后段電可編程熔斷器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種BEOL電子熔斷器，該BEOL電子熔斷器在通孔內(nèi)會可靠地?zé)龜?，并且即使在最緊密間距的BEOL層內(nèi)也能夠形成。該BEOL電子熔斷器能夠使用線路優(yōu)先的雙鑲嵌工藝來形成，以產(chǎn)生將作為電子熔斷器的可編程鏈路的亞光刻通孔。亞光刻通孔能夠使用標(biāo)準(zhǔn)的光刻技術(shù)來圖形化，并且通孔的截面能夠進行調(diào)整以匹配目標(biāo)編程電流。
【專利說明】后段電可編程熔斷器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路的電子熔斷器(e-fuse)。更特別地，本發(fā)明涉及形成于后段制程(BEOL)的互連金屬層內(nèi)的電子熔斷器。
【背景技術(shù)】
[0002]在先進的集成電路技術(shù)中，電子熔斷器已經(jīng)實現(xiàn)于多晶硅(PC)級別上。在編程期間，持續(xù)時間短的高電流脈沖能夠通過電子熔斷器結(jié)構(gòu)以不可逆地使硅化物遷移至PC的頂部，從而導(dǎo)致電阻變化并且從而充當(dāng)可編程的熔斷器。但是，隨著縮放繼續(xù)進行到更緊密的間距，變得越來越難以用高k值的金屬柵過程(metal gate processes)來為某些器件集成方案實現(xiàn)PC級別的電子熔斷器。正因如此，存在著實現(xiàn)金屬互連級別的電子熔斷器(即，后段或者“BE0L電子熔斷器”)并且使用電遷移現(xiàn)象(EM)來對熔斷器編程的驅(qū)動。
[0003]常規(guī)的BEOL電子熔斷器結(jié)構(gòu)包括用于連接上線路122和下線路112的通孔124，如圖1A所示。線路122能夠被連接以作為電子熔斷器的陽極來執(zhí)行，而線路112能夠被連接以作為陰極來執(zhí)行，電子經(jīng)由通孔124從線路112流到線路122。通孔124能夠是單一通孔或堆疊通孔。在實現(xiàn)BEOL電子熔斷器方面存在若干挑戰(zhàn)。舉個例說，至少部分地由于與銅互連一起使用的內(nèi)襯材料(例如，鉭(Ta)和氮化鉭(TaN))必須連同銅一起燒斷以便實現(xiàn)適當(dāng)?shù)娜蹟嗥骶幊痰氖聦?，對BEOL電子熔斷器編程與PC電子熔斷器相比可能需要更大的電流。Thei等人的美國專利公開2005/0285222A1建議通過有意使通孔224相對于下線路212(或者相對于上線路222或相對于兩者)不對準(zhǔn)來允許在較低的電流下對電子熔斷器編程，如圖2A所示(示于Thei等人的圖14a)。當(dāng)偏移距離“D”時，在通孔/線路的界面處的接觸面積X被減小，這在理論上會將電流密度集中于該界面處。但是這種方法并不可靠，因為接觸面積在處理期間還能夠垂直延伸以包含面積Y (見圖2B)。這種通孔偏移設(shè)計還會使得該結(jié)構(gòu)容易受對鄰近電路元件的電流泄漏影響，從而降低可靠性和產(chǎn)量。而且，這種相對于上線路222的失準(zhǔn)需要單鑲嵌工藝，這會增加制造成本。
[0004]除了需要相對高的編程電流外，有關(guān)常規(guī)的BEOL電子熔斷器的另一問題是控制空隙(void)的位置。與電子熔斷器元件相鄰的線路級特征件能夠是相當(dāng)接近的，使得當(dāng)通過BEOL電子熔斷器的編程浪涌導(dǎo)致空隙以斷開線路122時，上覆蓋層(未示出)或電介質(zhì)125可能會被破壞，并且這能夠允許對相鄰的線路級特征件的電流泄漏。讓空隙出現(xiàn)于通孔124內(nèi)是優(yōu)選的，并且能夠通過確保編程浪涌與在電通路的其他部分內(nèi)相比在通孔內(nèi)產(chǎn)生更大的電流密度來提升。一個選項是設(shè)計通孔124使其具有比線路122小的截面，但是當(dāng)線路在最小光刻尺寸下制成時，在最緊密的間距級別下，光刻無法形成這樣的“較小截面的通孔”。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)的集成電路中，可獲得的最先進的光刻技術(shù)被用來形成半導(dǎo)體器件，以及最低的互連級別(例如，“Ml”和“M2”)。能夠通過光刻技術(shù)來圖形化的最小的布線尺寸(也稱為臨界尺寸或“CD”或者“基本準(zhǔn)則(groundrule) ”尺寸)與由該光刻技術(shù)制成的器件尺寸相關(guān)聯(lián)。根據(jù)“國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖(2010更新)(Internat1nal TechnologyRoadmap for Semiconductors, 2010update) ”,表1示出了所預(yù)期的器件柵極長度以及在Ml下的相應(yīng)布線間距，該“國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖(2010更新)”通過引用的方式并入本文。
[0006]表1.1NTC6MPU互連技術(shù)要求
[0007]
【權(quán)利要求】
1.一種BEOL電子熔斷器，包含: 耦接于作為陰極而連接的第一 BEOL導(dǎo)電特征件與作為陽極而連接的第二 BEOL特征件之間的導(dǎo)電通孔，其中所述導(dǎo)電通孔具有亞光刻尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的BEOL電子熔斷器，其中所述導(dǎo)電通孔形成于通孔空腔內(nèi)，并且所述通孔空腔具有亞光刻尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利 要求2所述的BEOL電子熔斷器，其中所述第二BEOL特征件形成于溝槽內(nèi)，并且所述通孔空腔的側(cè)壁與所述溝槽的側(cè)壁共面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的BEOL電子熔斷器，其中所述導(dǎo)電通孔完全覆蓋于所述第一BEOL導(dǎo)電特征件之上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的BEOL電子熔斷器，其中所述第一BEOL導(dǎo)電特征件處于第一互連層內(nèi)，并且所述第二 BEOL特征件處于形成于所述第一互連層之上的第二互連層內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的BEOL電子熔斷器，還包括在所述導(dǎo)電通孔之內(nèi)的空隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的BEOL電子熔斷器，其中所述第一BEOL導(dǎo)電特征件具有基本準(zhǔn)則寬度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的BEOL電子熔斷器，其中所述第二BEOL特征件具有基本準(zhǔn)則覽度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的BEOL電子熔斷器，其中所述第一BEOL導(dǎo)電特征件被形成于Ml或M2內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的BEOL電子熔斷器，其中所述通孔空腔包含與第二空腔堆疊的具有亞基本準(zhǔn)則寬度的第一空腔。
11.一種光刻掩模對，用于界定Mx+1線路和Vx通孔，所述光刻掩模對包含: 用于實現(xiàn)第一溝槽圖形的所述光刻掩模對中的第一掩模，以及 用于實現(xiàn)第一通孔圖形的所述光刻掩模對中的第二掩模，所述第一通孔圖形被定位為僅部分重疊所述第一溝槽圖形。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第一掩模進一步實現(xiàn)了第二溝槽圖形，所述第二掩模進一步實現(xiàn)了第二通孔圖形，并且所述第二通孔圖形被定位為完全重疊所述第二溝槽圖形。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第一通孔圖形被定位為部分重疊所述第一溝槽圖形的側(cè)面。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第一通孔圖形被定位為部分重疊所述第一溝槽圖形的端部。
15.一種方法，包括: 提供包含在第一介電層之上的硬掩模的結(jié)構(gòu)； (a)形成穿過所述硬掩模的第一開口， (b)對與所述第一開口部分重疊的第二開口圖形化，以界定重疊部分，所述重疊部分具有亞基本準(zhǔn)則尺寸， (c)蝕刻所述重疊部分以形成通孔空腔。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述硬掩模還被布置于第二介電層之上，所述第二介電層布置于形成于所述第一介電層內(nèi)的導(dǎo)電線路之上，所述方法還包括通過按照所述第一開口進行蝕刻來形成溝槽。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第二開口具有基本準(zhǔn)則尺寸。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述溝槽具有基本準(zhǔn)則尺寸。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括定位所述第二開口以根據(jù)目標(biāo)編程電流來形成所述重疊部分。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，所述方法還包括使所述導(dǎo)電線路在所述通孔空腔的底部露出。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括通過雙鑲嵌過程來形成所述溝槽和所述通孔空腔。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述導(dǎo)電線路被連接作為陰極，并且通過填充所述溝槽而形成的特征件被連接作為陽極。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括通過CVD或者通過電鍍來以銅填充所述溝槽和所述通孔空 腔。
24.一種用于對BEOL電子熔斷器編程的方法，包括: 提供BEOL結(jié)構(gòu)，所述BEOL結(jié)構(gòu)包含亞光刻通孔，所述亞光刻通孔耦接于作為陰極而接線的第一導(dǎo)電特征件與作為陽極而接線的第二導(dǎo)電特征件之間；以及 通過在所述陽極與所述陰極之間施加電流而在所述亞光刻通孔內(nèi)形成空隙。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電特征件和所述第二導(dǎo)電特征件中的至少一個具有基本準(zhǔn)則尺寸。
【文檔編號】H01L21/82GK104040711SQ201380005216
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月11日
【發(fā)明者】鮑軍靜, G·波尼拉, 考施克·查恩達, 塞繆爾·S.·喬伊, 羅納德.G.非利普, 斯特凡·格魯諾夫, N·E·勒斯蒂格, 丹·默伊, 安德魯.H.西蒙 申請人:國際商業(yè)機器公司