專利名稱：金屬電熔斷器的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要地涉及半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，并且具體地涉及金屬電熔斷器(e-fuse)的結(jié)構(gòu)及其操作。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體集成電路裝置中，一次性可編程(OTP)電子熔斷器(電熔斷器)稱為臨界器件，該臨界器件經(jīng)常并且一般用來為芯片中的各種任務(wù)關(guān)鍵部件構(gòu)建冗余性，以用于在關(guān)鍵器件出故障的情形中的自修復(fù)目的；用于通過向集成電路(IC)芯片提供制造后配置功能來提高芯片的總產(chǎn)量；以及用于實現(xiàn)對某些安全結(jié)構(gòu)部件(例如電子芯片標識(ECID))編程。隨著互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)按比例縮減并且更近來采用高k金屬柵極，金屬電熔斷器正在逐漸用來取代常規(guī)硅化多晶硅電熔斷器。圖7(a)和圖7(b)是如在本領(lǐng)域中已知的在編程之前和之后的典型金屬電熔斷器的簡化圖示。金屬電熔斷器700通常由在兩端701和702被過孔(在本領(lǐng)域中稱為“VI”)和布線(在本領(lǐng)域中稱為“Ml ”)端接的金屬鏈接703 (在本領(lǐng)域中稱為“M2”)組成。在編程時，如圖7(b)中所示，經(jīng)過M2金屬鏈接驅(qū)動過量電子電流作為用于在通量輻散(fluxdivergence)部位引起電遷移空部化的手段。通常，這樣的空部化在端接過孔的底部發(fā)展(諸如在Vl過孔的空部710)，通量輻散通常在這里出現(xiàn)并且Vl過孔的襯墊和金屬覆蓋可能在制造Vl過孔和M2金 屬鏈接期間在這里未被很好地控制。然而也已經(jīng)觀察到空部化有時可以出現(xiàn)于Ml或者M2布線中，從而影響可以運用圖7(a)中所示結(jié)構(gòu)的電熔斷器的編程可再現(xiàn)性。一般而言，迄今存在正在報導(dǎo)的主要兩類金屬電熔斷器，其均通過在受控電子電流流動之下運用金屬電遷移(EM)機制來編程。第一類金屬電熔斷器通過接線EM在接線(諸如銅(Cu)接線)中創(chuàng)建空部來工作(接線模式)。第二類金屬電熔斷器通過過孔EM在過孔中創(chuàng)建空部來工作(過孔模式)。然而兩類電熔斷器或者電熔斷器操作模式帶有包括
(I)可編程性(空部化位置不可預(yù)測)和(2)可靠性(金屬在被編程之后可能向外擴散)的某些顧慮和可靠性問題。針對接線模式電熔斷器的主要顧慮包括一般難以控制和再現(xiàn)空部位置以及空部尺寸以便實現(xiàn)編程后電熔斷器電阻的嚴密分布。鑒于電熔斷器編程后電阻的寬范圍并且有時失控分布，變得很難表征這樣的已編程電熔斷器的可靠性以提供用于安全使用它的任何有意義保障。另一方面，過孔模式電熔斷器也有可靠性問題。例如難以包含通常為銅的金屬向外擴散，以在金屬電熔斷器編程期間和之后均防止對鄰近器件的伴生損壞。這樣的損壞可以例如包括使鄰近金屬線或者過孔改變電阻、金屬短路或者開路以及ILD(級內(nèi)或者級間電介質(zhì))泄漏增加或者故障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括:第一傳導(dǎo)材料的過孔，該過孔具有底部和側(cè)壁，側(cè)壁的至少一部分由傳導(dǎo)襯墊覆蓋，過孔的底部形成于電介質(zhì)層上面；以及第二傳導(dǎo)材料的第一和第二傳導(dǎo)路徑，形成于電介質(zhì)層上面，在側(cè)壁經(jīng)過并且僅經(jīng)過過孔傳導(dǎo)地連接第一和第二傳導(dǎo)路徑。在一個實施例中，至少第一傳導(dǎo)路徑的電導(dǎo)率大于在側(cè)壁的一部分覆蓋過孔的傳導(dǎo)襯墊的電導(dǎo)率。在另一實施例中，側(cè)壁的一部分是在第一傳導(dǎo)路徑與過孔之間的側(cè)壁。在一個實施例中，至少一個空部在與側(cè)壁的一部分相鄰的位置存在于第一傳導(dǎo)路徑以內(nèi)，其中至少一個空部由電遷移引起并且占用第一傳導(dǎo)路徑的截面的多于一半。在一個實施例中，從由鎢(W)、鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)及其合金構(gòu)成的組選擇第一傳導(dǎo)材料，并且從由鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)及其合金構(gòu)成的組選擇第二傳導(dǎo)材料。在另一實施例中，傳導(dǎo)襯墊由從鈦(Ti)、鉭(Ta)、釕(Ru)、鎢(W)、氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、氮化釕(RuN)和氮化鎢(WN)構(gòu)成的組選擇的材料制成，并且傳導(dǎo)襯墊能夠防止過孔的第一傳導(dǎo)材料經(jīng)過傳導(dǎo)襯墊擴散。本發(fā)明的實施例提供一種電子熔斷器(電熔斷器)，該電熔斷器包括:第一傳導(dǎo)材料的過孔，該過孔具有底 部和側(cè)壁，其中底部直接形成于電介質(zhì)層上面；第一傳導(dǎo)路徑，在過孔的第一側(cè)處形成于電介質(zhì)層上面并且被空部從過孔的側(cè)壁分離；以及第二傳導(dǎo)路徑，在過孔的第二不同側(cè)處形成于電介質(zhì)層上面，并且經(jīng)過側(cè)壁與過孔傳導(dǎo)接觸，其中側(cè)壁的從第一傳導(dǎo)路徑分離的部分由傳導(dǎo)襯墊覆蓋，并且其中第一和第二傳導(dǎo)路徑由第二傳導(dǎo)材料制成。本發(fā)明的實施例提供另一種電子熔斷器(電熔斷器)，該電熔斷器包括:第一傳導(dǎo)材料的過孔，該過孔具有底部和側(cè)壁，側(cè)壁由傳導(dǎo)襯墊覆蓋，底部形成于電介質(zhì)層上面；以及第二傳導(dǎo)材料的第一和第二傳導(dǎo)路徑，形成于電介質(zhì)層上面，在側(cè)壁處經(jīng)過并且僅經(jīng)過過孔相互傳導(dǎo)地連接第一和第二傳導(dǎo)路徑。此外，該電熔斷器可以包括形成于過孔上面并且與過孔傳導(dǎo)接觸的金屬接觸層，除了經(jīng)過過孔之外經(jīng)由第二電介質(zhì)層從第一和第二傳導(dǎo)路徑傳導(dǎo)地絕緣金屬接觸層。在一個實施例中，第二傳導(dǎo)路徑適于經(jīng)過過孔在朝著第一傳導(dǎo)路徑的方向上傳遞電子流代表的電子電流，電子流充分大以在面向第一傳導(dǎo)路徑的與側(cè)壁相鄰的位置處在第一傳導(dǎo)路徑中創(chuàng)建空部。在另一實施例中，金屬接觸層適于經(jīng)過過孔和經(jīng)過第二傳導(dǎo)路徑傳遞電流以確認電流的在過孔旁邊在第一傳導(dǎo)路徑以內(nèi)創(chuàng)建空部之后的電子連續(xù)性。在又一實施例中，電流無法在創(chuàng)建空部之后從金屬接觸層經(jīng)過過孔和經(jīng)過第一傳導(dǎo)路徑傳遞。


將從與以下附圖結(jié)合進行的對本發(fā)明的下文具體描述中更完全理解和認識本發(fā)明:
圖1(a)和圖1(b)是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制造的電子熔斷器(電熔斷器)的結(jié)構(gòu)的俯視圖和側(cè)視圖的示范圖示；圖2(a)和圖2(b)是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的對圖1中所示電熔斷器編程及其在被編程之后的結(jié)構(gòu)的俯視圖和側(cè)視圖的示范圖示；圖3(a)和圖3(b)是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的感測圖1中所示電熔斷器及其在在被編程之后的結(jié)構(gòu)的俯視圖和側(cè)視圖的示范圖示；圖4(a)和圖4(d)是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造圖1中所示電熔斷器的方法的示范圖示；圖5(a)和圖5(b)是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例制造的電子熔斷器(電熔斷器)的結(jié)構(gòu)的俯視圖和側(cè)視圖的示范圖示；圖6(a)和圖6(b)是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的對圖5中所示電熔斷器編程及其在被編程之后的結(jié)構(gòu)的俯視圖和側(cè)視圖的示范圖示；并且圖7(a)和圖7(b)是如在本領(lǐng)域中已知的電子熔斷器的簡化圖示。將認識到出于圖示簡化和清楚的目的而未必按比例繪制附圖中的單元。例如，一些單元的尺度可以出于清楚的·目的而相對于其它單元的尺度有夸大。
具體實施例方式在下文具體描述中闡述許多具體細節(jié)以便提供對本發(fā)明的各種實施例的透徹理解。然而將理解無這些具體細節(jié)也可以實現(xiàn)本發(fā)明的實施例。為了不模糊對本發(fā)明的實質(zhì)和/或?qū)嵤├难菔?，在下文具體描述中，在本領(lǐng)域中已知的一些處理步驟和/或操作可以已經(jīng)出于演示和/或示例的目的而組合在一起并且在一些實例中可以尚未具體加以描述。在其它實例中，可以完全未描述在本領(lǐng)域中已知的一些處理步驟和/或操作。此外，可以尚未具體描述一些眾所周知的設(shè)備處理技術(shù)并且在一些實例中可以參見其它公開的文章、專利和/或公開的專利文獻作為參考以免模糊對本發(fā)明的實質(zhì)和/或?qū)嵤├拿枋?。將理解下文描述可以已?jīng)實際上聚焦于本發(fā)明的各種實施例的區(qū)別性特征和/或單元。圖1 (a)和圖1 (b)是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制造的電子熔斷器(電熔斷器)的結(jié)構(gòu)的俯視圖和側(cè)視圖的示范圖示。更具體而言，電熔斷器100可以包括Ml金屬接線或者金屬鏈接110和在其中形成的Vl過孔120。換而言之，金屬接線110可以包括經(jīng)過并且僅經(jīng)過Vl過孔120連接的第一傳導(dǎo)路徑111和第二傳導(dǎo)路徑112。連續(xù)電子流代表的電流可以經(jīng)由Vl過孔120從第二傳導(dǎo)路徑112流向第一傳導(dǎo)路徑111。第一和第二傳導(dǎo)路徑111和112均可以用作用于電子電流流動的電輸入/輸出端口。根據(jù)一個實施例，金屬接觸層130可以形成于Vl過孔120上·面以與Vl過孔120傳導(dǎo)接觸。金屬接觸層130也可以稱為M2金屬接線或者金屬鏈接，并且一般從Ml金屬鏈接110 (除了經(jīng)過Vl過孔120之外)傳導(dǎo)絕緣。根據(jù)一個實施例，Vl過孔120具有形成于Ml金屬接線110的頂表面以下和Ml金屬接線110以內(nèi)的至少一部分。Vl過孔120的側(cè)壁的至少一部分形成有用作擴散屏障的豎直傳導(dǎo)襯墊121。例如，假設(shè)電子電流在編程期間從Ml金屬接線110的端口 112(在右側(cè))流向端口 111 (在左側(cè))，Vl過孔120的至少左側(cè)側(cè)壁(編程電子在該左側(cè)側(cè)壁退出Vl過孔120)形成有或者涂覆有擴散屏障121的豎直傳導(dǎo)襯墊。在一個實施例中，Vl過孔120的側(cè)壁的大部分或者全部側(cè)壁涂覆有擴散屏障121。在金屬電熔斷器100內(nèi)的豎直擴散屏障121在編程期間為焊劑擴散提供屏障邊界，豎直擴散屏障121可以例如由鈦(Ti)、鉭(Ta)、釕(Ru)、鎢(W)、氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、氮化釕(RuN)和/或氮化鎢(WN)制成，但是也可以設(shè)想其它適當材料。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，可以在M金屬層110中形成電熔斷器100以具有恰當形狀。更具體而言，可以形成短頸縮(necking)區(qū)域LI以例如具有近似5 20 μ m的長度和比輸入/輸出端口 111或者112更窄的寬度W1。因此，由此形成的短頸縮區(qū)域LI可以有效引起電流擁擠并且引起局部化加熱以有助于電熔斷器100的編程?？梢郧‘斣O(shè)計從電子在擴散屏障121退出Vl過孔120時的位置到輸入/輸出端口 111的總長度L2，以具有比產(chǎn)生電遷移的最短特征長度(Blech length)更長的長度，并且由此在電遷移期間避免短長度影響。傳導(dǎo)材料的產(chǎn)生電遷移的最短特征長度或者Lb1_與傳導(dǎo)材料的原子電遷移關(guān)聯(lián)并且一般由等式LBleeh= (jL)th/j確定，其中(jL)a是傳導(dǎo)材料的Blech閾值，并且j是在測量產(chǎn)生電遷移的最短特征長度的方向上穿過傳導(dǎo)材料的電流(或者電子)密度。例如傳導(dǎo)接線的Blech閾值(jL)th—般受組成傳導(dǎo)接線的材料的電導(dǎo)率影響，并且例如對于由銅(Cu)制成的傳導(dǎo)接線，Blech閾值(兒)&通常約為200毫安每微米(mA/ μ m)。例如,一般以毫安每平方微米(mA/μπι2)為單位測量電流密度。因此，對于橫向穿過傳導(dǎo)接線的例如20mA/ μ m2的電流密度，可以通常發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生電遷移的最短特征長度約為10微米(μ m)。根據(jù)又一實施例，電熔斷器100可以包括感測接線，該感測接線允許電流流過Vl過孔120用于檢測電熔斷器100的開路或者閉路狀態(tài)?？梢蕴峁┡cM2金屬接線130的電接觸以在M2金屬接線130與輸入/輸出端口 111之間或者在M2金屬130與輸入/輸出端口 112之間形成電路徑。圖2(a)和圖2(b)是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的對電熔斷器10編程和電熔斷器10在被編程之后的結(jié)構(gòu)的 俯視圖和側(cè)視圖的示范圖示。例如在對電熔斷器100編程期間，可以從Ml金屬接線110的輸入/輸出端口 112起動編程電子電流211以流動穿過Vl過孔120，并且退出以變成朝著輸入/輸出端口 111的電子電流212。由于Ml金屬原子(諸如銅原子)的擴散率和擴散屏障層121的擴散率的差異，所以電遷移通量輻散出現(xiàn)于在擴散屏障121與Ml金屬層110的第一傳導(dǎo)路徑111之間的交線，從而在擴散屏障121的附近引起金屬原子耗盡以創(chuàng)建空部122。根據(jù)本發(fā)明的實施例，空部122可以充分大以引起顯著減少并且優(yōu)選地停止從第二傳導(dǎo)路徑122到第一傳導(dǎo)路徑111的電子流。例如電遷移創(chuàng)建的空部122可以占用第一傳導(dǎo)路徑111的截面的至少多于一半，并且優(yōu)選地從Vl過孔120完全分離第一傳導(dǎo)路徑111的其余部分。例如空部122可以在編程之后從Vl過孔120完全絕緣第一傳導(dǎo)路徑111。在圖2(b)中，虛線箭頭212用來指示一旦創(chuàng)建空部122從而在Ml金屬110中引起開路，電子就不再會在箭頭212指向的方向上流動。圖3(a)和圖3(b)是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的感測圖1中所示電熔斷器及其在在被編程之后的結(jié)構(gòu)的俯視圖和側(cè)視圖的示范圖示。例如，電子電流可以從M2金屬接線130經(jīng)過Vl過孔120流向Ml金屬110的輸入/輸出端口 111 (或者在反方向上)，并且當電熔斷器100在未編程狀況時通?？梢栽诙丝?111檢測電子。在對電熔斷器100編程并且創(chuàng)建空部122之后，從M2金屬接線或者M2金屬層130到Ml金屬接線110的端口 111的電路徑變成開路并且無電子可以在它們之間流動。另一方面，由于在第一傳導(dǎo)路徑111以內(nèi)創(chuàng)建空部，所以在Vl過孔120的左側(cè)，電子仍然可以從M2金屬接線130流向Ml金屬110的端口 112。通過檢測在M2金屬接線130與第二傳導(dǎo)路徑112之間存在“閉”路但是在M2金屬接線130與第一傳導(dǎo)路徑111之間存在“開”路，可以確定在第一傳導(dǎo)路徑111以內(nèi)創(chuàng)建空部。圖4(a)和圖4(d)是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造圖1中所示電熔斷器的方法的簡化示范圖示。例如本發(fā)明的一個實施例可以包括首先提供可以在其上形成電熔斷器100的級間電介質(zhì)(ILD)層410。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，ILD層410可以是在其它后端工藝(BEOL)互連結(jié)構(gòu)上面沉積和/或直接在可以已經(jīng)在其上制造各種有源和/或無源半導(dǎo)體器件(例如場效應(yīng)晶體管)的半導(dǎo)體襯底上面沉積的絕緣電介質(zhì)層。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該方法可以包括在ILD層410上面或者在ILD層410的頂部分形成Ml金屬層420的傳導(dǎo)路徑421 (包括在左側(cè)的第一傳導(dǎo)路徑和在右側(cè)的第二傳導(dǎo)路徑)，其中ILD層411的部分留在傳導(dǎo)路徑421之間。當在ILD層410上面形成傳導(dǎo)路徑421時，該方法可以包括在ILD層410上面沉積另一 ILD層411。ILD層411可以包括與ILD層410的電介質(zhì)材料相同的電介質(zhì)材料；并且可以優(yōu)選地具有與將在其中形成的Ml金屬層420的厚度接近的厚度。將理解就這一點而言未限制本發(fā)明的實施例；并且可以在形成ILD層411時使用不同電介質(zhì)材料和/或不同厚度?？梢孕纬蓚鲗?dǎo)路徑421以在電熔斷器100的編程期間傳遞電功率或者電子。無論是形成于ILD層410內(nèi)還是形成于附加形成的ILD層411中，根據(jù)一個實施例，標準光刻工藝可以用來創(chuàng)建傳導(dǎo)路徑421的圖案，并且選擇性蝕刻工藝可以用來向ILD層410 (或者ILD層410的頂部分)中轉(zhuǎn)移圖案以形成用于傳導(dǎo)路徑的開口。傳導(dǎo)材料(諸如金屬或者金屬合金)可以隨后用來填充開口以在ILD層411以內(nèi)形成傳導(dǎo)路徑421。本發(fā)明的一個實施例可以包括通過應(yīng)用其它適當現(xiàn)有BEOL工藝和/或?qū)黹_發(fā)的技術(shù)來形成或者創(chuàng)建傳導(dǎo)路徑4 21，并且可以包括在通過金屬沉積形成傳導(dǎo)路徑421之前首先在ILD層410上面沉積傳導(dǎo)金屬襯墊。適合于傳導(dǎo)路徑421的材料可以例如包括銅(Cu)、鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)和/或其合金。如圖4(a)中所示，傳導(dǎo)路徑421可以包括第一和第二傳導(dǎo)路徑421。在第一與第二傳導(dǎo)路徑之間，可以形成Vl過孔以通過用另一傳導(dǎo)材料替換ILD層411的在第一與第二傳導(dǎo)路徑之間的部分來傳導(dǎo)地連接它們。(替換的)這一 ILD層411的橫向尺寸可以由用于Vl過孔的傳導(dǎo)材料的類型和性質(zhì)(例如電導(dǎo)率)確定。然而將理解就這一點未限制本發(fā)明的實施例。例如本發(fā)明的實施例可以包括形成連續(xù)傳導(dǎo)路徑421，然后蝕刻掉連續(xù)路徑421的將被傳導(dǎo)Vl過孔替換的部分。在形成Ml金屬接線421之后，本發(fā)明的一個實施例可以包括在傳導(dǎo)路徑421和ILD層411上面沉積電介質(zhì)蓋層431，然后在電介質(zhì)蓋層431上面沉積另一 ILD層430。使用電介質(zhì)蓋層431可以幫助防止向ILD層430中污染傳導(dǎo)路徑421的材料并且由此提高傳導(dǎo)路徑421的總隔離和/或絕緣。在形成ILD層430之后，本發(fā)明的一個實施例可以包括在ILD層430上面沉積光致抗蝕劑層440并且在光致抗蝕劑層440中創(chuàng)建Vl過孔的圖案以及其它圖案等。如圖4(b)中所示，可以隨后通過RIE工藝441向ILD層430下面轉(zhuǎn)移Vl過孔圖案，從而可以在ILD層430內(nèi)部分創(chuàng)建過孔442和443。在部分地創(chuàng)建過孔442和443之后，可以通過適當化學溶液去除或者解除光致抗蝕劑圖案440。接著如圖4 (C)中所示，可以在ILD層430上面沉積第二光致抗蝕劑層450，并且可以通過公知光刻工藝創(chuàng)建代表M2金屬層的光致抗蝕劑圖案。M2金屬接觸的圖案可以隨后向ILD層430轉(zhuǎn)移，疊加在諸如過孔442和443之類的Vl過孔圖案上面。創(chuàng)建用于M2金屬層的開口的蝕刻工藝還可以引起蝕刻過孔孔442下至Ml層420，并且蝕刻過孔孔443下至Ml層420，并且進一步經(jīng)過其余ILD層411下至Ml金屬層420的頂表面以下。在一個實施例中，蝕刻可以創(chuàng)建如下開口，該開口的底部暴露ILD層410并且可以具有在Ml金屬層420的底表面或者以下的底表面。在另一實施例中，如下文參照圖5更具體描述的那樣，蝕刻可以創(chuàng)建以下開口，該開口的底部暴露ILD層410并且可以具有在Ml金屬層420的底表面上方、但是在Ml金屬層420的頂表面以下的底表面。接著如圖4(d)中所示，本發(fā)明的一個實施例可以包括在ILD層430以內(nèi)的通孔443的內(nèi)側(cè)壁和底部之上以及在傳導(dǎo)路徑421之間沉積傳導(dǎo)襯墊461,例如金屬襯墊。傳導(dǎo)襯墊461可以用作擴散屏障或者擴散屏障層。傳導(dǎo)襯墊461的材料可以例如包括鈦(Ti)、鉭(Ta)、釕(Ru)、鎢(W)及其氮化物，諸如氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、氮化釕(RuN)和/或氮化鎢(WN)，但是也可以設(shè)想其它適當材料。傳導(dǎo)襯墊461也可以由任何其它傳導(dǎo)材料形成，該傳導(dǎo)材料可以用作屏障并且能夠防止傳導(dǎo)材料(諸如銅)經(jīng)過傳導(dǎo)襯墊擴散。在形成傳導(dǎo)襯墊461之后，本發(fā)明的一個實施例可以包括向過孔442和443以及在其上的開口中沉積傳導(dǎo)材料460以形成M2金屬層460，由此創(chuàng)建金屬接觸462和463而金屬接觸463包括用于到達在Ml金屬層420的第一與第二傳導(dǎo)路徑之間的Vl過孔。制成M2金屬層460的傳導(dǎo)材料可以例如包括鎢(W)、鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)及其合金。圖5(a)和 圖5(b)是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例制造的電子熔斷器(電熔斷器)的結(jié)構(gòu)的俯視圖和側(cè)視圖的示范圖示。更具體而言，本發(fā)明的實施例包括Vl過孔503，該Vl過孔具有如下上部分，該上部分在其底表面與Ml金屬層的頂表面的一部分(501和502)接觸。Vl過孔503的上部分具有長度Lvl和寬度Wvl。Vl過孔503也包括下部分，該下部分傳導(dǎo)地連接Ml金屬層的第一段(或者第一傳導(dǎo)路徑)501和第二段(或者第二傳導(dǎo)路徑)502。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，為了減少編程功率，Vl過孔530的與Ml金屬層的第一段501重疊的部分(電子在該部分退出Vl過孔503以在Ml金屬層的第一段501中引起至少一個空部和可能多個空部)可以具有在Vl過孔503的寬度Wvl的20至100%之間的寬度W和在Vl過孔503的長度Lvl的約10至30%之間的長度Lc (圖5 (a))。另一方面，為了減少電熔斷器在未編程狀態(tài)之下時的電阻，可以優(yōu)選地制成Ml金屬層的傳導(dǎo)路徑大于Vl過孔503。例如，Ml金屬層的第一段501的寬度(Wl)可以制成在Vl過孔寬度Wvl的100%至300%之間，并且Ml金屬層的第二段502的寬度(W2)可以制成在Vl過孔寬度Wvl的150至500%之間。此外，Vl過孔503和Ml金屬層的第二段502可以制成為具有重疊區(qū)域，該重疊區(qū)域的長度La是Vl過孔503的長度Lvl的總長度的約50%。在形成Vl過孔503時，在Vl過孔503的側(cè)壁周圍沉積傳導(dǎo)襯墊510。傳導(dǎo)襯墊510具有比Ml金屬層的傳導(dǎo)材料、具體比Ml金屬層的第一段501的材料更高的電阻(或者更低電導(dǎo)率)。更低電導(dǎo)率幫助在大的電子流穿過在Vl過孔503與Ml金屬層的第一段(或者第一傳導(dǎo)路徑)之間的界面時的編程期間創(chuàng)建在Vl過孔503旁邊的一個或者多個空部。圖6(a)和圖6(b)是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的對圖5中所示電熔斷器編程及其在被編程之后的結(jié)構(gòu)的俯視圖和側(cè)視圖的示范圖示。例如，在從Ml金屬層的第一段601 (對應(yīng)于圖5中的段501)向第二段602 (對應(yīng)于圖5中的段502)施加正電壓時編程期間，電子611可以與施加電壓的方向相逆經(jīng)過Vl過孔603 (與圖5中的Vl過孔503對應(yīng))從Ml金屬層的第二段602流向Ml金屬層的第一段601。與從Vl過孔603向Ml金屬層的第一段601穿越比較，電子可以在從Ml金屬層的第二段602向Vl過孔603穿越時由于在它們之間的相對大界面并且因此更大電導(dǎo)率/更低電阻率而經(jīng)歷相對更少電阻。另一方面，由于Ml金屬原子(諸如銅原子)在擴散屏障層610內(nèi)的擴散率和在Ml金屬內(nèi)的擴散率的差異，電遷移通量福散出現(xiàn)于在擴散屏障610與Ml金屬層的第一段601之間的交線，從而在擴散屏障610的附近引起金屬原子耗盡以創(chuàng)建空部612。在電子從Vl過孔603流向Ml金屬層的第一段601時，由于傳導(dǎo)襯墊610用作擴散屏障層并且在傳導(dǎo)襯墊創(chuàng)建電遷移通量輻散，所以與在Vl過孔603與M金屬層的第一段601之間的界面相鄰形成電遷移引起的空部612。空部612的形成用可預(yù)測的空部位置成功地對電熔斷器編程。盡管這里已經(jīng)圖示和描述本發(fā)明的某些特征，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員現(xiàn)在將想到許多修改、替換、改變和等效物。因此將理解所附權(quán)利要求旨在于覆蓋如落入本發(fā)明的精神實質(zhì)內(nèi)的所有這樣 的修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),包括: 第一傳導(dǎo)材料的過孔(120)，具有底部和側(cè)壁，所述側(cè)壁的至少一部分由傳導(dǎo)襯墊(121,461)覆蓋，所述過孔的所述底部直接形成于電介質(zhì)層(410)上面；以及 第二傳導(dǎo)材料的第一(111)傳導(dǎo)路徑和第二(112)傳導(dǎo)路徑，形成于所述電介質(zhì)層(410)上面，在所述側(cè)壁處經(jīng)過并且僅經(jīng)過所述過孔(120)傳導(dǎo)地連接所述第一傳導(dǎo)路徑和所述第二傳導(dǎo)路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中至少所述第一傳導(dǎo)路徑的電導(dǎo)率大于在所述側(cè)壁的所述部分處覆蓋所述過孔(120)的所述傳導(dǎo)襯墊(121)的電導(dǎo)率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述側(cè)壁的所述部分是在所述第一傳導(dǎo)路徑(111)與所述過孔(120)之間的側(cè)壁。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中至少一個空部(122)在與所述側(cè)壁的所述部分相鄰的位置處存在于所述第一傳導(dǎo)路徑(111)以內(nèi)，其中所述至少一個空部(122)由電遷移引起并且占用所述第一傳導(dǎo)路徑的截面的多于一半。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述過孔(120)的所述底部和所述側(cè)壁由所述傳導(dǎo)襯墊完全覆蓋。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述過孔(120)的由所述側(cè)壁中的彼此相對的兩個側(cè)壁測量的橫向尺度少于產(chǎn)生電遷移的最短特征長度，所述產(chǎn)生電遷移的最短特征長度與金屬原子在所述過孔以內(nèi)的電遷移關(guān)聯(lián)并且至少部分地受所述過孔(120)的所述第一傳導(dǎo)材料的性質(zhì)影響。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一傳導(dǎo)材料是銅(Cu)，并且其中在所述過孔以內(nèi)的所述產(chǎn)生電遷移的最短特征長度近似為10微米或者更少。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中從由鎢(W)、招(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)及其合金構(gòu)成的組選擇所述第一傳導(dǎo)材料，并且從由鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)及其合金構(gòu)成的組選擇所述第二傳導(dǎo)材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述傳導(dǎo)襯墊由從鈦(Ti)、鉭(Ta)、釕(Ru)、鎢(W)、氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、氮化釕(RuN)和氮化鎢(WN)構(gòu)成的組選擇的材料制成，并且其中所述傳導(dǎo)襯墊能夠防止所述過孔的所述第一傳導(dǎo)材料經(jīng)過所述傳導(dǎo)襯墊擴散。
10.一種電子熔斷器，包括: 第一傳導(dǎo)材料的過孔(120)，具有底部和側(cè)壁，其中所述底部直接形成于電介質(zhì)層(410)上面； 第一傳導(dǎo)路徑(111)，在所述過孔的第一側(cè)處形成于所述電介質(zhì)層(410)上面并且被空部(122)從所述過孔的所述側(cè)壁分離；以及 第二傳導(dǎo)路徑(112)，在所述過孔的第二不同側(cè)處形成于所述電介質(zhì)層(410)上面并且經(jīng)過所述側(cè)壁與所述過孔傳導(dǎo)接觸， 其中所述側(cè)壁的從所述第一傳導(dǎo)路徑分離的部分由傳導(dǎo)襯墊(121)覆蓋，并且其中所述第一傳導(dǎo)路徑和所述第二傳導(dǎo)路徑(111，112)由第二傳導(dǎo)材料制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的編程的電子熔斷器，其中所述過孔傳導(dǎo)地連接到金屬接觸層(130)，所述金屬接觸層形成于所述第一傳導(dǎo)路徑和所述第二傳導(dǎo)路徑(111，112)上方并且從所述第一傳導(dǎo)路徑和所述第二傳導(dǎo)路徑(111，112)分離。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的編程的電子熔斷器，其中所述金屬接觸層(130)和所述第二傳導(dǎo)路徑(112)經(jīng)過所述過孔(120)形成連續(xù)傳導(dǎo)路徑并且適于經(jīng)過所述過孔(120)從所述第二傳導(dǎo)路徑(112)向所述金屬接觸層(130)傳遞感測電子電流。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的編程的電子熔斷器，其中所述金屬接觸層(130)和所述過孔(120)被所述空部(122)從所述第一傳導(dǎo)路徑傳導(dǎo)地絕緣。
14.一種電子熔斷器，包括: 第一傳導(dǎo)材料的過孔(120)，具有底部和側(cè)壁，所述側(cè)壁由傳導(dǎo)襯墊(121)覆蓋，所述底部直接形成于電介質(zhì)層(410)上面；以及 第二傳導(dǎo)材料的第一傳導(dǎo)路徑和第二傳導(dǎo)路徑(111，112)，形成于所述電介質(zhì)層(410)上面，在所述側(cè)壁處經(jīng)過并且僅經(jīng)過所述過孔(120)相互傳導(dǎo)地連接所述第一傳導(dǎo)路徑和所述第二傳導(dǎo)路徑。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電子熔斷器，其中所述電介質(zhì)層是第一電介質(zhì)層，還包括形成于所述過孔(120)上面并且與所述過孔(120)傳導(dǎo)接觸的金屬接觸層(130)，所述金屬接觸層除了經(jīng)過所述過孔之外被第二電介質(zhì)層(430)從所述第一傳導(dǎo)路徑和所述第二傳導(dǎo)路徑(111，112)傳導(dǎo)地絕緣。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電子熔斷器，其中所述第二傳導(dǎo)路徑(112)適于經(jīng)過所述過孔(120)在朝著所述第一傳導(dǎo)路徑(111)的方向上傳遞電子流代表的電子電流，所述電子流充分大以在面向所述第一傳導(dǎo)路徑(111)的與所述側(cè)壁相鄰的位置處在所述第一傳導(dǎo)路徑(111)中創(chuàng)建空部(122)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電子熔斷器，其中所述金屬接觸層(130)適于經(jīng)過所述過孔(120)和經(jīng)過所述第二傳導(dǎo)路徑(112)傳遞電流以確認在所述過孔(120)旁邊在所述第一傳導(dǎo)路徑(111)以內(nèi)創(chuàng)建所述空部(122)之后電流的電子連續(xù)性。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電子熔斷器，其中電流無法在創(chuàng)建所述空部(122)之后從所述金屬接觸層(130)經(jīng)過所述過孔(120)和經(jīng)過所述第一傳導(dǎo)路徑(111)傳遞。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電子熔斷器，其中至少所述第一傳導(dǎo)路徑(111)的電導(dǎo)率大于在所述側(cè)壁處覆蓋所述過孔的所述傳導(dǎo)襯墊(121)的電導(dǎo)率。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電子熔斷器，其中一個或者多個空部(122)在所述第一傳導(dǎo)路徑和第二傳導(dǎo)路徑(111，112)中的至少一個傳導(dǎo)路徑以內(nèi)與所述過孔(120)的所述側(cè)壁相鄰而存在，其中所述空部由電遷移引起并且占用所述第一傳導(dǎo)路徑和所述第二傳導(dǎo)路徑中的所述至少一個傳導(dǎo)路徑的截面的大部分。
全文摘要
提供電子熔斷器(電熔斷器)的結(jié)構(gòu)。一種未編程的電熔斷器(100)包括第一傳導(dǎo)材料的過孔(120)，具有底部和側(cè)壁，其中側(cè)壁的一部分由傳導(dǎo)襯墊(121)覆蓋并且過孔的底部形成于電介質(zhì)層(410)上面；以及第二傳導(dǎo)材料的第一和第二傳導(dǎo)路徑(111，112)，形成于電介質(zhì)層(410)上面而在側(cè)壁經(jīng)過并且僅經(jīng)過過孔(120)傳導(dǎo)地連接第一和第二傳導(dǎo)路徑。一種編程的電熔斷器包括過孔(120)；第一傳導(dǎo)路徑(111)，在過孔的第一側(cè)并且被空部(122)從過孔的側(cè)壁分離；以及第二傳導(dǎo)路徑(112)，在過孔(120)的第二不同側(cè)并且經(jīng)過過孔的側(cè)壁與過孔傳導(dǎo)接觸。
文檔編號H01L23/62GK103222052SQ201180056078
公開日2013年7月24日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者王平川, C·E·田, R·菲利皮, 李偉健 申請人:國際商業(yè)機器公司