專利名稱：可再編程熔絲結(jié)構(gòu)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及集成電路領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及通過利用在半導(dǎo)體集成電路中的相變材料編程的可逆熔絲鏈接。
背景技術(shù)：
在集成電路存儲器中的冗余是當(dāng)前芯片制造術(shù)的一部分以提高產(chǎn)量。通過用芯片上的備份或冗余電路替代有故障單元，明顯提高了集成電路存儲器的產(chǎn)量。當(dāng)前實踐是熔斷傳導(dǎo)連接(熔絲)，從而允許使用冗余存儲器單元替代無功能單元。另一普通實踐提供專用芯片和模塊以使芯片適用于特殊應(yīng)用。通過在具有多個潛在應(yīng)用的集成電路中選擇性熔斷熔絲，單個集成電路設(shè)計可以經(jīng)濟地制造并且適用于各種常規(guī)使用。
當(dāng)前的E-熔斷技術(shù)能夠提供芯片在許多級上的分級修復(fù)；在第一輪晶片最終測試(WFT)的第一修復(fù)，在第二輪WFT的第二修復(fù)，和在芯片封裝的最終測試期間的第三修復(fù)。為實現(xiàn)此分級修復(fù)，或者在修復(fù)的每個階段編程熔絲，或者將每級的數(shù)據(jù)保存為串直到編程所有熔絲的最后級。對于在修復(fù)的每個階段編程熔絲的第一方法，必須建立額外冗余以允許在三個步驟中進行該修復(fù)。這有時效率低并且導(dǎo)致在要求額外冗余的多級重復(fù)修復(fù)。另一種選擇，其中在最后測試級一次編程所有的熔絲，具有抑制在要求在較高級修復(fù)的級不必要地編程熔絲的的優(yōu)點，從而縮減為獲得相同修復(fù)的冗余的數(shù)量。然而，該修復(fù)只能做一次并且必須結(jié)合來自不同級測試的所有修復(fù)數(shù)據(jù)，妨礙在消費者或終端用戶位置的任何修復(fù)或調(diào)整。
另外，要求約10mA的編程電流和3.3到3.5V的電壓。這樣級別的電流要求寬的編程晶體管，消耗大量硅區(qū)域。如果此電流可以縮減，可以顯著節(jié)約硅區(qū)域。
在John D.Davis等人的名稱為Programmable Chalcogenide FuseWithin A Semiconductor Device的美國專利號6,448,576 B1中描述了利用硫族化物材料和通過電阻加熱器間接加熱的可再編程熔絲，該專利轉(zhuǎn)讓給BAE Systems Information and Electronic Systems Integration，Inc.，這里通過參考引入其整個內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過可逆編程熔絲結(jié)構(gòu)獲得了系統(tǒng)，裝置，結(jié)構(gòu)以及方法的技術(shù)優(yōu)點。
本發(fā)明的一個目的是提供可再編程(可逆編程)熔絲結(jié)構(gòu)，利用相變材料，具有相關(guān)的控制電路以使熔絲單元的狀態(tài)從高阻態(tài)轉(zhuǎn)變到低阻態(tài)或從低阻態(tài)轉(zhuǎn)變到高阻態(tài)；以及類似集成的合適傳感電路，以讀取熔絲中儲存的信息，其中使用所述傳感電路來啟動或截止電路。熔絲單元由線構(gòu)造的相變材料構(gòu)成，其包括通過具有高導(dǎo)電相和低導(dǎo)電相的熔絲鏈接連接的陰極和陽極，與電流源連接。電流通過陰極和陽極流經(jīng)傳導(dǎo)熔絲鏈接，其中該電流和材料電阻率足夠加熱熔絲鏈接并引起改變系統(tǒng)的傳導(dǎo)率的相變。可以將最初在高傳導(dǎo)態(tài)的熔絲加熱到超過在熔絲鏈接中的相變材料的熔點以將熔絲鏈接轉(zhuǎn)變到低傳導(dǎo)態(tài)。隨后，通過將足夠電流流經(jīng)熔絲鏈接以引起構(gòu)成熔絲鏈接的材料的結(jié)晶化，可以將熔絲轉(zhuǎn)變回高傳導(dǎo)態(tài)。
此可再編程熔絲結(jié)構(gòu)在幾個方面提供了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)可再編程硫族化物材料熔絲結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。提出的結(jié)構(gòu)通過利用直接加熱以及減小熔絲的截面區(qū)域，降低了改變?nèi)劢z的狀態(tài)所需的施加電流和電壓。另外，優(yōu)選實施例提出的結(jié)構(gòu)和方法減小了附加工藝步驟并且允許容易地使用銅加低K介質(zhì)后段制程(BEOL)互連結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選實施例的方法僅使用現(xiàn)有的雙鑲嵌BEOL工藝并且僅增加一個附加的掩膜步驟以限定熔絲單元。間接加熱對直接加熱的模型表明如果不是所有相變?nèi)劢z單元都在當(dāng)前或?qū)淼目芍圃斐叽缦拢瑢τ诙鄶?shù)情況間接加熱是不可行的。具有期望的電阻率和熱穩(wěn)定性以用于熔絲單元中的相變材料具有很低的熱傳導(dǎo)率，這可以抑制從外部加熱元件的必須的熱轉(zhuǎn)移，如在US 6,448,576 B1中描述的。
具有很小熔絲線單元(厚度小于30nm，寬度約80nm，具有包圍單元的3側(cè)的電阻加熱)的希望結(jié)構(gòu)模型預(yù)測為了將標(biāo)準(zhǔn)的Ge2Sb2Te5硫族化物材料從低阻(結(jié)晶)態(tài)轉(zhuǎn)變到高阻(非晶)態(tài)，在電阻加熱器中要求非常高的溫度(約2000℃)。較厚熔絲線單元，例如現(xiàn)有技術(shù)中提出的(500nm的厚度)將不可能通過外部電阻加熱器轉(zhuǎn)變。
基于在通過電阻加熱器加熱的模型中使用的希望小熔絲單元尺寸和材料；要求大于15mA的高電流以產(chǎn)生這樣的高溫。本發(fā)明的熔絲單元的類似的模型表明為了改變材料的相需要的電流顯著減小(＜3mA＝，并且在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了更適當(dāng)?shù)臏囟?最高溫度＜1000℃＝。同時該溫度很好地在熔絲單元中隔離，阻止周圍結(jié)構(gòu)暴露于很高的溫度。
本發(fā)明的一個目標(biāo)是提供在單或雙鑲嵌類型的低K介質(zhì)加Cu互連結(jié)構(gòu)中的可再編程熔絲結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個目標(biāo)是在熔絲層中提供可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，其中可再編程熔絲位于單或雙鑲嵌類型的低K介質(zhì)加Cu互連結(jié)構(gòu)中。
本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)要求與現(xiàn)有技術(shù)熔絲相比顯著低的編程電流。
本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供制造本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的方法。


圖1是示意圖，示出了在第一實施例中的熔絲結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖2A、2C是示意圖，示出了在第二實施例中的熔絲結(jié)構(gòu)的頂視圖。
圖2B、2D是示意圖，示出了在具有提高產(chǎn)量和可靠性的可能修改的第二實施例中的熔絲結(jié)構(gòu)的頂視圖。
圖3是示意圖，示出了在第三實施例中的熔絲結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖4是示意圖，示出了在第四實施例中的熔絲結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖5是示意圖，示出了用于模擬間接加熱方法的結(jié)構(gòu)和尺寸。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)參考圖1，在電互聯(lián)結(jié)構(gòu)中的可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，具有襯底3，線級介質(zhì)層5，形成熔絲單元的相變材料短線15，在線級介質(zhì)層中并部分延伸穿過線級介質(zhì)層的厚度，在所述線級介質(zhì)層頂部的薄覆蓋介質(zhì)層9，包括兩個過孔13的過孔級介質(zhì)層7，所述過孔13與形成熔絲單元的陽極和陰極的第一線級介質(zhì)層中的相變材料的表面接觸，以及在所述過孔級介質(zhì)層上的第二線級介質(zhì)層11，包括與在過孔級介質(zhì)層中的過孔接觸的線19。此可再編程熔絲結(jié)構(gòu)具有相關(guān)的控制電路以使相變材料的狀態(tài)從高阻態(tài)轉(zhuǎn)變到低阻態(tài)或從低阻態(tài)轉(zhuǎn)變到高阻態(tài)；以及類似集成的合適傳感電路，以讀取熔絲中儲存的信息，其中使用所述傳感電路以啟動或截止電路。
第一線級介質(zhì)層5，過孔級介質(zhì)層7，和第二線級介質(zhì)層11可以是相同或不同的材料并且可以包括氧化物，低K介質(zhì)材料或多孔低K介質(zhì)材料。
相變材料15可以包括摻雜或未摻雜GexSbyTez材料，摻雜或未摻雜GexSby材料，摻雜或未摻雜SbxTey材料，或在熔絲結(jié)構(gòu)中可以控制的在一溫度下材料的傳導(dǎo)率改變的經(jīng)受可逆相變的任意其它材料。
在低于90℃的溫度更優(yōu)選低于120℃的溫度下在10年時期內(nèi)相變材料不應(yīng)該經(jīng)受結(jié)晶化。
相變材料線具有從約50nm到約1000nm的長度，優(yōu)選在100到300nm之間的長度，約10nm到約100nm的寬度，優(yōu)選從約20nm到約50nm，以及從約5nm到約200nm的深度，優(yōu)選從約10到約40nm。
如上所述，在低于120℃下不發(fā)生結(jié)晶化，并且在低于約1000℃優(yōu)選低于700℃下應(yīng)該出現(xiàn)熔化。為了確保熔絲單元的狀態(tài)長期的穩(wěn)定優(yōu)選更高的結(jié)晶化溫度。因為編程時間不嚴(yán)格，可以在熔絲單元中使用具有更高的結(jié)晶化溫度的材料以提高長期穩(wěn)定性。這與要求非?？斓那袚Q時間的相變存儲器單元不同。為了編程熔絲，與相變材料的線和過孔接觸為電流流經(jīng)相變材料提供了路徑。比編程電流更低的電流可以流經(jīng)該材料以探測熔絲單元的電阻率級別。通過將材料從結(jié)晶態(tài)(低阻)轉(zhuǎn)變到非晶態(tài)(高阻)和從非晶態(tài)轉(zhuǎn)變到結(jié)晶態(tài)的對該單元的電阻加熱，獲得編程。
該結(jié)構(gòu)可以具有包圍相變材料線15的介質(zhì)層17。此介質(zhì)層可以設(shè)計為具有低導(dǎo)熱率和足夠的熱穩(wěn)定性以在暴露于相變材料的相變要求的溫度和時間后顯示沒有明顯的熱退化。
相變線(熔絲單元)可以具有從約50nm到約1000nm的長度，優(yōu)選在100到300nm之間的長度。相變線(熔絲單元)可以具有約10nm到約100nm的寬度，優(yōu)選從約20nm到約50nm。相變線(熔絲單元)可以具有從約5nm到約200nm的厚度，優(yōu)選從約10到約40nm。將相變線減小到更小的橫截面積將允許減小獲得材料相變所需的電流。選擇熔絲單元的尺寸，相變材料的電阻率，和周圍介質(zhì)材料以使在約2V或低于約2V的電壓和5mA或低于5mA優(yōu)選低于1mA并且更優(yōu)選低于約0.5mA的電流下完成熔絲單元的橫截面的相變。
這些低電流和電壓要求提供在要求大于3V和約10mA的電流的現(xiàn)有熔絲結(jié)構(gòu)上的顯著優(yōu)點。編程本發(fā)明結(jié)構(gòu)要求的低電流使與現(xiàn)有熔絲結(jié)構(gòu)相比，用于熔絲單元的編程晶體管所消耗的面積明顯減小。在Chandrasekharan Kothandaraman等人的名稱為System ForProgramming Fuse Structure by Electromigration of Silicide Enhanced byCreating Temperature Gradient的美國專利號6,624,499B2中描述了此類型的現(xiàn)有熔絲結(jié)構(gòu)，該專利轉(zhuǎn)讓給Infineon Technologies AG和國際商業(yè)機器公司，這里通過參考引入其整個內(nèi)容。
該結(jié)構(gòu)可以具有在襯底上的介質(zhì)層5，7和11中形成的多個構(gòu)圖金屬導(dǎo)體。至少一個構(gòu)圖金屬導(dǎo)體可以是電線并且在雙鑲嵌結(jié)構(gòu)情況下至少一個構(gòu)圖金屬導(dǎo)體可以是過孔。
該結(jié)構(gòu)可以具有可編程熔絲層，例如在ChandrasekharanKothandaraman等人的名稱為System For Programming Fuse Structureby Electromigration of Silicide Enhanced by Creating TemperatureGradient的美國專利號6,624,499 B2中描述的，該專利轉(zhuǎn)讓給InfineonTechnologies AG和國際商業(yè)機器公司，這里通過參考引入其整個內(nèi)容，其中在熔絲層中的一些或所有熔絲具有可以可逆編程的熔絲單元。
參考圖2a和2c，在本發(fā)明的另一個實施例中，可再編程熔絲結(jié)構(gòu)可以具有相變材料107的交叉或交錯交叉結(jié)構(gòu)，嵌入介質(zhì)材料105中，其中與相關(guān)控制電路的一組過孔接觸用于編程熔絲101a和101b以使熔絲單元的狀態(tài)從高阻態(tài)轉(zhuǎn)變到低阻態(tài)或從低阻態(tài)轉(zhuǎn)變到高阻態(tài)，以及與合適傳感電路的另一組過孔接觸用于傳感熔絲103a和103b的狀態(tài)，以讀取熔絲中儲存的信息，其中使用所述傳感電路來啟動或截止電路。交叉的每條線應(yīng)該具有類似于在本發(fā)明的第一實施例中描述的優(yōu)選尺寸。
該結(jié)構(gòu)還可以具有其它構(gòu)造。例如，在一種構(gòu)造中，相變材料具有中心區(qū)域和四個末端以及四個過孔，其中每個過孔在每個末端與相變材料接觸。從中心區(qū)域移出的在任意兩個末端的這些過孔中的兩個與控制電路連接用于編程熔絲，假設(shè)所述兩個末端通過穿過中心點的路徑連接。在兩個剩余的末端的另外兩個過孔也從中心區(qū)域移出并且與傳感電路接觸用于傳感熔絲，假設(shè)所述兩個末端同樣通過穿過中心點的路徑連接。
該結(jié)構(gòu)還可以具有另外的構(gòu)造。例如，在另一個構(gòu)造中，相變材料具有中心區(qū)域和四個末端以及至少四個過孔，其中每個過孔在任意末端與相變材料接觸。從中心區(qū)域移出的在任意兩個末端的這些過孔中的至少兩個與控制電路連接用于編程熔絲，假設(shè)所述兩個末端通過穿過中心點的路徑連接。在任意兩個剩余的末端的另外剩余過孔也從中心區(qū)域移出并且與傳感電路接觸用于傳感熔絲，假設(shè)所述兩個末端同樣通過穿過中心點的路徑連接。
參考圖2b和2d，為了通過確保接觸以可再生方式設(shè)置在相變材料上提高結(jié)構(gòu)的產(chǎn)量和可靠性，該結(jié)構(gòu)可以在具有多個過孔接觸的熔絲單元線的末端具有更寬的區(qū)域。
該結(jié)構(gòu)還可以具有附加的介質(zhì)材料，加襯相變材料，如第一實施例具有的。此介質(zhì)提供與電互連結(jié)構(gòu)中的周圍低K或多孔低K結(jié)構(gòu)的熱絕緣。
分離用于編程熔絲的接觸和用于傳感熔絲狀態(tài)的接觸的優(yōu)點是傳感和編程操作要求顯著不同的施加電壓。
在高阻(非晶)態(tài)的相變材料具有非常高的電阻率，這將抑制任何電流流經(jīng)在此狀態(tài)下的材料直到電壓超過該結(jié)構(gòu)的擊穿電壓。一旦超過了該單元的擊穿電壓，電流將流動并且該單元會被加熱以改變狀態(tài)從而編程該單元到低阻(結(jié)晶)態(tài)。在傳感熔絲單元的狀態(tài)期間，保持電壓低于在高阻態(tài)下的該單元的此擊穿電壓是關(guān)鍵的。編程接觸和傳感接觸的分離將防止編程要求的高電壓損壞傳感電路。
參考圖3，在本發(fā)明的另一實施例中，該結(jié)構(gòu)具有襯底33，線級介質(zhì)層35，薄覆蓋介質(zhì)層39，過孔級介質(zhì)層37，第二線級介質(zhì)41，在過孔級介質(zhì)層37中的相變材料短線47，從覆蓋介質(zhì)39的表面部分延伸到過孔級介質(zhì)層37中。過孔級介質(zhì)還包括與相變材料47接觸的過孔43。線級介質(zhì)41包括與過孔43接觸的線45。與相變材料的過孔接觸為電流流經(jīng)相變材料提供路徑，以編程熔絲并探測熔絲單元的電阻率級別。該結(jié)構(gòu)還可以包括在相變材料47上的附加介質(zhì)層49。此介質(zhì)層49可以設(shè)計為具有低導(dǎo)熱率和足夠的熱穩(wěn)定性以在暴露于相變材料的相變要求的溫度和時間后顯示沒有明顯的熱退化。第一線級介質(zhì)層35，過孔級介質(zhì)層37，和第二線級介質(zhì)層41可以是相同或不同的材料并且可以包括氧化物，低K介質(zhì)材料或多孔低K介質(zhì)材料。
該結(jié)構(gòu)可以具有在襯底上的介質(zhì)層35，37和41中形成的多個構(gòu)圖金屬導(dǎo)體。至少一個構(gòu)圖金屬導(dǎo)體可以是電線并且在雙鑲嵌結(jié)構(gòu)情況下至少一個構(gòu)圖金屬導(dǎo)體可以是過孔。
參考圖4，在本發(fā)明的另一實施例中，該結(jié)構(gòu)具有襯底53，包括過孔67的過孔級介質(zhì)層55，薄覆蓋介質(zhì)層63，包括與過孔67接觸的相變材料69的一部分的線級介質(zhì)層57，第二覆蓋介質(zhì)層59，以及包括與相變材料69接觸的過孔的第二過孔級介質(zhì)61。該結(jié)構(gòu)還可以包括在相變材料的側(cè)面上的附加介質(zhì)71。此介質(zhì)層71可以設(shè)計為具有低導(dǎo)熱率和足夠的熱穩(wěn)定性以在暴露于相變材料的相變要求的溫度和時間后顯示沒有明顯的熱退化。第一過孔級介質(zhì)層55，線級介質(zhì)層57和第二過孔級介質(zhì)層61可以是相同或不同的材料并且可以包括氧化物，低K介質(zhì)材料或多孔低K介質(zhì)材料。該結(jié)構(gòu)可以具有在襯底上的介質(zhì)層55，57和61中形成的多個構(gòu)圖金屬導(dǎo)體。至少一個構(gòu)圖金屬導(dǎo)體可以是電線并且在雙鑲嵌結(jié)構(gòu)情況下至少一個構(gòu)圖金屬導(dǎo)體可以是過孔。
參考圖5，具有很小熔絲線單元(厚度小于30nm，寬度約80nm，具有包圍單元的3個側(cè)面的電阻加熱器)的希望結(jié)構(gòu)的建模預(yù)測為了將標(biāo)準(zhǔn)的Ge2Sb2Te5硫族化物材料從低阻(結(jié)晶)態(tài)轉(zhuǎn)變到高阻(非晶)態(tài)在電阻加熱器中要求非常高的溫度(約2000℃)。
根據(jù)本發(fā)明的方法本發(fā)明還旨在一種在單或雙鑲嵌類型的低K介質(zhì)加Cu互連結(jié)構(gòu)中形成可再編程熔絲結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括以下步驟，提供單鑲嵌或雙鑲嵌厚度的第一介質(zhì)，在介質(zhì)材料中部分延伸穿過線級介質(zhì)層的厚度構(gòu)圖淺溝槽，用相變材料填充溝槽，使用CMP平整化相變材料，在介質(zhì)層中形成多個構(gòu)圖金屬導(dǎo)體，平整化介質(zhì)層中的多個構(gòu)圖金屬導(dǎo)體，并且在具有多個構(gòu)圖金屬導(dǎo)體和構(gòu)圖相變材料的介質(zhì)層上沉積薄覆蓋層。該方法還包括形成具有多個構(gòu)圖金屬導(dǎo)體的第二單或雙鑲嵌級的步驟，所述構(gòu)圖金屬導(dǎo)體包括與在前述級中的相變材料接觸的過孔。該介質(zhì)層可以包括氧化物，低K介質(zhì)或多孔低K介質(zhì)。相變材料可以包括摻雜或未摻雜GexSbyTez材料，摻雜或未摻雜GexSby材料，摻雜或未摻雜SbxTey材料，或在熔絲結(jié)構(gòu)中可以控制的溫度下使材料的傳導(dǎo)率改變的經(jīng)受可逆相變的任意其它材料。在低于120℃下不應(yīng)該發(fā)生結(jié)晶化，并且在低于約1000℃優(yōu)選低于700℃下應(yīng)該發(fā)生熔化。該方法還包括在沉積相變材料前沉積保形介質(zhì)的步驟。保形介質(zhì)可以是氧化物，低K介質(zhì)或多孔低K介質(zhì)，具有足夠的熱穩(wěn)定性以在編程熔絲要求的溫度和時間下沒有顯示明顯的退化。該方法還包括在具有構(gòu)圖相變材料的介質(zhì)上沉積薄保護硬掩膜層的步驟。保護硬掩膜層可以包括氧化物，低K介質(zhì)材料，或可以向在產(chǎn)生多個構(gòu)圖金屬導(dǎo)體中包括的工藝提供抵抗性并且可以在介質(zhì)層中形成多個構(gòu)圖金屬導(dǎo)體的最后步驟期間通過CMP移除的任意材料。
在本發(fā)明的另一個實施例中，該方法可以包括如下步驟，在襯底上沉積相變材料薄膜，使用光刻、蝕刻以限定相變材料的短線結(jié)構(gòu)圖形，在相變材料上沉積單或雙鑲嵌厚度的平整化介質(zhì)，并且在具有與相變材料接觸的過孔的介質(zhì)中形成多個構(gòu)圖金屬導(dǎo)體。
此方法還可以具有在通過光刻和蝕刻步驟限定圖形前在相變材料上沉積薄介質(zhì)材料的步驟。此介質(zhì)材料與平整化介質(zhì)層比較可以具有不同的成分，介電常數(shù)，導(dǎo)熱率，或熱穩(wěn)定性。此介質(zhì)材料可以包括氧化物，低K介質(zhì)材料或多孔低K介質(zhì)材料，或具有足夠的熱穩(wěn)定性以耐受在編程熔絲期間產(chǎn)生的時間和溫度脈沖。
本發(fā)明的獨特結(jié)構(gòu)使在低K加銅互連結(jié)構(gòu)中鑲嵌的熔絲能夠利用低電流可逆開關(guān)。另外，它可以通過改變?nèi)劢z線單元的尺寸，相變材料的電阻率，或周圍材料的導(dǎo)熱性，縮小電流要求。
通過參考優(yōu)選實施例具體描述了本發(fā)明。應(yīng)該明白，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進行變化和修改。因此，本發(fā)明包括落入附加權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有這些替換，修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，包括相變材料短線，具有高阻態(tài)和低阻態(tài)；與所述相變材料線的過孔接觸；控制電路，以使所述相變材料的狀態(tài)從高阻態(tài)轉(zhuǎn)變到低阻態(tài)或從低阻態(tài)轉(zhuǎn)變到高阻態(tài)；以及類似集成的合適傳感電路，以讀取熔絲中儲存的信息，其中使用所述傳感電路來啟動或截止電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，其中所述相變材料可發(fā)生可逆相變，其在所述熔絲結(jié)構(gòu)中可控制的溫度下產(chǎn)生材料傳導(dǎo)率的改變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，其中所述相變材料是摻雜或未摻雜GexSbyTez材料，摻雜或未摻雜GexSby材料，摻雜或未摻雜SbxTey材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，其中所述相變材料在低于90℃的溫度下經(jīng)過10年的時間內(nèi)沒有發(fā)生結(jié)晶化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，其中所述相變材料是在低于約1000℃的溫度下發(fā)生熔化的材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，其中所述相變材料線具有從約50nm到約1000nm的長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，其中所述相變材料線具有從約10nm到約100nm的寬度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，其中所述相變材料線具有從約5nm到約200nm的深度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，其中選擇所述相變材料的尺寸和電阻率以在2V或低于2V的電壓和5mA或低于5mA的電流下完成熔絲單元橫截面的相變。
10.一種集成電路裝置，包括多個半導(dǎo)體可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，每一個都具有由相變材料連接的陰極和陽極，具有低阻相和高阻相；電流源，與所述半導(dǎo)體熔絲結(jié)構(gòu)連接，并且適于提供足夠大的電流以引起在任意所述熔絲鏈接中所述材料的相變；以及控制電路，與所述電流源連接，用于使所述電流源有選擇地向至少一個所述半導(dǎo)體熔絲結(jié)構(gòu)的熔絲鏈接提供所述電流；類似集成的合適傳感電路，以讀取熔絲中儲存的信息，其中使用所述傳感電路來啟動或截止電路。
11.一種具有可再編程熔絲的電互連結(jié)構(gòu)，包括第一線級介質(zhì)，包括相變材料短線；第一過孔級介質(zhì)，在所述第一線級介質(zhì)頂上，包括與在所述第一線級介質(zhì)中的相變材料接觸的傳導(dǎo)過孔；第二線級介質(zhì)，在所述第一過孔級介質(zhì)頂上，具有與在所述第一過孔級介質(zhì)中的傳導(dǎo)過孔接觸的傳導(dǎo)線；控制電路，以使所述相變材料的狀態(tài)從高阻態(tài)轉(zhuǎn)變到低阻態(tài)或從低阻態(tài)轉(zhuǎn)變到高阻態(tài)；以及類似集成的合適傳感電路，以讀取熔絲中儲存的信息，其中使用所述傳感電路來啟動或截止電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的電互連結(jié)構(gòu)，還包括在所述第一線級介質(zhì)層和所述第一過孔級介質(zhì)之間的薄覆蓋層。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的電互連結(jié)構(gòu)，還包括包圍所述相變材料的介質(zhì)層，不同于所述第一線級介質(zhì)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的電互連結(jié)構(gòu)，其中所述包圍所述相變材料的介質(zhì)層是氧化物，氮化物，多孔氧化物，低K介質(zhì)，或多孔低K介質(zhì)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的電互連結(jié)構(gòu)，其中所述線級介質(zhì)和過孔級介質(zhì)是低K介質(zhì)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的電互連結(jié)構(gòu)，其中所述線級介質(zhì)和過孔級介質(zhì)是多孔低K介質(zhì)。
17.根據(jù)權(quán)利要求11的電互連結(jié)構(gòu)，其中所述傳導(dǎo)線和過孔包括Cu。
18.根據(jù)權(quán)利要求11的電互連結(jié)構(gòu)，其中在所述結(jié)構(gòu)中存在不與所述相變材料接觸的多個附加傳導(dǎo)線和過孔。
19.根據(jù)權(quán)利要求12的電互連結(jié)構(gòu)，其中所述覆蓋層是Cu擴散阻擋層。
20.一種可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，包括相變材料，具有高阻態(tài)和低阻態(tài)，具有中心點和在多個位置與過孔接觸相接觸的末端區(qū)域，其中第一組在兩個末端區(qū)域的至少兩個過孔接觸與用于編程所述熔絲的控制電路連接，并且第二組在兩個末端區(qū)域的至少兩個過孔接觸與用于傳感所述熔絲的傳感電路接觸；其中所述第一組和所述第二組在兩個末端區(qū)域的至少兩個過孔接觸通過穿過所述中心點的路徑連接；控制電路，以使所述相變材料的狀態(tài)從高阻態(tài)轉(zhuǎn)變到低阻態(tài)或從低阻態(tài)轉(zhuǎn)變到高阻態(tài)；以及類似集成的合適傳感電路，以讀取熔絲中儲存的信息，其中使用所述傳感電路來啟動或截止電路。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，其中所述過孔接觸與四個末端區(qū)域形成交叉或交錯交叉結(jié)構(gòu)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，其中所述控制電路能夠提供足夠使電流在高阻態(tài)下流經(jīng)所述熔絲結(jié)構(gòu)的高電壓。
23.根據(jù)權(quán)利要求20的可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，其中所述傳感電路不能提供足夠使電流在高阻態(tài)下流經(jīng)所述熔絲單元的高電壓。
24.根據(jù)權(quán)利要求20的可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，其中所述相變材料的末端區(qū)域的至少一部分比所述中心寬。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，其中在每個末端區(qū)域上設(shè)有多個過孔接觸。
26.根據(jù)權(quán)利要求20的可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，其中所述熔絲結(jié)構(gòu)嵌入Cu加低K互連結(jié)構(gòu)中。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，還包括包圍所述相變材料的第二介質(zhì)，其成分不同于所述互連結(jié)構(gòu)的低K介質(zhì)的成分。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，其中所述包圍所述相變材料的第二介質(zhì)被設(shè)計為比所述第一低K介質(zhì)更熱穩(wěn)定，以阻止所述低K介質(zhì)暴露于在編程熔絲期間產(chǎn)生的高溫。
29.根據(jù)權(quán)利要求1的可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，包括第一過孔級介質(zhì)，包括相變材料短線，和與所述相變材料接觸的傳導(dǎo)過孔；第一線級介質(zhì)，在所述第一過孔級介質(zhì)頂上，具有與在所述第一過孔級介質(zhì)中的傳導(dǎo)過孔接觸的傳導(dǎo)線；控制電路，以使所述相變材料的狀態(tài)從高阻態(tài)轉(zhuǎn)變到低阻態(tài)或從低阻態(tài)轉(zhuǎn)變到高阻態(tài)；以及類似集成的合適傳感電路，以讀取熔絲中儲存的信息；其中使用所述傳感電路來啟動或截止電路。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，還包括在所述相變材料上的成分不同于所述過孔級介質(zhì)層的薄介質(zhì)層。
31.根據(jù)權(quán)利要求1的可再編程熔絲結(jié)構(gòu)，包括第一過孔級介質(zhì)，包括傳導(dǎo)過孔；第一線級介質(zhì)，在所述第一過孔級介質(zhì)頂上，包括與在所述傳導(dǎo)過孔接觸的相變材料；第二過孔級介質(zhì)，在所述第一線級介質(zhì)頂上，包括與所述相變材料接觸的傳導(dǎo)過孔；控制電路，以使所述相變材料的狀態(tài)從高阻態(tài)轉(zhuǎn)變到低阻態(tài)或從低阻態(tài)轉(zhuǎn)變到高阻態(tài)；以及類似集成的合適傳感電路，以讀取熔絲中儲存的信息；其中使用所述傳感電路來啟動或截止電路。
32.一種形成具有可再編程熔絲的電互聯(lián)結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟提供單鑲嵌或雙鑲嵌厚度的第一介質(zhì)；在所述介質(zhì)材料中構(gòu)圖淺溝槽，所述淺溝槽部分延伸穿過所述線級介質(zhì)層的所述厚度；用相變材料填充所述溝槽；使用CMP平整化所述相變材料；在所述介質(zhì)層中形成多個構(gòu)圖金屬導(dǎo)體；平整化所述介質(zhì)層中的所述多個構(gòu)圖金屬導(dǎo)體；在具有所述多個構(gòu)圖金屬導(dǎo)體和構(gòu)圖相變材料的所述介質(zhì)層上沉積薄覆蓋層；以及形成第二單或雙鑲嵌級，具有包括與在前一級中的所述相變材料接觸的過孔的多個構(gòu)圖金屬導(dǎo)體。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，還包括以下步驟在使用CMP平整化所述相變材料后形成保護硬掩膜；以及在用于平整化所述介質(zhì)層中的多個構(gòu)圖金屬導(dǎo)體的所述CMP步驟期間移除所述保護硬掩膜。
全文摘要
一種集成電路中的可逆熔絲結(jié)構(gòu)，通過采用具有與過孔接觸的相變材料短細(xì)線的熔絲單元以及能夠使電流流經(jīng)相變材料線(熔絲單元)的線結(jié)構(gòu)獲得。使電流流經(jīng)熔絲單元，以通過將結(jié)晶態(tài)下的相變材料加熱到熔點然后將該材料快速淬火至非晶態(tài)，使材料從低阻材料轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦璨牧?。通過使低電流流經(jīng)熔絲單元以使高阻非晶材料轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥杞Y(jié)晶材料，獲得可逆編程。集成合適的傳感電路以讀取熔絲中儲存的信息，其中使用所述傳感電路來啟動或截止電路。
文檔編號H01L21/768GK1881576SQ200610091839
公開日2006年12月20日 申請日期2006年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月14日
發(fā)明者C·蒂貝格, R·L·威斯涅夫, 劉小虎, S·M·羅斯納格爾, G·W·伯爾, C·科塔德拉曼, C·H·蘭 申請人:國際商業(yè)機器公司