金屬通孔熔絲的制作方法
【專利摘要】本文公開的方法和結(jié)構(gòu)的實(shí)施例提供了形成和編程金屬通孔熔絲的機(jī)制。金屬通孔熔絲和編程晶體管形成一次性可編程(OTP)存儲單元。金屬通孔熔絲具有高阻抗并且可以以低編程電壓進(jìn)行編程，這擴(kuò)展了編程窗口。
【專利說明】金屬通孔熔絲
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電熔絲。具體地，本發(fā)明涉及包括金屬線和通孔插塞的熔絲。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體行業(yè)中，熔絲元件被廣泛用于各種用途的集成電路。通過傳輸電流或熔斷而斷開的熔絲被稱為電熔絲或e_熔絲。通過選擇性地熔斷具有多種潛在用途的集成電路內(nèi)的熔絲，通用的集成電路設(shè)計(jì)可被經(jīng)濟(jì)地制造并適于各種客戶使用。
[0003]熔絲被結(jié)合到集成電路的設(shè)計(jì)中并且被選擇性地熔斷，例如通過傳輸足夠量級的電流而引起熔化或燒結(jié)，從而生成更多阻抗路徑或開路。選擇性地熔斷熔絲的工藝被稱為“編程”。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種金屬通孔熔絲，包括:正極，位于第一金屬層中；負(fù)極，由第二金屬層制成；熔絲鏈(fuse link),由第二金屬層制成,熔絲鏈連接至負(fù)極；金屬線，連接至正極，金屬線由第一金屬層制成；通孔插塞，設(shè)置在熔絲鏈和金屬線之間，通孔插塞接觸熔絲鏈和金屬線。
[0005]優(yōu)選地，金屬通孔熔絲具有范圍在約20歐姆到約80歐姆之間的電阻率。
[0006]優(yōu)選地，熔絲鏈具有范圍在約0.01 ii m至約0.08ii m之間的寬度。
[0007]優(yōu)選地，熔絲鏈具有范圍在約0.3iim至約2.5iim之間的長度。
[0008]優(yōu)選地，通孔插塞具有范圍在約0.01 ii m至約0.08 ii m之間的直徑。
[0009]優(yōu)選地，如果熔絲鏈位于下層中，則通孔插塞部分落在熔絲鏈上，或者如果熔絲鏈位于上層中，則通孔插塞被熔絲鏈部分覆蓋。
[0010]優(yōu)選地，第二金屬層位于第一金屬層之上。
[0011]優(yōu)選地,第一金屬層位于第二金屬層之上。
[0012]優(yōu)選地，金屬通孔熔絲中不具有與熔絲鏈相鄰的偽金屬線。
[0013]優(yōu)選地，該金屬通孔熔絲進(jìn)一步包括與熔絲鏈相鄰的偽金屬線，其中，熔絲鏈和偽金屬線之間的距離至少為約0.1 i! m。
[0014]優(yōu)選地，正極連接至控制晶體管，控制晶體管連接至電源并用于控制由電源向熔絲鏈提供電能。
[0015]優(yōu)選地，負(fù)極連接至用于控制金屬通孔熔絲的編程的可編程晶體管的漏極。
[0016]優(yōu)選地，如果導(dǎo)通可編程晶體管，則金屬通孔熔絲被配置為促進(jìn)等于或大于約IOmA的電流。
[0017]優(yōu)選地，編程晶體管的源極的編程電壓在約1.2V至約2.4V的范圍內(nèi)。 [0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種金屬通孔熔絲，包括:正極，由第一金屬層制成，正極在其一端包括第一金屬線；負(fù)極，由第一金屬層制成，負(fù)極在其一端包括第二金屬線；熔絲鏈，由第二金屬層制成，熔絲鏈具有第一端和第二端，其中，第一端和第二端位于熔絲鏈的相對側(cè)；以及兩個(gè)通孔插塞，兩個(gè)通孔插塞中的一個(gè)設(shè)置在熔絲鏈的第一端和正極的一端之間，并且另一個(gè)通孔插塞設(shè)置在熔絲鏈的第二端和負(fù)極的一端之間。
[0019]優(yōu)選地，第二金屬層比兩個(gè)通孔插塞更靠近器件區(qū)域。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種形成金屬通孔熔絲的方法，包括:在襯底上形成金屬熔絲鏈，金屬熔絲鏈?zhǔn)羌娱L金屬線；形成接觸金屬熔絲鏈的一端的通孔插塞；以及在與金屬熔絲鏈不同的金屬層上形成金屬結(jié)構(gòu)，金屬結(jié)構(gòu)接觸通孔插塞，并且金屬結(jié)構(gòu)包括第一較大金屬區(qū)域，第一較大金屬區(qū)域是金屬通孔熔絲的正極。
[0021]優(yōu)選地，金屬熔絲鏈連接至與通孔插塞相反的一端上的第二較大金屬區(qū)域，第二較大金屬區(qū)域是金屬通孔熔絲的負(fù)極。
[0022]優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括:在形成通孔插塞的同時(shí)形成另一通孔插塞；以及在形成金屬結(jié)構(gòu)的同時(shí)形成另一金屬結(jié)構(gòu)，另一通孔插塞接觸金屬熔絲鏈的另一端和另一金屬結(jié)構(gòu)，另一金屬結(jié)構(gòu)包括第二較大金屬區(qū)域，第二較大金屬區(qū)域是金屬通孔熔絲的負(fù)極。
[0023]優(yōu)選地，金屬熔絲鏈具有范圍在約0.01 ii m至約0.08 U m之間的寬度，并且通孔插塞的直徑小于金屬熔絲鏈的寬度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]參照附圖閱讀時(shí)，根據(jù)以下詳細(xì)描述更好地理解本發(fā)明的內(nèi)容。需要強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)慣例，各個(gè)部件沒有按比例繪制。事實(shí)上，為了清楚地討論，可以任意地增加或減小各個(gè)部件的尺寸。
[0025]圖1是根據(jù)一些實(shí)施例的一次性可編程(OTP)存儲單元的電路圖。
[0026]圖2A是根據(jù)一些實(shí)施例的電熔絲的頂視圖。
[0027]圖2B是根據(jù)一些實(shí)施例的熔斷的熔絲鏈的頂視圖。
[0028]圖3A是根據(jù)一些實(shí)施例的金屬通孔熔絲的頂視圖。
[0029]圖3B是根據(jù)一些實(shí)施例的圖3A的金屬通孔熔絲的熔絲鏈的截面圖。
[0030]圖3C是根據(jù)一些實(shí)施例的圖3B的熔絲鏈在熔絲鏈熔斷之后的截面圖。
[0031]圖3D是根據(jù)一些實(shí)施例的圖3C的熔斷的熔絲鏈的頂視圖。
[0032]圖3E是根據(jù)一些實(shí)施例的熔斷的熔絲鏈被短路為偽金屬線的頂視圖。
[0033]圖3F是根據(jù)一些實(shí)施例的沒有偽金屬線的金屬通孔熔絲的頂視圖。
[0034]圖3G是根據(jù)一些其它實(shí)施例的沒有偽金屬線的金屬通孔熔絲的頂視圖。
[0035]圖4A是根據(jù)一些實(shí)施例的金屬通孔熔絲的頂視圖。
[0036]圖4B是根據(jù)一些實(shí)施例的圖4A的金屬通孔熔絲的截面圖。
[0037]圖4C是根據(jù)一些實(shí)施例的金屬通孔熔絲的截面圖。
[0038]圖5A是根據(jù)一些實(shí)施例的部分落在金屬熔絲線上的金屬通孔熔絲的通孔插塞的截面圖。
[0039]圖5B是根據(jù)一些實(shí)施例的被金屬熔絲線部分覆蓋的金屬通孔熔絲的通孔插塞的截面圖。
[0040]圖6是根據(jù)一些實(shí)施例的形成一次性可編程(OTP)存儲單元的工藝流程的流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0041]應(yīng)該理解，以下描述提供了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同特征的許多不同的實(shí)施例或?qū)嵗?。以下描述部件和配置的具體實(shí)例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例并不用于限制。此外，在以下描述中第一部件形成在第二部件上方或第二部件上可包括第一和第二部件直接接觸的實(shí)施例，還可包括形成置于第一和第二部件之間的附加部件以使第一和第二部件不直接接觸的實(shí)施例。為了簡單和清楚，各個(gè)部件可以以不同比例任意繪制。
[0042]圖1是根據(jù)一些實(shí)施例的一次性可編程(OTP)存儲單元100的電路圖。OTP存儲單元100具有熔絲110，其可以是金屬熔絲或多晶硅熔絲。多晶硅熔絲可由硅化物或非硅化物多晶硅制成。熔絲110位于可編程晶體管150的漏極120和提供編程電壓VrcM的電壓源130之間。根據(jù)一些實(shí)施例，通過控制晶體管170來控制對電壓源130的訪問?？蛇x地，省略控制晶體管170。在一些實(shí)施例中，編程電壓是電源電壓?？删幊叹w管150的源極140連接至地145 (或Vss)。此外，讀節(jié)點(diǎn)(RN) 125位于熔絲110和控制晶體管170之間。在熔絲110被編程之前(關(guān)斷熔絲110)，熔絲110的阻抗是用于制造熔絲110的導(dǎo)電材料的阻抗并且與熔絲110被熔斷之后的電阻率相比相對較低。結(jié)果，RN 125可讀取相對較低的電壓。OTP存儲單元100被認(rèn)為存儲低邏輯電平(Low)。
[0043]通過導(dǎo)通控制晶體管170來編程熔絲?？赏ㄟ^向柵極175施加信號BL來接通(或?qū)?控制晶體管170以允許熔絲110連接至電壓源130。在控制晶體管170是p型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)晶體管的實(shí)施例中，信號BL是零伏信號。還通過向柵極160施加信號PG來接通編程晶體管150。施加的信號PG是能夠?qū)ňw管150的柵極-源極電壓
當(dāng)晶體管150導(dǎo)通時(shí)，電流I從電壓源130經(jīng)晶體管170，首先流至晶體管150的漏極120，然后流至晶體管150的源極140。電流I使熔絲110變熱并熔斷熔絲110。通過熔化、燒結(jié)或其它機(jī)理“熔斷”熔絲110。當(dāng)金屬或多晶硅熔絲被熔斷時(shí)，熔絲變得不連續(xù)并且熔絲的阻抗增加。因此，在熔絲110熔斷之后，熔絲110具有比其熔斷之前大許多的阻抗。隨著熔斷熔絲，OTP存儲單元100被認(rèn)為被編程。在存儲單元100被編程之后，由于熔絲110的高阻抗，由RN 125讀取的電壓為高。因此，OTP存儲單元100被認(rèn)為存儲高邏輯電平(High)。
[0044]圖2A是根據(jù)一些實(shí)施例的電熔絲110的頂視圖。電熔絲(或e-熔絲)110具有正極210和負(fù)極220。通過熔絲鏈230連接正極210和負(fù)極220。根據(jù)一些實(shí)施例，正極210、負(fù)極220和熔絲鏈230可由導(dǎo)電材料(例如，金屬、聚硅化物或多晶硅)制成?？捎糜谛纬蒭-熔絲的金屬的實(shí)例包括但不限于Al、Al合金、Cu、Cu合金等?？捎糜谛纬蒭-熔絲的聚硅化物的實(shí)例包括但不限于CoSi2 (硅化鈷)、NiSi (硅化鎳)等。圖2A示出了緊鄰熔絲鏈230存在兩條偽金屬線231和232。形成偽金屬線231和232以提高圖案化熔絲鏈230的寬度W1的精度。由于光刻工藝期間的光反射和折射，熔絲鏈230的寬度W1可能變得不精確。偽金屬線(例如線231和232)能用于提高圖案化的精度。在一些實(shí)施例中，偽金屬線231或232的寬度Wd約等于熔絲鏈230的寬度Wp然而，在一些實(shí)施例中，偽金屬線231或232的寬度Wd不等于熔絲鏈230的寬度W1并且可以寬于熔絲鏈230的寬度％。
[0045]根據(jù)一些實(shí)施例，通過接觸件或通孔(或接觸件/通孔)245將正極210連接至上部導(dǎo)電層240。上部導(dǎo)電層240連接至能夠提供編程電壓VrcM的電壓源130。通過接觸件或通孔(或接觸件/通孔)255將負(fù)極220連接至上部導(dǎo)電層250。導(dǎo)電層250連接至圖1的編程晶體管150的漏極120?？蛇x地，在沒有上部導(dǎo)電層250和接觸件/通孔255的情況下，負(fù)極220可直接連接至漏極120。上部導(dǎo)電層240和上部導(dǎo)電層250可由金屬制成。負(fù)極220和正極210經(jīng)熔絲鏈230彼此連接。熔絲鏈230具有寬度W1，其小于負(fù)極220的寬度W2或正極210的寬度W3。寬度W2可大于或小于寬度W3。W2也可大約與W3相同。
[0046]熔絲鏈230比正極210或負(fù)極220窄，并且具有比較寬的正極210或較寬的負(fù)極220的阻抗大的阻抗R。如圖2A所示，當(dāng)編程晶體管150導(dǎo)通時(shí)，(經(jīng)由導(dǎo)電層240)施加電壓源130的VrcM，電流I從正極210流至負(fù)極220。電子在電流I的相反方向上流動(dòng)。由于熔絲鏈230的阻抗，熔絲鏈230由于焦耳效應(yīng)而被加熱。公式(I)示出了焦耳第一定律。
[0047]Q = I2Rt = V2/Rt............................................................(I)
[0048]Q代表產(chǎn)生的熱量，t是經(jīng)過的時(shí)間。熔絲鏈230中產(chǎn)生的熱量增加了被介電層包圍的熔絲鏈230的溫度。如果熔絲鏈230的溫度變得足夠高，則熔絲鏈230可熔化，這使得不連續(xù)的熔絲鏈230具有增加的阻抗。如上所述，所熔化熔絲鏈230的增加阻抗可表明e-熔絲110被編程。圖2B是根據(jù)一些實(shí)施例的熔斷的熔絲鏈230的頂視圖。熔絲鏈230的熔化導(dǎo)致不連續(xù)的熔絲鏈230，其與熔絲鏈230熔斷之前相比具有更高的阻抗。
[0049]如上所述，熔絲鏈230可由導(dǎo)電材料制成，諸如金屬、聚硅化物或多晶硅。由于為了先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)降低熔斷熔絲鏈230的施加電流(I)，熔絲鏈230的電阻率(R)需要變得更高以產(chǎn)生足夠熱量(Q)來燒斷(或中斷)熔絲鏈230。由多晶硅化物制成的熔絲鏈已用于先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)，因?yàn)榭商娲饘倩蚱渌愋腿劢z的斷裂模式(rupture mode)通過電遷移模式來編程多晶硅化物熔絲鏈。然而，一些先進(jìn)技術(shù)使用替代柵極工藝技術(shù)形成柵極結(jié)構(gòu)。為了替代柵極技術(shù)，用金屬柵極替代多晶硅柵極。結(jié)果，根據(jù)一些實(shí)施例，多晶硅化物不再用于形成多晶硅化物熔絲。
[0050]一種替代方法是使用由互連金屬線形成的金屬熔絲。然而，由銅制成的金屬線具有低電阻率。根據(jù)一些實(shí)施例，為了熔斷由銅制成的金屬熔絲，需要電流I等于或大于約25mA。對于先進(jìn)的技術(shù),用于熔斷熔絲的電流相對較低,例如10mA。在一些實(shí)施例中，用于熔斷熔絲的電流在約IOmA到約20mA的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，編程電壓Vrai在約1.2V到約2.4V的范圍內(nèi)。金屬熔絲的熔絲鏈應(yīng)該足夠窄來具有足夠高的電阻率以能夠熔斷金屬熔絲。在一些實(shí)施例中，窄金屬熔絲鏈的要求不能夠滿足在比第一金屬層(Ml)高的金屬層上(諸如M2、M3和更高的金屬層)建立的金屬熔絲鏈。然而，由于柵極結(jié)構(gòu)和金屬熔絲鏈的鄰近，有時(shí)不期望利用Ml制造金屬熔絲鏈。如上所述，為了熔斷熔絲需要產(chǎn)生足夠的熱量。靠近器件區(qū)域具有熔斷的熔絲可能改變集成電路區(qū)域中器件的性能。
[0051]圖3A是根據(jù)一些實(shí)施例的金屬通孔熔絲300的頂視圖。金屬通孔熔絲300包括形成在金屬層(Mn)上的金屬熔絲鏈330，金屬熔絲鏈330的一端連接至與金屬熔絲鏈330處于相同金屬層(Mn)的負(fù)極320(寬金屬區(qū)域)。金屬熔絲鏈330通過通孔插塞335連接至比金屬熔絲鏈330高的金屬層(Mn+1)的金屬線315。金屬線315比金屬熔絲鏈330寬。金屬線315的寬度是I，金屬熔絲鏈330的寬度是巧*。熔絲鏈330的長度是L。金屬鏈300通過金屬線315連接至正極310 (寬金屬區(qū)域)。在一些實(shí)施例中，通孔插塞335的直徑D約與熔絲鏈330的寬度W1*相同。在其它一些實(shí)施例中，通孔插塞335的直徑D小于熔絲鏈330的寬度W1*。在一些實(shí)施例中，通孔插塞335的直徑D在約0.0 Iiim至約0.08 iim的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，如圖3A所示，存在兩條偽金屬線231和232，它們放置在熔絲鏈330的兩側(cè)。偽金屬線231和232的功能已經(jīng)在上文描述。偽金屬線231和232與金屬熔絲鏈330之間的間距被標(biāo)為S。在一些實(shí)施例中，寬度W1*在約0.01 ii m至約0.08 y m的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，熔絲鏈330的長度L在約0.3 iim至約2.5 iim的范圍內(nèi)。
[0052]圖3B是根據(jù)一些實(shí)施例的靠近通孔插塞335的熔絲鏈330的截面圖。圖3B示出了金屬線315位于通孔插塞335上方以及熔絲鏈330位于通孔插塞335下方。由于通孔插塞335的較窄直徑D和通孔插塞335通過環(huán)繞的介電材料的絕緣，金屬通孔熔絲的電阻率大于具有相同金屬寬度的金屬熔絲的電阻率。在一些實(shí)施例中，金屬通孔熔絲的電阻率在約30歐姆到約80歐姆的范圍內(nèi)。相比之下，與熔絲鏈330具有相同金屬寬度的金屬熔絲具有范圍在約10歐姆到約50歐姆之間的電阻率。在一些實(shí)施例中，金屬通孔熔絲的電阻率在約20歐姆到約80歐姆的范圍內(nèi)。
[0053]來自通孔插塞335的熱量(具有更高的溫度)增加了靠近通孔插塞的熔絲鏈330的溫度。當(dāng)編程電壓約為0.78V時(shí)，熱模擬示出通孔插塞335的溫度約為1714°C (最高溫度)，而遠(yuǎn)離通孔插塞335的熔絲鏈330的溫度約為775°C至963°C。使用的熱模擬工具是由賓夕法尼亞州匹茲堡的Ansys有限公司制造的Ansys熱模擬工具。結(jié)果，靠近通孔插塞335的熔絲鏈330在施加電壓Vrai之后熔化并分離。圖3C示出了根據(jù)一些實(shí)施例的在通孔插塞335附近金屬通孔熔絲300的熔絲鏈330斷裂。圖3D示出了根據(jù)一些實(shí)施例的熔斷的熔絲鏈330的頂視圖。圖3D示出了在熔絲熔斷之后熔絲鏈330變得不連續(xù)。
[0054]如圖3A所述，存在兩條偽金屬線231和232，在熔絲鏈330的兩側(cè)各有一條。偽金屬線231和232緊鄰熔絲鏈330以幫助精確地圖案化熔絲鏈330。圖3E示出了根據(jù)一些實(shí)施例的偽金屬線的存在使得熔斷的熔絲鏈330沒有完全不連續(xù)。當(dāng)熔斷金屬熔絲鏈330時(shí)，熔化的金屬被推向一邊。圖3E示出了移動(dòng)的金屬部分被偽金屬線231阻擋并被推回到金屬熔絲鏈330。結(jié)果，如圖3E所示，熔絲鏈330通過由移動(dòng)的金屬和偽金屬線231形成的導(dǎo)電路徑仍然導(dǎo)電。熔斷OTP存儲單元的熔絲應(yīng)該是精確的和一致的。如果偽金屬線靠得太近，則附近的一條或多條偽金屬線會使得熔絲熔斷(或編程)不一致。
[0055]圖3F示出了根據(jù)一些實(shí)施例的在熔絲鏈330’旁邊沒有偽金屬線的金屬通孔熔絲300’。由于熔絲鏈330’旁邊沒有偽金屬線，能更一致地熔斷熔絲鏈330’。可利用光學(xué)鄰近校正(OPC)來印制熔絲鏈330’。OPC可用于通過在光掩模上的不透明和透明部件的邊緣附近分別增加散射條和抗散射條來校正鄰近效應(yīng)和焦深(DOF)問題。在光刻工藝期間，增加散射條以使絕緣和半絕緣部件表現(xiàn)得更像密集線部件區(qū)域。通過使用0PC，可以正確地印制熔絲鏈330’。如果熔絲鏈330附近有金屬線，則熔絲鏈330和偽金屬線之間的間距S要足夠大以避免影響熔絲熔斷的一致性。在一些實(shí)施例中，間距S在大于約0.1 ii m的范圍內(nèi)。
[0056]圖3A至圖3F中的金屬通孔熔絲300和300’包括位于比通孔插塞335低的金屬層中的熔絲鏈330和330 ’。在一些實(shí)施例中，如圖3G所示，金屬通孔熔絲的熔絲鏈330*位于比通孔插塞335高的金屬層中。
[0057]上文描述的金屬通孔熔絲300、300’和300*分別包括連接至單個(gè)通孔插塞335的熔絲鏈300、300’和300*。在一些實(shí)施例中，金屬通孔熔絲的熔絲鏈連接至兩個(gè)通孔插塞。圖4A示出了根據(jù)一些實(shí)施例的金屬通孔熔絲400的熔絲鏈440連接至通孔插塞435a和435b。負(fù)極420和正極410位于高于熔絲鏈430的金屬層上。在熔絲編程的情況下，通孔插塞4354和4358的溫度高于熔絲鏈430的平均溫度。來自通孔插塞435A和435B過多的熱量被傳導(dǎo)至熔絲鏈440以增加熔絲鏈的溫度并熔斷熔絲鏈440。圖4A中的熔絲鏈430位于低于通孔插塞435a和435b的金屬層上。圖4B是根據(jù)一些實(shí)施例的圖4A的熔絲鏈440的截面圖。在一些實(shí)施例中，如圖4C所示，金屬通孔熔絲400’的熔絲鏈430’位于比連接至熔絲鏈430’的通孔插塞4354和4358高的金屬層上。在一些其它實(shí)施例中，緊鄰熔絲鏈430和430’具有類似于偽金屬線231和232的偽金屬線。
[0058]通孔插塞(諸如上文所述金屬通孔熔絲的通孔插塞335、4354和435B)全部落在較低層的金屬線上并被上層金屬線完全覆蓋。在一些實(shí)施例中，金屬通孔熔絲的通孔插塞可被上層金屬線部分覆蓋和/或部分落在下層金屬線上。圖5A示出了根據(jù)一些實(shí)施例的部分落在金屬熔絲線530上的通孔插塞535。由于通孔插塞535的部分放置，增加了通孔插塞535旁邊的金屬熔絲線530的電阻率，這有助于熔斷金屬熔絲線。圖5B示出了根據(jù)一些實(shí)施例的被金屬熔絲線530’部分覆蓋的通孔插塞535。
[0059]圖6是根據(jù)一些實(shí)施例的制造OTP存儲單元的金屬通孔熔絲的工藝流程600的流程圖。在操作601中，在襯底上形成金屬熔絲鏈。襯底已經(jīng)形成與OTP存儲單元和其它器件相關(guān)的器件區(qū)域和結(jié)構(gòu)。襯底還具有形成為連接器件區(qū)域和結(jié)構(gòu)的互連結(jié)構(gòu)。金屬熔絲鏈被嵌入介電層。在一些實(shí)施例中，介電層由低介電常數(shù)(低k)材料制成。在一些實(shí)施例中，介電層的介電常數(shù)(或k值)小于約3.5。在一些實(shí)施例中，介電層的k值小于約2.5?？赏ㄟ^鑲嵌工藝或雙鑲嵌工藝形成金屬熔絲鏈。上文描述了示例性金屬熔絲鏈，如330、330’、330*、430或430’。根據(jù)一些實(shí)施例，金屬熔絲鏈處于等于或高于第二金屬層(M2)的層中。在另一些實(shí)施例中，金屬熔絲鏈位于第一金屬層(Ml)中。在一些實(shí)施例中，金屬熔絲鏈的一端連接至負(fù)極。負(fù)極具有比金屬熔絲鏈寬的寬度。在一些實(shí)施例中，金屬熔絲鏈?zhǔn)蔷哂袃啥说慕饘倬€。
[0060]根據(jù)一些實(shí)施例，隨后在操作603中，在金屬熔絲鏈的一端之上形成通孔插塞和上部金屬結(jié)構(gòu)。通孔插塞連接金屬熔絲鏈和上部金屬層。根據(jù)一些實(shí)施例，上部金屬結(jié)構(gòu)包括連接至寬金屬區(qū)域(其是金屬通孔熔絲的正極)的金屬線。通孔插塞和上部金屬結(jié)構(gòu)嵌入介電層中。在一些實(shí)施例中，介電層由低k材料制成。通孔插塞和上部金屬結(jié)構(gòu)的形成包括沉積介電層以及圖案化介電層以創(chuàng)建通孔插塞和上部金屬結(jié)構(gòu)的開口。然后，用導(dǎo)電材料(例如，銅、鎢或鋁)填充通孔開口和用于上部金屬結(jié)構(gòu)的開口。在用導(dǎo)電材料填充通孔開口和用于上部金屬結(jié)構(gòu)的開口之前，可沉積襯墊層以對通孔開口加襯。襯墊層可用作粘附促進(jìn)層和/或用作擴(kuò)散勢壘，例如用于銅的擴(kuò)散勢壘。示例性襯墊材料可包括但不限于T1、TiN或它們的組合。例如，襯墊層可包括雙層，其中在Ti層之上沉積TiN層以形成Ti/TiN層。用于形成通孔插塞和上部金屬結(jié)構(gòu)的工藝被稱作雙鑲嵌工藝。在一些實(shí)施例中，在形成上部金屬層之前形成通孔插塞。在這種情況下，通過單鑲嵌工藝形成通孔插塞和上部金屬結(jié)構(gòu)。
[0061]在一些實(shí)施例中，兩個(gè)通孔插塞形成在金屬熔絲鏈上，根據(jù)一些實(shí)施例，金屬熔絲鏈每端具有一個(gè)通孔插塞，諸如圖4A和圖4B中的通孔插塞4154和415b。根據(jù)一些實(shí)施例，如圖4A和4B所示，兩個(gè)通孔插塞連接至金屬熔絲鏈并且連接至上部金屬結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，金屬通孔熔絲的通孔插塞部分落在金屬線上方或者部分被金屬線覆蓋。
[0062]隨后，在操作605中執(zhí)行附加工藝以完成具有金屬通孔熔絲的OTP存儲單元的集成電路的制造。附加工藝操作還可包括形成互連件以及在包括非硅化多晶硅熔絲的襯底上封裝集成電路。
[0063]上述工藝流程600描述了在與通孔插塞相比在較低的金屬層中形成具有熔絲鏈的金屬通孔熔絲所涉及的工藝順序。如上所述，在一些實(shí)施例中，熔絲鏈位于比通孔插塞高的金屬層中。對于這種結(jié)構(gòu)，需要改變形成通孔插塞及連接至通孔插塞的熔絲鏈和金屬結(jié)構(gòu)以形成金屬通孔熔絲的順序。
[0064]本文公開的方法和結(jié)構(gòu)的實(shí)施例提供了形成和編程金屬通孔熔絲的機(jī)制。金屬通孔熔絲和編程晶體管形成一次性可編程(OTP)存儲單元。金屬通孔熔絲具有高阻抗并且可以通過能夠在擴(kuò)展編程窗口的較低電壓下進(jìn)行編程來以較大電壓窗口被編程。
[0065]在一些實(shí)施例中，提供了金屬通孔熔絲。金屬通孔熔絲包括位于第一金屬層中的正極以及由第二金屬層制成的負(fù)極。金屬通孔熔絲還包括由第二金屬層制成的熔絲鏈，并且熔絲鏈連接至負(fù)極。金屬通孔熔絲進(jìn)一步包括連接至正極的金屬線，并且金屬線由第一金屬層制成。此外，金屬通孔熔絲包括設(shè)置在熔絲鏈和金屬線之間的通孔插塞；其中，通孔插塞接觸熔絲鏈和金屬線。
[0066]在一些其它實(shí)施例中，提供了金屬通孔熔絲。金屬通孔熔絲包括由第一金屬層制成的正極，并且正極在第一端包括第一金屬線。金屬通孔熔絲還包括由第一金屬層制成的負(fù)極，并且負(fù)極在第二端包括第二金屬線。金屬通孔熔絲進(jìn)一步包括由第二金屬層制成的熔絲鏈，并且熔絲鏈具有第三端和第四端。第三端和第四端位于熔絲鏈的相對側(cè)。此外，金屬通孔熔絲包括兩個(gè)通孔插塞，兩個(gè)通孔插塞的一個(gè)設(shè)置在熔絲鏈的第三端和正極的第一端之間。另一個(gè)通孔插塞設(shè)置在熔絲鏈的第四端和負(fù)極的第二端之間。
[0067]在又一些其它實(shí)施例中，提供了形成金屬通孔熔絲的方法。該方法包括在襯底上形成金屬熔絲鏈，并且金屬熔絲鏈?zhǔn)羌娱L金屬線。該方法還包括形成接觸金屬熔絲鏈一端的通孔插塞；以及在與金屬熔絲鏈不同的金屬層上形成金屬結(jié)構(gòu)。金屬結(jié)構(gòu)接觸通孔插塞，并且金屬結(jié)構(gòu)包括第一較大金屬區(qū)域。第一較大金屬區(qū)域是金屬通孔熔絲的正極。
[0068]前面概述了若干實(shí)施例的特征以便本領(lǐng)域人員可以更好地理解本發(fā)明的內(nèi)容。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，他們可以容易地使用本發(fā)明作為同于設(shè)計(jì)或修改用于執(zhí)行與本文介紹的實(shí)施例相同目的或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)勢的其他工藝和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)該意識到，這種等效結(jié)構(gòu)不違反本發(fā)明的精神和范圍，并且他們可以在不違反本發(fā)明的精神和范圍情況下進(jìn)行各種改變、替換和變更。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬通孔熔絲，包括: 正極，位于第一金屬層中； 負(fù)極，由第二金屬層制成； 熔絲鏈，由所述第二金屬層制成，所述熔絲鏈連接至所述負(fù)極； 金屬線，連接至所述正極，所述金屬線由所述第一金屬層制成； 通孔插塞，設(shè)置在所述熔絲鏈和所述金屬線之間，所述通孔插塞接觸所述熔絲鏈和所述金屬線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬通孔熔絲，其中，如果所述熔絲鏈位于下層中，則所述通孔插塞部分落在所述熔絲鏈上，或者如果所述熔絲鏈位于上層中，則所述通孔插塞被所述熔絲鏈部分覆蓋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬通孔熔絲，其中，所述第二金屬層位于所述第一金屬層之上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬通孔熔絲，其中，所述第一金屬層位于所述第二金屬層之上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬通孔熔絲，其中，所述正極連接至控制晶體管，所述控制晶體管連接至電源并用于控制由所述電源向所述熔絲鏈提供電能。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬通孔熔絲，其中，所述負(fù)極連接至用于控制所述金屬通孔熔絲的編程的可編程晶體管的漏極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬通孔熔絲，其中，如果導(dǎo)通所述可編程晶體管，則所述金屬通孔熔絲被配置為促進(jìn)等于或大于約IOmA的電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬通孔熔絲，其中，所述編程晶體管的源極的編程電壓在約1.2V至約2.4V的范圍內(nèi)。
9.一種金屬通孔熔絲，包括: 正極，由第一金屬層制成，所述正極在其一端包括第一金屬線； 負(fù)極，由所述第一金屬層制成，所述負(fù)極在其一端包括第二金屬線； 熔絲鏈，由第二金屬層制成，所述熔絲鏈具有第一端和第二端，其中，所述第一端和所述第二端位于所述熔絲鏈的相對側(cè)；以及 兩個(gè)通孔插塞，所述兩個(gè)通孔插塞中的一個(gè)設(shè)置在所述熔絲鏈的第一端和所述正極的所述一端之間，并且另一個(gè)通孔插塞設(shè)置在所述熔絲鏈的第二端和所述負(fù)極的所述一端之間。
10.一種形成金屬通孔熔絲的方法，包括: 在襯底上形成金屬熔絲鏈，所述金屬熔絲鏈?zhǔn)羌娱L金屬線； 形成接觸所述金屬熔絲鏈的一端的通孔插塞；以及 在與所述金屬熔絲鏈不同的金屬層上形成金屬結(jié)構(gòu)，所述金屬結(jié)構(gòu)接觸所述通孔插塞，并且所述金屬結(jié)構(gòu)包括第一較大金屬區(qū)域，所述第一較大金屬區(qū)域是所述金屬通孔熔絲的正極。
【文檔編號】H01L23/525GK103681603SQ201210533653
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月30日
【發(fā)明者】林松杰, 許國原, 廖唯理, 陳昀翰, 洪哲民 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司