專利名稱：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，更特別地，涉及反熔絲結(jié)構(gòu)。具體地，本發(fā)明提供一種用于反熔絲應(yīng)用的反熔絲結(jié)構(gòu)，其包括電介質(zhì)中的埋設(shè)導(dǎo)電層，例如埋設(shè)金屬層。本發(fā)明還提供一種制造這樣的反熔絲結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
反熔絲(anti-fuse)結(jié)構(gòu)已經(jīng)在半導(dǎo)體工業(yè)中用于存儲(chǔ)器相關(guān)的應(yīng)用，諸如，例如，場(chǎng)可編程?hào)抨嚵泻涂删幊讨蛔x存儲(chǔ)器?，F(xiàn)有技術(shù)的反熔絲結(jié)構(gòu)通常包括這樣的材料，其初始具有高電阻，但是在應(yīng)用某些處理時(shí)能轉(zhuǎn)變成較低電阻材料。例如，不可編程反熔絲型柵陣列可通過(guò)使選擇的反熔絲變得導(dǎo)電而被編程。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)反熔絲結(jié)構(gòu)的剖視圖，其包括第一金屬層14、反熔絲層16、以及嵌入在電介質(zhì)層18中的第二金屬層(例如互連層)22。在編程期間，在第一金屬層14和第二金屬層22之間施加適當(dāng)?shù)碾妷呵宜┘拥碾妷寒a(chǎn)生導(dǎo)電路徑。即，所施加的電壓減小了反熔絲結(jié)構(gòu)的電阻。
用于集成上述現(xiàn)有技術(shù)反熔絲結(jié)構(gòu)的工藝需要許多額外的掩?；臀g刻步驟，這增大了總體制造成本。此外，因?yàn)橛糜诋a(chǎn)生電路徑的可編程電壓是反熔絲層16的厚度的函數(shù)，所以電介質(zhì)過(guò)蝕刻(over-etch)產(chǎn)生的反熔絲材料損壞會(huì)引起去編程狀態(tài)(deprogrammed state)并導(dǎo)致產(chǎn)品故障，即，當(dāng)施加適當(dāng)?shù)碾妷簳r(shí)未正確地形成電路徑。此外，電壓編程方法需要三明治結(jié)構(gòu)，反熔絲材料層在兩“斷開(kāi)的”導(dǎo)電材料之間。圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的此要求限制了設(shè)計(jì)靈活性并擴(kuò)大了形成元件所需的面積。
在下面的文獻(xiàn)中可發(fā)現(xiàn)上面定義的基本反熔絲結(jié)構(gòu)的一些變型。
Sanchez等人的標(biāo)題為“Method and apparatus for fabricating anti-fusedevices”的美國(guó)專利No.5789795公開(kāi)了設(shè)置在反熔絲材料之上的蝕刻層、以及設(shè)置在蝕刻層之上的金屬間氧化物層。該金屬間氧化物具有形成在其中的通孔(via)。
Fuller等人的標(biāo)題為“Method for making an anti-fuse”的美國(guó)專利No.6335228提供一種制造具有冗余組元的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)的工藝，包括用于同時(shí)形成普通接觸和反熔絲接觸的步驟。
Radens等人的標(biāo)題為“Method of making a dual damascene anti-fuse withvia before wire”的美國(guó)專利No.6251710公開(kāi)了一種反熔絲結(jié)構(gòu)，其包括襯底，該襯底具有導(dǎo)電特征的第一層面(level)、圖案化的反熔絲材料、圖案化的層間電介質(zhì)材料、以及導(dǎo)電特征的第二層面。
Sanchez等人的標(biāo)題為“Methods of fabrication of anti-fuse integrated withdual damascene”的美國(guó)專利No.6124194提供一種反熔絲工藝，其使用SiN層構(gòu)圖至少開(kāi)口。第一開(kāi)口暴露金屬通孔，第二開(kāi)口暴露第二金屬線之上的部分第一電介質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種反熔絲結(jié)構(gòu)以及形成這樣的反熔絲結(jié)構(gòu)的方法，該反熔絲結(jié)構(gòu)包括電介質(zhì)中作為反熔絲的埋設(shè)導(dǎo)電層。根據(jù)本發(fā)明，發(fā)明的反熔絲結(jié)構(gòu)包括互連之間漏電電介質(zhì)(leaky dielectric)的區(qū)域。術(shù)語(yǔ)“漏電電介質(zhì)”用在本申請(qǐng)中以描述相鄰互連之間電介質(zhì)材料的區(qū)域，且該電介質(zhì)區(qū)域嵌入有導(dǎo)電材料。所述相鄰互連的每個(gè)不彼此電連接，由此當(dāng)偏壓施加在互連之間時(shí)產(chǎn)生電流。即，當(dāng)兩個(gè)相鄰互連被偏置時(shí)這些初始互連之間的電阻開(kāi)始下降，并導(dǎo)致時(shí)間相關(guān)的電介質(zhì)擊穿、TDDB現(xiàn)象出現(xiàn)。相鄰互連之間的電阻的降低還能通過(guò)增加局部溫度被加速。
本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不需要反熔絲材料的額外層并且本發(fā)明的方法與現(xiàn)有處理相容，不需要嚴(yán)格的掩?；Ｒ虼吮景l(fā)明的方法的制造成本較低。此外，與現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)不同，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)不需要在兩“斷開(kāi)的”導(dǎo)電材料之間被夾住的反熔絲材料層。因此，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法與這里所述的現(xiàn)有技術(shù)反熔絲結(jié)構(gòu)相比為電路設(shè)計(jì)提供更多靈活性。
一般而言，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括絕緣體，包括至少一對(duì)相鄰互連，所述對(duì)的每個(gè)互連包括嵌入在所述絕緣體的表面中且圍繞每個(gè)單獨(dú)互連的部分的埋設(shè)導(dǎo)電例如金屬層，所述埋設(shè)導(dǎo)電層通過(guò)電介質(zhì)區(qū)域被分隔開(kāi)，當(dāng)偏壓施加在所述對(duì)的所述互連之間時(shí)該電介質(zhì)區(qū)域允許電流。
除了上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之外，本發(fā)明還提供一種制造這樣的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。具體地，且一般而言，本發(fā)明的方法包括步驟提供包括具有通孔和線開(kāi)口的絕緣體的結(jié)構(gòu)；在所述結(jié)構(gòu)上形成有機(jī)平坦化材料以用所述有機(jī)平坦化材料填充所述通孔和線開(kāi)口；形成具有用于形成反熔絲結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)開(kāi)口區(qū)域的氧化物層，所述至少一個(gè)開(kāi)口區(qū)域位于一對(duì)相鄰的線開(kāi)口之上；去除所述至少一個(gè)開(kāi)口區(qū)域內(nèi)的所述有機(jī)平坦化材料的至少一部分從而暴露所述相鄰線開(kāi)口的每對(duì)的一部分；將導(dǎo)電層嵌入在所述相鄰線開(kāi)口對(duì)之間所述絕緣體中；去除所述氧化物層且保留有機(jī)平坦化材料；至少用導(dǎo)電互連材料填充所述通孔和線開(kāi)口；以及平坦化所述導(dǎo)電互連材料至所述絕緣體的上表面，其中所述平坦化從所述絕緣體的上水平表面去除所述嵌入的導(dǎo)電層，形成至少一對(duì)包括埋設(shè)導(dǎo)電層的相鄰互連，所述埋設(shè)導(dǎo)電層圍繞每個(gè)單獨(dú)互連的一部分，每個(gè)埋設(shè)第一導(dǎo)電層通過(guò)電介質(zhì)區(qū)域分隔開(kāi)，當(dāng)偏壓施加在所述對(duì)的所述互連之間時(shí)所述電介質(zhì)區(qū)域允許電流。


圖1是描述現(xiàn)有技術(shù)反熔絲結(jié)構(gòu)的圖示(通過(guò)剖視圖)；圖2-9是示出制造本發(fā)明的可編程反熔絲結(jié)構(gòu)的基本處理步驟的圖示(通過(guò)剖視圖)；圖10A-10C是示出本發(fā)明的供選的反熔絲結(jié)構(gòu)的圖示(通過(guò)剖視圖)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種反熔絲結(jié)構(gòu)以及制造該反熔絲結(jié)構(gòu)的方法，該反熔絲結(jié)構(gòu)包括特別修改了的反熔絲材料層(或者埋設(shè)導(dǎo)電層)?，F(xiàn)在將參照下面的論述以及附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。注意，為了示例目的而提供附圖，因此，附圖未按比例繪制。
如上所述，本發(fā)明提供一種反熔絲結(jié)構(gòu)以及形成這樣的反熔絲結(jié)構(gòu)的方法，該反熔絲結(jié)構(gòu)包括作為反熔絲的埋設(shè)導(dǎo)電層。根據(jù)本發(fā)明，發(fā)明的反熔絲結(jié)構(gòu)包括互連之間漏電電介質(zhì)的區(qū)域。本申請(qǐng)中術(shù)語(yǔ)“漏電電介質(zhì)”用來(lái)描述相鄰互連之間電介質(zhì)材料的區(qū)域，該電介質(zhì)區(qū)域嵌入有導(dǎo)電材料。所述相鄰互連的每個(gè)未彼此電連接，由此當(dāng)偏壓施加到互連時(shí)產(chǎn)生電流。即，當(dāng)兩個(gè)相鄰互連被偏置時(shí)這些初始互連之間的電阻開(kāi)始降低并導(dǎo)致時(shí)間相關(guān)的電介質(zhì)擊穿、TDDB現(xiàn)象發(fā)生。相鄰互連之間電阻的降低還能通過(guò)增加局部溫度而被加速。
首先參照?qǐng)D2，其是描述通過(guò)本發(fā)明的初始處理步驟的結(jié)構(gòu)的剖視圖。具體地，圖2示出結(jié)構(gòu)200，其包括具有嵌入其中的至少一個(gè)互連201的第一絕緣體202。所述至少一個(gè)互連201通過(guò)可選的，也是優(yōu)選的，第一擴(kuò)散阻擋材料203與第一絕緣體202隔離開(kāi)。結(jié)構(gòu)200還包括位于第一絕緣體202的表面以及部分互連201上的電介質(zhì)膜204。具有線開(kāi)口210和至少一個(gè)通孔開(kāi)口212的第二絕緣體205位于電介質(zhì)膜204的表面部分上。注意，所述至少一個(gè)通孔開(kāi)口212暴露互連201的上表面。
利用本領(lǐng)域公知的互連技術(shù)制造圖2所示的結(jié)構(gòu)。首先，利用例如常規(guī)半導(dǎo)體器件處理步驟，諸如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件制造，形成包括各種半導(dǎo)體器件(未示出)的晶片(未示出)。
然后利用例如常規(guī)沉積工藝諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、蒸鍍、旋涂、以及其它類似沉積工藝在所述晶片上沉積第一絕緣體202。
第一絕緣體202包括有機(jī)電介質(zhì)材料、無(wú)機(jī)電介質(zhì)材料或者其多層堆疊。第一絕緣體202可以是非多孔的(non-porous)、多孔的或者非多孔和多孔的組合。通常，第一絕緣體202具有約4.0或更小的介電常數(shù)。除非另外說(shuō)明，所有介電常數(shù)在真空中測(cè)量。能用作第一絕緣體202的電介質(zhì)材料的例子包括但不限于SiO2，芳香族熱固性聚亞芳香醚(polyarylene ether)例如Dow Chemical Company出售的SiLK或Honeywell出售的Flare，包括Si、C、O和H原子的碳摻雜氧化物(即硅酸鹽玻璃)，倍半硅氧烷(silsesquioxane)諸如甲基倍半硅氧烷或氫化倍半硅氧烷(hydridosilsesquioxane)，四乙基原硅酸鹽(TEOS)，以及有機(jī)硅烷諸如甲基硅烷或乙基硅烷。第一絕緣體202的厚度可以根據(jù)所采用的電介質(zhì)的類型以及用于沉積該電介質(zhì)的技術(shù)而變化。通常，且為了示例，第一絕緣體202具有從約500至約10000的厚度，從約2000至約6000的厚度是更一般的。
沉積第一絕緣體202之后，包括可選的擴(kuò)散阻擋材料203的至少一個(gè)互連201形成到第一絕緣體202中。通過(guò)首先在第一絕緣體202的上表面上提供光致抗蝕劑層(未示出)形成所述至少一個(gè)互連201和可選的擴(kuò)散阻擋材料203。該光致抗蝕劑層通過(guò)光刻被構(gòu)圖，所述光刻包括將所述光致抗蝕劑層曝光到一輻照?qǐng)D案且然后利用常規(guī)抗蝕劑顯影液顯影該被曝光的光致抗蝕劑。圖案化的光致抗蝕劑保護(hù)部分第一絕緣體202，同時(shí)留下其它部分被暴露。
不包括圖案化的光致抗蝕劑，第一絕緣體202的暴露部分然后利用干法蝕刻工藝或者濕法蝕刻工藝被部分去除。能用于從圖案化的光致抗蝕劑轉(zhuǎn)移圖案到下面的第一絕緣體202的干法蝕刻工藝的例子包括反應(yīng)離子蝕刻、等離子體蝕刻、離子束蝕刻、或激光燒蝕，通常使用反應(yīng)離子蝕刻(RIE)。本發(fā)明在此點(diǎn)能使用的濕法化學(xué)蝕刻工藝的例子是稀釋的HF。
不管所使用的蝕刻工藝的類型，此蝕刻步驟停止在第一絕緣體202內(nèi)，在其中產(chǎn)生槽(或開(kāi)口)。該槽(或開(kāi)口)然后可選擇地用第一擴(kuò)散阻擋材料203諸如Ta、TaN、Ti、TiN、TiSiN、W、WN、或Ru裝襯?？蛇x的擴(kuò)散阻擋材料203利用常規(guī)沉積工藝諸如CVD、PECVD、蒸鍍、濺鍍和其它類似沉積工藝形成。形成在槽(或開(kāi)口)內(nèi)暴露的壁表面上的可選的第一擴(kuò)散阻擋材料203的厚度可以根據(jù)所沉積的擴(kuò)散阻擋材料的類型和形成它所使用的沉積技術(shù)而改變。通常，可選的第一擴(kuò)散阻擋材料203的厚度為從約1到約100nm，從約3到約80nm的厚度是更一般的。
接著，帶有或不帶有第一擴(kuò)散阻擋材料203的所述槽(或開(kāi)口)被填充以導(dǎo)電互連材料。所述槽(或開(kāi)口)的填充包括沉積步驟，接著為可選的平坦化工藝。沉積步驟包括常規(guī)沉積工藝諸如CVD、PECVD、蒸鍍、濺鍍、電鍍、化學(xué)溶液沉積和其它類似沉積工藝。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，可在沉積之前形成導(dǎo)電互連材料的薄籽層。
所述可選的平坦化工藝包括化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)、研磨或其結(jié)合?？砂l(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的此步驟在第一絕緣體202內(nèi)形成嵌入的互連201。
填充所述至少一個(gè)槽(或開(kāi)口)所使用的導(dǎo)電互連材料包括諸如多晶硅、多晶SiGe的導(dǎo)電材料，或者導(dǎo)電金屬。本發(fā)明中用作導(dǎo)電互連材料的優(yōu)選導(dǎo)電金屬的一些例子包括Cu、Al、Al(Cu)以及W。注意，元件202、201和203能被看作下互連層面，上互連層面將隨后形成在其上；本發(fā)明中，上互連層面包括第二絕緣體205、互連401和402、埋設(shè)導(dǎo)電層601以及包括與第一互連201接觸的通孔的互連。
然后利用常規(guī)沉積工藝諸如CVD、PECVD、蒸鍍、化學(xué)溶液沉積和其它類似沉積工藝在包括所述至少一個(gè)嵌入的互連201的第一絕緣體202上沉積電介質(zhì)膜204。電介質(zhì)膜204包括能充當(dāng)?shù)谝唤^緣體202和第二絕緣體205(將隨后形成)之間的蝕刻停止層的任何材料。通常，電介質(zhì)膜204包括Si3N4、SiC或SiO2之一。本發(fā)明中還預(yù)期了這些材料的多層。電介質(zhì)膜204具有通常從約3到約100nm的厚度，從約10到約80nm的厚度對(duì)于電介質(zhì)膜204是更一般的。
沉積電介質(zhì)膜204之后，第二絕緣體205利用上述用于第一絕緣體202的沉積技術(shù)之一沉積在電介質(zhì)膜204上。第二絕緣體205包括多孔的或非多孔的電介質(zhì)材料，其可以是與第一絕緣體202相同或不同的電介質(zhì)材料。第二絕緣體205的厚度可以根據(jù)所使用的沉積技術(shù)以及所沉積的電介質(zhì)材料的類型而變化。通常，第二絕緣體205的厚度為從約500到約10000，從約2000到約6000的厚度是更一般的。
然后線開(kāi)口210和至少一個(gè)通孔開(kāi)口212利用常規(guī)光刻和蝕刻形成到第二絕緣體中。注意，包括上面的線開(kāi)口210的所述至少一個(gè)通孔開(kāi)口212暴露互連201的上表面。
提供圖2所示的結(jié)構(gòu)之后，首先沉積有機(jī)平坦化材料301，所沉積的有機(jī)材料經(jīng)歷平坦化工藝。如圖3所示，有機(jī)平坦化材料301的沉積填充在所述至少一個(gè)通孔開(kāi)口212和線開(kāi)口210中并覆蓋第二電介質(zhì)205的上表面。向該結(jié)構(gòu)提供有機(jī)平坦化材料301所使用的合適的沉積工藝包括旋涂、CVD、PECVD、蒸鍍、化學(xué)溶液沉積以及其它類似沉積技術(shù)。CMP或研磨可用來(lái)平坦化所沉積的有機(jī)平坦化材料301。
本發(fā)明中使用的有機(jī)材料301包括任何有機(jī)平坦化材料，包括例如抗反射涂層、來(lái)自JSR的NFC和TDP、來(lái)自Promerus的PN、來(lái)自ShinEtsu的ODL、以及來(lái)自Brewer的NCA和GF。
向該結(jié)構(gòu)提供有機(jī)平坦化材料301之后，沉積氧化物層302例如低溫氧化物(LTO)。氧化物層302的厚度通常為從約100到約2000，從約400到約800的厚度是更一般的。圖3所示的結(jié)構(gòu)還包括形成在有機(jī)平坦化材料301之上的氧化物層302。
圖4示出用于構(gòu)建反熔絲結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)區(qū)域400形成之后的結(jié)構(gòu)。具體地，用于構(gòu)建反熔絲結(jié)構(gòu)的該至少一個(gè)區(qū)域400通過(guò)光刻和蝕刻形成。特別地，形成圖案掩模(未示出)，其暴露部分氧化物層302，且諸如RIE的蝕刻被用來(lái)開(kāi)口氧化物層302，暴露下面的有機(jī)平坦化材料301的部分。注意，所述至少一個(gè)區(qū)域400通常位于相鄰線開(kāi)口210的部分之上，其也可以包括通孔開(kāi)口212。這些區(qū)域被標(biāo)作401和402，且它們將成為上互連層面的互連。
然后使用選擇性去除有機(jī)平坦化材料301的化學(xué)剝離工藝以從該結(jié)構(gòu)去除被暴露的有機(jī)平坦化材料301。該工藝或者從該結(jié)構(gòu)完全剝離暴露的有機(jī)平坦化材料301，如圖5A所示，或者部分地剝離有機(jī)平坦化材料301并留下一些有機(jī)平坦化材料301在線開(kāi)口210的底表面上，如圖5B所示。為了清晰起見(jiàn)，將利用圖5A所示的結(jié)構(gòu)描述本發(fā)明的剩余處理步驟。
例如埋設(shè)金屬層的埋設(shè)導(dǎo)電層601利用原子層沉積(ALD)形成在圖5A所示的結(jié)構(gòu)中。注意，沉積和隨后的平坦化(下文描述)之后的埋設(shè)導(dǎo)電層形成發(fā)明的結(jié)構(gòu)的反熔絲材料。ALD允許導(dǎo)電材料沉積和滲透到第二絕緣體205的未被覆蓋以有機(jī)平坦化材料301的暴露部分中。埋設(shè)導(dǎo)電材料層601用作發(fā)明的結(jié)構(gòu)中的反熔絲，當(dāng)兩個(gè)相鄰互連即互連401和402之間的電阻下降時(shí)該反熔絲能被電激活。埋設(shè)導(dǎo)電層601包括導(dǎo)電材料諸如Ta、TaN、W、Cu、Al、Pt、Pd、Ru、Rh、Au和Ag。還預(yù)期了多層。
埋設(shè)導(dǎo)電層601具有從約2到約200的沉積和滲透后厚度，從約10到約30的厚度是更一般的。通過(guò)利用本領(lǐng)域公知的常規(guī)條件進(jìn)行ALD。例如，利用包括上述導(dǎo)電材料的至少一種的金屬前體(precursor)，在從約25℃到約400℃的溫度進(jìn)行ALD。例如在圖6中示出了包括埋設(shè)導(dǎo)電層601的結(jié)構(gòu)。
圖7示出在氧化物層302和殘余的有機(jī)平坦化材料301被從所述結(jié)構(gòu)去除之后形成的結(jié)構(gòu)。利用化學(xué)蝕刻和剝離的結(jié)合去除這些材料。
接著，可選的第二擴(kuò)散阻擋層801和導(dǎo)電第二互連材料802順序沉積在圖7所示的結(jié)構(gòu)上從而至少填充通孔開(kāi)口212和線開(kāi)口210。這些沉積步驟之后形成的所得結(jié)構(gòu)示于圖8中?？蛇x的第二擴(kuò)散阻擋801利用結(jié)合第一擴(kuò)散阻擋材料203提到的上述沉積工藝之一形成?？蛇x的第二擴(kuò)散阻擋801可包括結(jié)合第一可選擴(kuò)散阻擋材料203提及的材料之一?？蛇x的第二擴(kuò)散阻擋層801的厚度也在用于第一可選擴(kuò)散阻擋203材料的上述范圍內(nèi)。
導(dǎo)電第二互連材料802包括對(duì)于互連201提及的導(dǎo)電材料之一，形成第一互連201所使用的那些沉積工藝之一可用于形成導(dǎo)電第二互連材料802。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可在沉積之前形成導(dǎo)電材料的薄籽層。所形成的導(dǎo)電第二互連材料802的厚度可根據(jù)所使用的材料和沉積工藝而變化。通常，導(dǎo)電第二互連材料802具有從約500到約15000的厚度，從約5000到約8000的厚度是更一般的。
圖9示出圖8的結(jié)構(gòu)經(jīng)歷平坦化工藝?yán)鏑MP且電介質(zhì)蓋帽層901在平坦化的表面上沉積之后的結(jié)構(gòu)。注意，平坦化工藝提供這樣的結(jié)構(gòu)，其中導(dǎo)電第二互連材料802和可選的第二擴(kuò)散阻擋801每個(gè)具有與第二絕緣體205的上表面基本共面的上表面；該平坦化工藝還去除存在于第二絕緣體205的上水平表面部分中的埋設(shè)導(dǎo)電層601。因此，第二絕緣體205中相鄰互連之間的埋設(shè)導(dǎo)電層601沒(méi)有直接彼此連接。
上述電介質(zhì)蓋帽層901包括氧化物、氮化物、氧氮化物或其多層。電介質(zhì)蓋帽層901通過(guò)CVD、PECVD、蒸鍍或其它類似沉積工藝形成。通常，電介質(zhì)蓋帽層901具有從約3到約100nm的沉積后厚度，從約10到約80nm的厚度是更一般的。
所需(或允許的)的另外的互連層面，帶有或不帶有埋設(shè)導(dǎo)電層601，可形成在上述上互連層面之上。
圖10A-10C示出能利用上述本發(fā)明的方法形成的一些附加結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)利用與上述圖2-9中相同的基本工藝步驟形成，除了操控區(qū)域400的位置。
注意，當(dāng)偏壓施加在包括埋設(shè)導(dǎo)電層601的互連401和402之間時(shí)，第二絕緣體205的位于相鄰互連401和402之間的區(qū)域變得漏電，即電流在該區(qū)域產(chǎn)生并流動(dòng)。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不需要反熔絲材料的額外層，且本發(fā)明的方法與現(xiàn)有處理相容，不需要額外的嚴(yán)格掩?；?。因此本發(fā)明方法的工藝成本較低。此外，與現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)不同，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)不需要在兩“斷開(kāi)的”導(dǎo)電材料之間被夾位的反熔絲材料層。因此，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法與這里描述的現(xiàn)有技術(shù)反熔絲結(jié)構(gòu)相比為電路設(shè)計(jì)提供更多的靈活性。
盡管已經(jīng)相關(guān)于其優(yōu)選實(shí)施例特別顯示和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，可以進(jìn)行前述和其它形式和細(xì)節(jié)上的改變而不偏離本發(fā)明的思想和范圍。因此，本發(fā)明不限于所描述和示出的確切形式和細(xì)節(jié)，而應(yīng)落在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括絕緣體，包括至少一對(duì)相鄰互連，所述對(duì)中每個(gè)互連包括嵌入在所述絕緣體的表面中且圍繞每個(gè)單獨(dú)互連的一部分的埋設(shè)導(dǎo)電層，所述埋設(shè)導(dǎo)電層通過(guò)電介質(zhì)區(qū)域被分隔開(kāi)，當(dāng)偏壓施加到所述對(duì)的所述互連之間時(shí)所述電介質(zhì)區(qū)域允許電流。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述絕緣體是有機(jī)或無(wú)機(jī)電介質(zhì)材料。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述絕緣體具有約4.0或更小的介電常數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述絕緣體包括SiO2，芳香族熱固性聚亞芳香醚，包括Si、C、O和H原子的碳摻雜氧化物，倍半硅氧烷，四乙基原硅酸鹽(TEOS)，或者有機(jī)硅烷。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述相鄰互連對(duì)嵌入在所述絕緣體中且包括可選的擴(kuò)散阻擋材料和導(dǎo)電互連材料。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述可選的擴(kuò)散阻擋材料包括Ta、TaN、Ti、TiN、TiSiN、W、WN或Ru之一。
7.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述導(dǎo)電互連材料包括Cu、Al、W或Al(Cu)。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述埋設(shè)導(dǎo)電層的每個(gè)包括Ta、TaN、W、Cu、Al、Pt、Pd、Ru、Rh、Au或Ag。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括在包括所述相鄰互連對(duì)的所述絕緣體的表面之上的電介質(zhì)蓋帽層。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括所述絕緣體中導(dǎo)電填充的通孔，其與嵌入在下面的絕緣體中的下面的互連接觸。
11.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述下面的絕緣體與所述絕緣體通過(guò)電介質(zhì)膜部分分隔開(kāi)，所述電介質(zhì)膜具有開(kāi)口，所述開(kāi)口中所述導(dǎo)電填充的通孔接觸所述下面的互連。
12.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括第一絕緣體，包括至少一個(gè)嵌入第一互連區(qū)域；以及第二絕緣體，在所述第一絕緣體上面，所述第二絕緣體包括至少一對(duì)相鄰第二互連區(qū)域，所述對(duì)的每個(gè)互連區(qū)域包括嵌入在所述第二絕緣體的表面中且圍繞每個(gè)單獨(dú)互連的一部分的埋設(shè)導(dǎo)電層，所述埋設(shè)導(dǎo)電層通過(guò)電介質(zhì)區(qū)域分隔開(kāi)，當(dāng)偏壓施加到所述對(duì)的所述互連之間時(shí)所述電介質(zhì)區(qū)域允許電流。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一和第二絕緣體是選自有機(jī)和無(wú)機(jī)電介質(zhì)材料的相同或不同電介質(zhì)材料。
14.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一和第二絕緣體具有約4.0或更小的介電常數(shù)。
15.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一和第二絕緣體包括SiO2，芳香族熱固性聚亞芳香醚，包括Si、C、O和H原子的碳摻雜氧化物，倍半硅氧烷，四乙基原硅酸鹽(TEOS)，或有機(jī)硅烷中的一種。
16.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一和第二互連區(qū)域每個(gè)包括可選的擴(kuò)散阻擋材料和導(dǎo)電互連材料，其材料可以相同或者不同。
17.如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述可選的擴(kuò)散阻擋材料包括Ta、TaN、Ti、TiN、TiSiN、W、WN或Ru之一。
18.如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述導(dǎo)電互連材料包括Cu、Al、W或Al(Cu)。
19.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述埋設(shè)導(dǎo)電層的每個(gè)包括Ta、TaN、W、Cu、Al、Pt、Pd、Ru、Rh、Au或Ag。
20.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括在包括所述相鄰互連區(qū)域?qū)Φ乃龅诙^緣體的表面之上的電介質(zhì)蓋帽層。
21.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括所述第二絕緣體中的導(dǎo)電填充的通孔，其與所述第一絕緣體的所述第一互連區(qū)域接觸。
22.如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一絕緣體通過(guò)電介質(zhì)膜與所述第二絕緣體部分分隔開(kāi)，所述電介質(zhì)膜具有開(kāi)口，在所述開(kāi)口中所述導(dǎo)電填充的通孔與所述第一互連區(qū)域接觸。
23.一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括提供包括具有通孔和線開(kāi)口的絕緣體的結(jié)構(gòu)；在所述結(jié)構(gòu)上形成有機(jī)平坦化材料以用所述有機(jī)平坦化材料填充所述通孔和線開(kāi)口；形成具有用于形成反熔絲結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)開(kāi)口區(qū)域的氧化物層，所述至少一個(gè)開(kāi)口區(qū)域位于一對(duì)相鄰的線開(kāi)口之上；去除所述至少一個(gè)開(kāi)口區(qū)域內(nèi)的所述有機(jī)平坦化材料的至少一部分從而暴露所述相鄰線開(kāi)口的每對(duì)的一部分；將導(dǎo)電層嵌入在所述相鄰線開(kāi)口對(duì)之間所述絕緣體中；去除所述氧化物層且保留有機(jī)平坦化材料；至少用導(dǎo)電互連材料填充所述通孔和線開(kāi)口；以及平坦化所述導(dǎo)電互連材料至所述絕緣體的上表面，其中所述平坦化從所述絕緣體的上水平表面去除所述嵌入的導(dǎo)電層，形成包括埋設(shè)導(dǎo)電層的至少一對(duì)相鄰互連，所述埋設(shè)導(dǎo)電層圍繞每個(gè)單獨(dú)互連的一部分，每個(gè)埋設(shè)第一導(dǎo)電層通過(guò)電介質(zhì)區(qū)域分隔開(kāi)，當(dāng)偏壓施加到所述對(duì)的所述互連之一時(shí)所述電介質(zhì)區(qū)域允許電流。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)還包括下面的絕緣體，其包括下面的互連，所述絕緣體與所述下面的絕緣體通過(guò)電介質(zhì)膜分隔開(kāi)，所述電介質(zhì)膜具有開(kāi)口，其暴露部分所述下面的互連。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述通孔和線開(kāi)口通過(guò)光刻和蝕刻形成。
26.如權(quán)利要求23所述的方法，其中形成所述有機(jī)平坦化材料包括沉積和平坦化。
27.如權(quán)利要求23所述的方法，其中通過(guò)光刻和蝕刻穿所述氧化物層停止在所述有機(jī)平坦化材料上來(lái)形成所述至少一個(gè)開(kāi)口區(qū)域。
28.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述去除所述有機(jī)平坦化材料包括部分剝離工藝或完全剝離工藝。
29.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述嵌入所述導(dǎo)電層包括原子層沉積。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述導(dǎo)電層包括Ta、TaN、W、Cu、Al、Pt、Pd、Ru、Rh、Au或Ag中的一種。
31.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述去除所述氧化物層且保留有機(jī)平坦化材料包括化學(xué)蝕刻和剝離的結(jié)合。
32.如權(quán)利要求23所述的方法，還包括在包括所述相鄰互連對(duì)的所述絕緣體之上的電介質(zhì)蓋帽層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種反熔絲結(jié)構(gòu)以及形成這樣的反熔絲結(jié)構(gòu)的方法，該反熔絲結(jié)構(gòu)包括作為反熔絲材料的埋設(shè)導(dǎo)電例如金屬層。根據(jù)本發(fā)明，發(fā)明的反熔絲結(jié)構(gòu)包括互連之間漏電電介質(zhì)的區(qū)域。當(dāng)兩個(gè)相鄰互連被偏置時(shí)這些初始互連之間的電阻開(kāi)始降低且導(dǎo)致時(shí)間相關(guān)的電介質(zhì)擊穿、TDDB現(xiàn)象發(fā)生。相鄰互連之間電阻的降低還能通過(guò)增大局部溫度而被加速。
文檔編號(hào)H01L21/768GK1925151SQ20061009087
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2006年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月19日
發(fā)明者楊啟超, 勞倫斯·A·克萊文杰, 許履塵, 尼古拉斯·C·富勒, 蒂莫西·J·多爾頓 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司