[發明專利]半導體裝置的電熔絲結構

有效

• 申請號: 201410528528.6
• 申請日: 2014-10-09
• 公開（公告）號: CN104576604B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 崔賢民;前田茂伸
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: H01L23/525
• 分類號: H01L23/525
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司11286
• 代理人: 尹淑梅,韓芳

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“E-Fuse Structure of Semiconductor Device”。

技術領域

這里描述的一個或更多個實施例涉及一種半導體裝置的電熔絲結構。

背景技術

在半導體芯片制造和設計中已經出于各種目的而使用熔絲。例如，在存儲裝置中，熔絲在修復工藝期間已經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化。

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，使用電流來實現該目的。

發明內容

根據一個實施例，一種半導體裝置的電熔絲結構包括：第一金屬材料的熔斷體，連接陰極和陽極；覆蓋電介質，覆蓋熔斷體的頂表面；虛設金屬塞，貫穿覆蓋電介質并接觸熔斷體，虛設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。第一金屬材料的導電率可以大于第二金屬材料的導電率。

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、Ti、TiN、TiSiN、W、WN和它們的組合中的至少一種。

熔斷體將傳導編程電流，在已編程狀態下，熔斷體在陽極和虛設金屬塞之間具有空隙。空隙與虛設金屬塞之間的距離可以小于空隙與陽極之間的距離。虛設金屬塞的下部寬度可以小于熔斷體的上部寬度。

虛設金屬塞的下部寬度可以大于熔斷體的上部寬度，虛設金屬塞可以接觸熔斷體的頂表面和側表面。阻擋金屬層可以覆蓋金屬層的底表面和側表面。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表面或兩個側表面上厚。

虛設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。

電熔絲結構可以包括位于虛設金屬塞的頂表面上的虛設金屬圖案，虛設金屬圖案的厚度可以大于熔斷體的厚度。多個虛設熔斷體可以位于熔斷體的各個側面，虛設金屬圖案的寬度可以小于虛設熔斷體之間的距離。多個虛設金屬塞可以位于陽極與陰極之間。

虛設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。

電熔絲結構可以包括位于半導體基板上的晶體管，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。

電熔絲結構可以包括與半導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。熔斷體可以傳導編程電流，虛設金屬塞可以在編程電流的供應期間改變熔斷體中的溫度梯度。熔斷體可以包括與虛設金屬塞接觸的第一區域和與覆蓋電介質接觸的第二區域，在編程電流的供應期間，熔斷體的溫度可以在第二區域處具有最大值。

熔斷體可以包括與虛設金屬塞接觸的第一區域和與覆蓋電介質接觸的第二區域，電熔絲結構可以傳導編程電流，在編程電流的供應期間，在熔斷體的第一區域處由電遷移導致的第一電驅動力可以與在熔斷體的第二區域處由電遷移導致的第二驅動力不同。

根據另一實施例，一種半導體裝置的電熔絲結構包括：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，位于熔斷體的頂表面和層間絕緣層之間，覆蓋電介質包括與層間絕緣層不同的絕緣材料；虛設金屬塞，貫穿層間絕緣層和覆蓋電介質并接觸熔斷體，虛設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。第一金屬材料的導電率可以大于第二金屬材料的導電率。

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、Ti、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表面上厚。