專利名稱：電可再編程熔絲器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，涉及用于集成電路的可再編程熔絲器件，尤其是指基 于SiSb材料和Sb材料的電可再編程熔絲器件。
背景技術(shù)：
使用可編程熔絲對邏輯和存儲電路進(jìn)行制造后修補(bǔ)是當(dāng)前半導(dǎo)體工業(yè)中集成電路技術(shù)中 常用的手段。該修補(bǔ)手段向全內(nèi)建自測試的未來擴(kuò)展將可能需要更深入的熔絲的發(fā)展和使用， 這又導(dǎo)致對于與當(dāng)前普遍使用的單次熔絲不同的可再編程器件的需求。
熔絲的主要原理是通過外部編程，實現(xiàn)電路的斷開(或者開啟)操作，或者通過熔絲電 阻的調(diào)節(jié)達(dá)到對待修復(fù)集成電路修復(fù)操作的目的。在集成電路器件的制造過程中，被檢査出 的產(chǎn)品中的瑕疵單元需要通過熔絲技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，以提高產(chǎn)品的成品率。
目前常用的熔絲技術(shù)主要有兩種 一種是利用激光對熔絲進(jìn)行破壞性的編程(將熔絲燒 斷)，其現(xiàn)已部分被在芯片內(nèi)部的電技術(shù)所替代。另一種是采用電信號進(jìn)行編程(包括破壞性
和非破壞性)。例如，在用于重新布線芯片邏輯的IBM熔絲技術(shù)中，采用破壞性的熔絲技術(shù)(電 遷移熔絲)，電遷移熔絲占據(jù)相對大的面積，并且需要高電流以熔斷熔絲。并且，電遷移熔絲 是"一次性的"， 一旦熔絲被破壞，就無法可逆地回復(fù)到原狀態(tài)中，即只能進(jìn)行一次性的編 程，此后，再也不能對電路進(jìn)行逆向的修改操作。此外，熔絲特性的變化相對的廣闊，因此 需要通過鑒別電路感測每個熔絲的狀態(tài)，并且數(shù)字結(jié)果存儲在鎖存器中，電遷移熔絲的熔斷 相對的較慢，例如大約200us的量級。
隨著熔絲技術(shù)的發(fā)展，非破壞性的編程方法越來越受到用戶的歡迎,實有必要研發(fā)一種新 的熔絲材料實現(xiàn)對集成電路修復(fù)和調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電可再編程的熔絲器件，它是基于SiSb或者Sb材
料，采用上述兩種材料作為熔絲，利用電信號實現(xiàn)對熔絲可逆的操作，從而可實現(xiàn)對集成電 路修復(fù)和調(diào)節(jié)的目的。
為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 一種電可再編程熔絲器件，用于集成電路 器件，其特征在于所述的電可再編程熔絲器件采用Sb材料或SiSb材料作為熔絲。
作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案之一，SiSb材料中的硅原子百分比在0%和90%之間。 作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案之一，該電可再編程熔絲器件，采用電信號進(jìn)行編程獲得高 電阻和低電阻狀態(tài)，通過熔絲電阻的變化實現(xiàn)電路的調(diào)節(jié)。
作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案之一，該電可再編程熔絲器件在電信號的編程下實現(xiàn)多次、 可逆的高、低電阻轉(zhuǎn)換。
作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案之一，熔絲電阻不同阻值狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換是可逆的，熔絲阻
值連續(xù)可調(diào)。
本發(fā)明提供一種用于集成電路器件的電可再編程熔絲器件。采用SixSb咖i (0《x〈90)合 金作為熔絲材料，利用電信號對熔絲進(jìn)行可逆的編程操作，熔絲器件單元的電阻可在高、低 電阻之間實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)對電路的修復(fù)操作?；赟iSb材料的熔絲器件的特點還在于對 尺寸效應(yīng)不敏感，熔絲器件在大小尺寸下都可實現(xiàn)可靠工作(熔絲線寬在數(shù)納米到數(shù)亳米之 間可調(diào))，熔絲的低阻態(tài)具有較低的電阻值，高阻態(tài)具有較高的電阻值，是一種良好的熔絲器 件。


圖1基于SiSb材料和Sb材料的電可再編程熔絲器件的示意圖2A線型熔絲器件的熔絲與電極部分俯視圖，2B為截面圖3A基于SiSb (硅原子含量為6%)的線型熔絲從低電阻到高電阻的編程過程示意圖， 采用編程的電信號為電壓脈沖，電壓脈沖寬度為13納秒；3B為熔絲從高電阻轉(zhuǎn)變到低電阻的 V-I曲線，在V-I掃描中，直流電流逐漸增加。
圖4A蘑菇型熔絲器件的截面示意圖；4B為圖4A中虛線方框內(nèi)部分的放大示意圖，22和 29所示分布為下電極和上電極，圖中電極22與熔絲材料28的接觸的直徑為200納米。
圖5基于純銻蘑菇型熔絲器件的編程曲線示意圖，從低電阻到高電阻的變化曲線，采用 編程的電信號為電壓脈沖，電壓脈沖寬度為10納秒。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對技術(shù)方案的實施作進(jìn)一步的詳細(xì)描述
本發(fā)明采用SiSb或者Sb作為熔絲材料制造成熔絲器件，制成的熔絲在電信號的編程操
作下能夠在低電阻(102歐姆到104歐姆)和極高電阻(107歐姆到101()歐姆)之間實現(xiàn)多個狀
態(tài)的可逆轉(zhuǎn)變。通過熔絲電阻值的調(diào)整，達(dá)到調(diào)節(jié)和修復(fù)集成電路的目的。例如，電阻處于
較低電阻時，電路就處于開啟狀態(tài)；當(dāng)熔絲的電阻處于高電阻時，電路就處于斷開狀態(tài)。又 例如，通過熔絲的電阻值的調(diào)整達(dá)到調(diào)節(jié)晶體管狀態(tài)的目的。
本發(fā)明中采用的SiSb材料中的硅含量的原子百分比在0%和90%之間，也可以釆用純銻 (Sb)材料制造熔絲。
本發(fā)明提供的可再編程熔絲的特點還在于其大幅可調(diào)的器件尺寸，熔絲器件在較大的尺
寸范圍內(nèi)都能夠工作。熔絲材料的厚度的可選擇范圍在i納米到io微米之間，長度的可選擇
范圍在2納米到2亳米之間，寬度的可選擇范圍在1納米和1毫米之間。
實施例1 線狀熔絲及其編程
1. 采用半導(dǎo)體工藝制造熔絲器件，得到熔絲部分結(jié)構(gòu)的俯視圖如圖2A所示，截面圖如圖2B 所示，圖中l(wèi)l為硅襯底，12為A1電極，13為SiSb (硅原子含量為5%), 14為氧化硅。 本實施例中，Al電極和SiSb層厚度為30納米，氧化硅厚度為30納米，熔絲的長度為100 微米，寬度為30微米。
2. 低電阻到高電阻的編程。將熔絲設(shè)定要低阻態(tài)后，再采用脈沖寬度為13ns的電壓脈沖進(jìn) 行編程。從圖3A可見，在電壓約為2V左右時，熔絲器件的電阻從低阻瞬間轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦瑁?說明熔絲器件具有極高的編程速度。圖3A顯示熔絲器件的高、低電阻態(tài)的阻值分別為108 和103歐姆左右，相差約五個數(shù)量級。
3. 高電阻到低電阻的編程。要實現(xiàn)熔絲器件從高阻到低阻的轉(zhuǎn)變，則可以采用直流的電流源。 V-I測試表明，逐步增加電流，當(dāng)電流超過l微安時，熔絲器件快速從高電阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈?電阻態(tài)，如圖4B所示。
實施例2 蘑菇型熔絲及其編程
1. 通過標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝制造出蘑菇型的熔絲陣列，熔絲的示意截面圖如圖4A所示，示意圖 中用虛線方框標(biāo)出的部分即為熔絲部分。
2. 制造出的熔絲部分的截面圖如圖4B所示，圖中，22為W電極，24為氧化硅絕緣層，28為 Sb材料，29為TiN電極。其中，W電極22的直徑為200納米，Sb材料層的厚度為180 納米，TiN電極29的厚度為50納米左右。TiN電極、Sb層與W電極形成了蘑菇形的結(jié)構(gòu)。
3. 對上述得到的熔絲器件進(jìn)行編程，將熔絲設(shè)定要低阻態(tài)后，再采用一個10ns脈沖寬度的 電壓脈沖進(jìn)行編程，從圖5可見，在電壓約為0.75V左右時，熔絲器件的電阻從低阻瞬間 轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦?。從圖5中還可以看到，熔絲器件的高、低電阻態(tài)的阻值分別為108和103歐姆 左右，相差五個數(shù)量級左右。
在電信號的編程下，熔絲在不同電阻態(tài)之間進(jìn)行多次的、高速的、可逆的轉(zhuǎn)變，高、低 電阻阻值具有較大的差異，圖l所示為上述熔絲器件的一種類型的示意圖，通過改變?nèi)劢z的電 阻調(diào)整場效應(yīng)晶體管的狀態(tài)。
綜上所述，本發(fā)明提供了一種用于集成電路器件的熔絲器件，其特點是采用SiSb合金材 料或者Sb材料作為熔絲材料，基于上述材料的熔絲(無論是線型還是蘑菇形)都能夠?qū)崿F(xiàn)高、 低電阻的可逆轉(zhuǎn)換，并且高、低電阻具有較大差異。盡管僅詳細(xì)描述了某些優(yōu)選實施例而非 限制本發(fā)明的技術(shù)方案，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯見，在不偏離由所附權(quán)利要求界定的本發(fā) 明的范圍的情形下進(jìn)行某些改良和變化的特征均不脫離本發(fā)明精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā) 明的專利申請范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種電可再編程熔絲器件，用于集成電路器件，其特征在于所述的電可再編程熔絲器件 采用Sb材料或SiSb材料作為熔絲。
2. 如權(quán)利要求1所述的電可再編程熔絲器件，其特征在于SiSb材料中的硅原子百分比大于0%小于等于90%。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的電可再編程熔絲器件，其特征在于該電可再編程熔絲器件，采用電信號進(jìn)行編程獲得高電阻和低電阻狀態(tài)，通過熔絲電阻的變化實現(xiàn)電路的調(diào)節(jié)。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的電可再編程熔絲器件，其特征在于該電可再編程熔絲器件在電信號的編程下實現(xiàn)多次、可逆的高、低電阻轉(zhuǎn)換。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的電可再編程熔絲器件，其特征在于熔絲電阻不同阻值狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換是可逆的，熔絲阻值連續(xù)可調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電可再編程熔絲器件，用于集成電路器件，其采用Si_xSb_100-x(0≤x＜90)合金作為熔絲材料，利用電信號對熔絲進(jìn)行可逆的編程操作，熔絲器件單元的電阻可在高、低電阻之間實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)對電路的修復(fù)操作?；赟iSb材料的熔絲器件的特點還在于對尺寸效應(yīng)不敏感，熔絲器件在大小尺寸下都可實現(xiàn)可靠工作(熔絲線寬在數(shù)納米到數(shù)毫米之間可調(diào))，熔絲的低阻態(tài)具有較低的電阻值，高阻態(tài)具有較高的電阻值，是一種良好的熔絲器件。
文檔編號H01L23/52GK101364588SQ20081004187
公開日2009年2月11日 申請日期2008年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月19日
發(fā)明者波 劉, 宋志棠, 封松林, 挺 張 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所