半導(dǎo)體裝置的電熔絲結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利說明】半導(dǎo)體裝置的電熔絲結(jié)構(gòu)
[0001]在2013年10月11日提交的第61/889，911號美國專利申請和在2014年2月26日提交的第10-2014-0022774號韓國專利申請通過引用全部包含此，這些專利申請的名稱為‘?-Fuse Structure of Semiconductor Device，，。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]這里描述的一個或更多個實施例涉及一種半導(dǎo)體裝置的電熔絲結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0003]在半導(dǎo)體芯片制造和設(shè)計中已經(jīng)出于各種目的而使用熔絲。例如，在存儲裝置中，熔絲在修復(fù)工藝期間已經(jīng)被用于利用冗余存儲單元來替代有缺陷的存儲單元。這種替代有助于提高制造良率。已經(jīng)在芯片識別過程期間使用熔絲來記錄芯片的制造歷史。已經(jīng)在芯片定制過程的后期制造操作中使用熔絲來使芯片的特性最優(yōu)化。
[0004]熔絲可以被分為激光熔絲或電熔絲。在激光熔絲中，使用激光束來切斷電氣連接。在電熔絲中，使用電流來實現(xiàn)該目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)一個實施例，一種半導(dǎo)體裝置的電熔絲結(jié)構(gòu)包括:第一金屬材料的熔斷體，連接陰極和陽極；覆蓋電介質(zhì)，覆蓋熔斷體的頂表面；虛設(shè)金屬塞，貫穿覆蓋電介質(zhì)并接觸熔斷體，虛設(shè)金屬塞包括金屬層與位于金屬層和熔斷體之間的阻擋金屬層，其中，阻擋金屬層包括與第一金屬材料不同的第二金屬材料。第一金屬材料的導(dǎo)電率可以大于第二金屬材料的導(dǎo)電率。
[0006]第一金屬材料可以包括鎢、鋁、銅和銅合金中的至少一種，第二金屬材料可以包括Ta、TaN, TaSiN, T1、TiN, TiSiN, W、WN和它們的組合中的至少一種。
[0007]熔斷體將傳導(dǎo)編程電流，在已編程狀態(tài)下，熔斷體在陽極和虛設(shè)金屬塞之間具有空隙?？障杜c虛設(shè)金屬塞之間的距離可以小于空隙與陽極之間的距離。虛設(shè)金屬塞的下部寬度可以小于熔斷體的上部寬度。
[0008]虛設(shè)金屬塞的下部寬度可以大于熔斷體的上部寬度，虛設(shè)金屬塞可以接觸熔斷體的頂表面和側(cè)表面。阻擋金屬層可以覆蓋金屬層的底表面和側(cè)表面。阻擋金屬層在金屬層的底表面上可以比在金屬層的一個側(cè)表面或兩個側(cè)表面上厚。
[0009]虛設(shè)金屬塞的底表面可以位于熔斷體的頂表面和底表面之間。金屬層可以包括具有第一寬度的接觸部分和具有比第一寬度大的第二寬度的互連部分。熔斷體的寬度可以基本等于或小于陽極的寬度和陰極的寬度。
[0010]電熔絲結(jié)構(gòu)可以包括位于虛設(shè)金屬塞的頂表面上的虛設(shè)金屬圖案，虛設(shè)金屬圖案的厚度可以大于熔斷體的厚度。多個虛設(shè)熔斷體可以位于熔斷體的各個側(cè)面，虛設(shè)金屬圖案的寬度可以小于虛設(shè)熔斷體之間的距離。多個虛設(shè)金屬塞可以位于陽極與陰極之間。
[0011]虛設(shè)金屬塞可以沿基本與熔斷體的縱向軸垂直的方向延伸。陽極和陰極可以位于不同的水平面處，熔斷體和虛設(shè)金屬塞可以位于陽極和陰極之間。陽極和陰極可以相對于下伏層的頂表面位于第一水平面處，熔斷體可以相對于下伏層的頂表面位于第二水平面處，并且第二水平面可以高于第一水平面。
[0012]電熔絲結(jié)構(gòu)可以包括位于半導(dǎo)體基板上的晶體管，晶體管可以包括包含第一金屬材料的柵電極，晶體管在與熔斷體基本相同的水平面處。
[0013]電熔絲結(jié)構(gòu)可以包括與半導(dǎo)體基板分開的多條金屬線，金屬線可以包括第一金屬材料，并且位于與熔斷體基本相同的水平面處。熔斷體可以傳導(dǎo)編程電流，虛設(shè)金屬塞可以在編程電流的供應(yīng)期間改變?nèi)蹟囿w中的溫度梯度。熔斷體可以包括與虛設(shè)金屬塞接觸的第一區(qū)域和與覆蓋電介質(zhì)接觸的第二區(qū)域，在編程電流的供應(yīng)期間，熔斷體的溫度可以在第二區(qū)域處具有最大值。
[0014]熔斷體可以包括與虛設(shè)金屬塞接觸的第一區(qū)域和與覆蓋電介質(zhì)接觸的第二區(qū)域，電熔絲結(jié)構(gòu)可以傳導(dǎo)編程電流，在編程電流的供應(yīng)期間，在熔斷體的第一區(qū)域處由電遷移導(dǎo)致的第一電驅(qū)動力可以與在熔斷體的第二區(qū)域處由電遷移導(dǎo)致的第二驅(qū)動力不同。
[0015]根據(jù)另一實施例，一種半導(dǎo)體裝置的電熔絲結(jié)構(gòu)包括:第一金屬材料的熔斷體，將陰極與陽極連接；層間絕緣層，覆蓋陽極、陰極和熔斷體；覆蓋電介質(zhì)，位于熔斷體的頂表面和層間絕緣層之間，覆蓋電介質(zhì)包括與層間絕緣層不同的絕緣材料；虛設(shè)金屬塞，貫穿層間絕緣層和覆蓋電介質(zhì)并接觸熔斷體，虛設(shè)金屬塞包括位于金屬層和熔斷體之間的阻擋金屬層，其中，阻擋金屬層包括與第一金屬材料不同的第二金屬材料。第一金屬材料的導(dǎo)電率可以大于第二金屬材料的導(dǎo)電率。
[0016]第一金屬材料可以包括鎢、鋁、銅和銅合金中的至少一種，第二金屬材料可以包括Ta、TaN, TaSiN, T1、TiN, TiSiN, W、WN和它們的組合中的至少一種。阻擋金屬層可以覆蓋金屬層的底表面和側(cè)表面。阻擋金屬層在金屬層的底表面上可以比在金屬層的側(cè)表面上厚。
[0017]熔斷體可以傳導(dǎo)編程電流，在已編程狀態(tài)下，熔斷體可以在陽極和虛設(shè)金屬塞之間具有空隙?？障杜c虛設(shè)金屬塞之間的距離可以小于空隙與陽極之間的距離。
[0018]根據(jù)另一實施例，一種半導(dǎo)體裝置的電熔絲結(jié)構(gòu)包括:熔斷體，將陽極連接到陰極，并且基于編程電流而被編程；虛設(shè)金屬塞，與熔斷體接觸，其中，熔斷體包括第一金屬材料，虛設(shè)金屬塞包括與第一金屬材料不同的第二金屬材料，在向熔斷體供應(yīng)編程電流期間，虛設(shè)金屬塞改變電驅(qū)動力和熱驅(qū)動力，其中，電驅(qū)動力和熱驅(qū)動力是以熔斷體中的電遷移和熱遷移為基礎(chǔ)的。
[0019]虛設(shè)金屬塞可以包括位于金屬層和熔斷體之間的阻擋金屬層，阻擋金屬層可以包括第二金屬材料。第一金屬材料的導(dǎo)電率可以大于第二金屬材料的導(dǎo)電率。在向熔斷體供應(yīng)編程電流期間，總驅(qū)動力可以在陽極和虛設(shè)金屬塞之間具有最大值?？傭?qū)動力可以基于電驅(qū)動力和熱驅(qū)動力之和。
[0020]電熔絲結(jié)構(gòu)可以包括:層間絕緣層，覆蓋陽極、陰極和熔斷體；覆蓋電介質(zhì)，位于熔斷體的頂表面和層間絕緣層之間，覆蓋電介質(zhì)包括與層間絕緣層不同的絕緣材料，其中，熔斷體包括與虛設(shè)金屬塞接觸的第一區(qū)域和與覆蓋電介質(zhì)接觸的第二區(qū)域。
[0021]在熔斷體的第一區(qū)域處由電遷移導(dǎo)致的第一電驅(qū)動力可以小于在熔斷體的第二區(qū)域處由電遷移導(dǎo)致的第二電驅(qū)動力。在向熔斷體供應(yīng)編程電流期間，熔斷體的溫度可以在第二區(qū)域處具有最大值。
[0022]根據(jù)另一實施例，一種半導(dǎo)體裝置的電熔絲結(jié)構(gòu)包括:第一金屬材料的熔斷體，連接陰極和陽極；覆蓋電介質(zhì)，覆蓋熔斷體的頂表面；虛設(shè)金屬塞，貫穿覆蓋電介質(zhì)并接觸熔斷體，其中，熔斷體將傳導(dǎo)編程電流，其中，虛設(shè)金屬塞在熔斷體傳導(dǎo)編程電流時改變?nèi)蹟囿w中的溫度梯度。
[0023]虛設(shè)金屬塞可以包括位于金屬層和熔斷體之間的阻擋金屬層，阻擋金屬層可以包括與第一金屬材料不同的第二金屬材料。熔斷體可以包括與虛設(shè)金屬塞接觸的第一區(qū)域和與覆蓋電介質(zhì)接觸的第二區(qū)域，在熔斷體傳導(dǎo)編程電流時，熔斷體的溫度可以在第二區(qū)域處具有最大值。在已編程狀態(tài)下，熔斷體可以在陽極和虛設(shè)金屬塞之間具有空隙。空隙與虛設(shè)金屬塞之間的距離可以小于空隙與陽極之間的距離。
【附圖說明】
[0024]通過參照附圖詳細地描述示例性實施例，特征對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講將變得清楚，在附圖中:
[0025]圖1示出在電熔絲結(jié)構(gòu)的一個實施例的編程工藝中的電遷移效應(yīng)；
[0026]圖2示出在電熔絲結(jié)構(gòu)的一個實施例的編程工藝中的熱遷移；
[0027]圖3示出在電熔絲結(jié)構(gòu)的實施例的編程工藝中的熱遷移和電遷移；
[0028]圖4A示出電熔絲結(jié)構(gòu)的第一實施例，圖4B示出沿圖4A中的剖面線Ι_Γ和剖面線11-11’的示圖；
[0029]圖5示出在電熔絲結(jié)構(gòu)的第一實施例的編程工藝中的電遷移；
[0030]圖6示出在電熔絲結(jié)構(gòu)的第一實施例的編程工藝中的熱遷移；
[0031]圖7示出在電熔絲結(jié)構(gòu)的第一實施例的編程工藝中的熱遷移和電遷移；
[0032]圖8Α至圖8C示出電熔絲結(jié)構(gòu)的第一實施例的變型的剖視圖；
[0033]圖9Α和圖1OA示出電熔絲結(jié)構(gòu)的第二實施例，圖9Β和圖1OB分別示出沿圖9Α和圖1OA中的剖面線1-Γ和剖面線ΙΙ-ΙΓ的示圖，圖9C和圖1OC示出電熔絲結(jié)構(gòu)的第二實施例的變型；
[0034]圖1lA和圖12Α示出在電熔絲結(jié)構(gòu)的第二實施例的編程工藝中的熱遷移，圖1lB和12Β示出在電熔絲結(jié)構(gòu)的第二實施例的編程工藝中的熱遷移和電遷移；
[0035]圖13Α和圖14Α示出電熔絲結(jié)構(gòu)的第三實施例，圖13Β和圖14Β分別示出沿圖13Α和圖14Α中的首I]面線1-Γ和首lJ面線I1-1I’的不圖；
[0036]圖15Α示出電熔絲結(jié)構(gòu)的第四實施例，圖15Β示出沿圖15Α中的剖面線Ι_Γ和剖面線11-11’的示圖；
[0037]圖16Α示出電熔絲結(jié)構(gòu)的第五實施例，圖16Β示出沿圖16Α中的剖面線Ι_Γ和剖面線11-11’的示圖；
[0038]圖17Α示出電熔絲結(jié)構(gòu)的第六實施例，圖17Β示出沿圖17Α中的剖面線Ι_Γ和剖面線11-11’的示圖；
[0039]圖18Α示出電熔絲結(jié)構(gòu)的第七實施例，圖18Β示出沿圖18Α中的剖面線Ι_Γ和剖面線11-11’的示圖；
[0040]圖19示出電熔絲結(jié)構(gòu)的第七實施例的變型；
[0041]圖20Α、圖20Β、圖21Α和圖21Β示出電熔絲結(jié)構(gòu)的第七實施例的變型；
[0042]圖22和圖23示出電熔絲結(jié)構(gòu)的第八實施例；
[0043]圖24A和圖24B示出電熔絲結(jié)構(gòu)的第九實施例；
[0044]圖25A至圖25C示出半導(dǎo)體裝置的實施例，每個半導(dǎo)體裝置包括根據(jù)前述實施例中的一個或更多個實施例的電熔絲結(jié)構(gòu)；
[0045]圖26示出包括根據(jù)前述實施例中的一個或更多個實施例的半導(dǎo)體裝置的存儲系統(tǒng)；
[0046]圖27示出包括根據(jù)前述實施例中的一個或更多個實施例的半導(dǎo)體裝置的存儲卡;
[0047]圖28示出包括根據(jù)前述實施例中的一個或更多個實施例的半導(dǎo)體裝置的信息處理系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0048]現(xiàn)在在下文中將參照附圖更充分地描述示例實施例；然而，它們可以以不同的形式來實施，并且不應(yīng)該被解釋為限制于在此闡述的實施例。當(dāng)然，提供的這些實施例使得本公開將是徹底的和完整的，而且會將示例性的實施方式充分地傳達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。
[0049]在附圖中，為了示出的清晰，會夸大層和區(qū)域的尺寸。還將理解的是，當(dāng)層或元件被稱為“在”另一層或基板“上”時，該層或元件可以直接在所述另一層或基板上，或者也可以存在中間層。另外，將理解的是，當(dāng)層被稱為“在”另一層“之下”時，該層可以直接在其之下，也可以存在一個或更多個中間層。此外，還將理解的是，當(dāng)層被稱為“在”兩個層“之間”時，該層可以是所述兩個層之間的唯一層，或者也可以存在一個或更多個中間層。同樣的附圖標(biāo)記始終表示同樣的元件。
[0050]另外，將理解的是，當(dāng)元件被稱為被“連接”或“結(jié)合”到另一元件時，該元件可以直接連接或結(jié)合到所述另一元件，或者可以存在中間元件。相反，當(dāng)元件被稱作“直接連接”或“直接結(jié)合”到另一元件時，則不存在中間元件。同樣的標(biāo)號始終表示同樣的元件。如這里所用的，術(shù)語“和/或”包括一個或更多個的相關(guān)所列項的任意和所有組合。用于描述元件或?qū)又g的關(guān)系的其它詞語(例如，“在……之間”與“直接在