的熔斷鏈接進行編程時，需要較大的間距并且這是使用這種熔絲的另一個缺點。與在現(xiàn)有技術熔斷鏈接中進行編程所需的大間距相關的另一個缺點是引起了對位于熔絲下面的層的破壞，且將這些熔絲隔離在熔絲盒中(這以面積為代價)。此外，當使用這種基于熔斷鏈接的現(xiàn)有技術多晶Si時，在如倒裝焊接之類的后端集成中存在著一定的復雜性。
如圖2中顯微照片所示，除了當對現(xiàn)有技術熔斷鏈接進行編程時，高能量所產(chǎn)生的液體飛濺之外，存在的另一個缺點是在編程時所產(chǎn)生的裂縫11。
如圖3所示，可以對本發(fā)明基于硅化多晶硅的熔絲器件進行電編程或光編程。在包括基于硅化多晶硅的熔絲器件頂視圖以及橫截面視圖的附圖中，存在其上放置有絕緣層21的硅襯底20。在熔絲器件的此實施例中，將熔絲器件部分FDS放置于絕緣層21上，作為大規(guī)模集成電路裝置的一部分。多晶硅層22可以為p型摻雜；不過其它實施例或結構可以包括包含了n型摻雜在內(nèi)的其他摻雜類型或者在多晶硅層22中形成p-n結。熔絲器件部分FDS包括設置于多晶硅層22之上的硅化鈷(CoSi2)層23，以及設置在CoSi2層23上的透明鈍化層24。在操作中，熔絲器件部分FDS的特征在于，在其被編程或熔斷之前硅化多晶硅的電阻。如圖3所示，在編程狀態(tài)下，由于在某些區(qū)域去除了CoSi2，可以得到較高的電阻。很明顯，為了實現(xiàn)這種更高的電阻狀態(tài)，并沒有物理破壞該熔斷鏈接。此外，在整個處理中鈍化層24并未受到影響。
可以相信多晶硅中任何對殘余傳導做出貢獻的摻雜物均會由于編程的緣故而不起作用。SiN層被用作封裝或阻斷層，該層在允許光能量傳輸?shù)耐瑫r，還允許硅化多晶硅層電阻的變化而不會破壞此層。
在本發(fā)明的上下文中，雖然將CoSi2優(yōu)選為硅化物，但如鈦、鎢或鉑的硅化物等其他硅化物均是同樣可以操作的。此外，在本發(fā)明的上下文中，將SiN優(yōu)選為封裝層；不過，任何透明的封裝層或阻擋層均能夠勝任。
圖4所示為包括大規(guī)模熔斷鏈接陣列的本發(fā)明結構的顯微照片，表示了被編程的硅化多晶硅鏈接。優(yōu)選地，在此實施例中，在大約3.3伏及大約10毫安下，大約200毫秒時間進行編程，由此如圖5所示，使電流在觸點30之間流動。電流流經(jīng)熔斷鏈接，以影響熔斷鏈接電阻的變化而不會破壞鏈接31。換句話說，改變了熔斷鏈接的基本電阻率。可以利用實現(xiàn)了增大局部電阻率的可見及NIR(近紅外)范圍內(nèi)的光能量對本發(fā)明基于硅化多晶硅的熔絲器件進行編程，同樣不會有任何破壞。此外，在交互級電介質(zhì)、氧化物以及氮化物沒有任何吸收。
本發(fā)明的新穎結構去除了金屬鏈接激光熔絲的缺點，提供了生產(chǎn)選擇和測試流程的靈活性，并允許利用激光和電裝置進行編程，而且在編程過程中，引入了超過105歐姆的大電阻變化，而不會破壞鏈接。
權利要求
1.一種基于硅化多晶硅的熔絲器件，以光及電能量在多晶硅層中可編程，而不會破壞臨近的結構，所述熔絲器件包括Si襯底；設置在所述襯底上的絕緣層；以及熔絲器件部分，包括多晶Si/硅化物/以及阻擋層，由于施加在其上的電脈沖的作用，或由于其上光束的作用，所述熔絲器件部分的電阻表示出局部增大。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于硅化多晶硅的熔絲器件，其特征在于所述阻擋層為SiN。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于硅化多晶硅的熔絲器件，其特征在于所述絕緣層為二氧化硅。
4.根據(jù)權利要求3所述的基于硅化多晶硅的熔絲器件，其特征在于所述絕緣層為氮化硅。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于硅化多晶硅的熔絲器件，其特征在于從由硅化鈷、硅化鈦、硅化鉭以及硅化鉑組成的組中選擇所述硅化物。
6.根據(jù)權利要求3所述的基于硅化多晶硅的熔絲器件，其特征在于所述硅化物為硅化鈷。
7.根據(jù)權利要求3所述的基于硅化多晶硅的熔絲器件，其特征在于所述硅化物為硅化鈦。
8.根據(jù)權利要求3所述的基于硅化多晶硅的熔絲器件，其特征在于所述硅化物為硅化鎢。
9.根據(jù)權利要求3所述的基于硅化多晶硅的熔絲器件，其特征在于所述硅化物為硅化鉭。
10.根據(jù)權利要求3所述的基于硅化多晶硅的熔絲器件，其特征在于所述硅化物為硅化鉑。
11.根據(jù)權利要求2所述的基于硅化多晶硅的熔絲器件，其特征在于從由硅化鈷、硅化鈦、硅化鎢、硅化鉭以及硅化鉑組成的組中選擇所述硅化物。
12.根據(jù)權利要求11所述的基于硅化多晶硅的熔絲器件，其特征在于所述硅化物為硅化鈷。
13.根據(jù)權利要求11所述的基于硅化多晶硅的熔絲器件，其特征在于所述硅化物為硅化鈦。
14.根據(jù)權利要求11所述的基于硅化多晶硅的熔絲器件，其特征在于所述硅化物為硅化鎢。
15.根據(jù)權利要求11所述的基于硅化多晶硅的熔絲器件，其特征在于所述硅化物為硅化鉭。
16.根據(jù)權利要求11所述的基于硅化多晶硅的熔絲器件，其特征在于所述硅化物為硅化鉑。
17.根據(jù)權利要求11所述的基于硅化多晶硅的熔絲器件，其特征在于編程電位為大約3.3伏。
18.根據(jù)權利要求11所述的基于硅化多晶硅的熔絲器件，其特征在于以光束進行編程。
全文摘要
一種基于硅化多晶硅的熔絲器件，以光及電能量在多晶硅層中可編程，而不會破壞的臨近結構，所述熔絲器件包括Si襯底；設置在所述襯底上的絕緣層；以及熔絲器件部分，包括多晶Si/硅化物/以及阻擋層，該熔絲器件部分響應施加在其上的電脈沖或光脈沖，在多晶硅層中形成電間斷。
文檔編號H01L23/66GK1547773SQ02816785
公開日2004年11月17日 申請日期2002年8月2日 優(yōu)先權日2001年8月3日
發(fā)明者錢德拉塞卡蘭·科塔那拉曼, 錢德拉塞卡蘭 科塔那拉曼 申請人:印芬龍科技股份有限公司