半導體元件的熔絲結構的製作方法

2023-05-06 08:21:21

專利名稱：半導體元件的熔絲結構的製作方法
技術領域：
本發明是有關於一種半導體元件中的常閉式熔絲，以及其製造方法。
Kawanabe等人在美國專利號碼4,795,720，「用來產生半導體元件及切割熔絲的方法」中公開使用雷射束來割斷熔絲。然而在保護遮蓋中的開口會造成製作工藝中的汙染，因此在切割之後，該孔洞應用一保護層予以覆蓋。通常在切割熔絲時所形成的碎礫很可能造成金氧半導體結構無法操作。
Velde等人在所提的美國專利號4,536,948，「製造可程序半導體元件的方法」中揭露了燒熔熔絲的方法。通常，熔絲是由復晶矽或金屬接觸線所形成的，對於復晶矽熔絲而言，必需施予一高電壓(例如是15-20V)以使其加熱，並將熔絲氧化成絕緣二氧化矽(SiO2)。一般的集成電路都覆蓋有氮化矽(Si3N4)，二氧化矽或氮化矽及氧化矽(Si3N4/SiO2)堆棧而成的保護層，在加熱燒熔復晶矽熔絲或金屬熔絲時，很可能會同時使此一保護層斷裂，因此，復晶矽熔絲通常需要在頂層中形成一開口，以允許周圍水氣將元件的導體或電性接觸端氧化。這種技術的第二缺點在於熔絲的材料在燒熔時會濺潑到到元件的表面上，而可能損害到元件。另一個缺點為熔絲的程序電源需要相當大的存取(地址)電晶體，其增加了集成電路的尺寸及成本。
因此，需要一個可以一低電壓燒熔，且不會損壞到周圍結構的常閉式熔絲。
本發明的另一目的在提供一種可以以相當低的電壓/電流燒熔的熔絲。
本發明的另一目的在提供一種在被燒熔時不會副面影響周圍半導體結構的熔絲結構。
本發明在一底部金屬層上覆蓋一絕緣層，在絕緣層上形成一上金屬層，然後，形成一層間介電層覆蓋住該結構，以及在該層間介電層上的一頂部金屬層，再形成複數個與該上金屬層一端相連的介層洞。上金屬層是由具有不良的導電性，亦即高電阻係數的金屬物質所構成的，其形狀最好是相對於連接介層洞的外緣而言的中間細窄部分。因此，當具有一預定值的電流流經該頂部金屬層時，該電流會流經該些介層洞以及該上金屬層，而該電流值必需足夠大，以使上金屬層的中間細窄部分到達一足夠的溫度而產生電性中斷，而使得電流不再流經上金屬層。


為讓本發明的上述和其它目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下圖1繪示出一種熔絲結構的較佳實施例。
圖2圖繪示出一上金屬層的上視圖。
圖3繪示出介層洞連接。
圖4繪示出本發明的一較佳實施例。標記說明10介電材料 20底部金屬層30絕緣層 40上金屬層50介層洞 60上金屬層70上金屬層 80層間介電層100熔絲結構 200結構以下將敘述圖1所繪示的結構，其中一半導體包括一基底(未顯示)，一底部金屬層20在一介電材料10上形成，理想的底部金屬層20是利用化學氣相沉積製作工藝形成，而均勻分布在介電層10上。一旦底部金屬層20的圖案形成之後，多餘的底部金屬層20則可以蝕刻製作工藝去移。然後形成一絕緣層30。在一較佳實施例中，絕緣層30包括一厚氧化層，例如是一氧化鉭(Ta2O5)或氧化層及旋塗式玻璃層的組合。然後再於絕緣層30上形成一上金屬層40，在一較佳實施例中，該上金屬層40一由化學氣相沉積法，利用四氯化鈦(TiCl4)作原始材料，氨氣(NH3)為反應氣體，於大約攝氏300至500度，0.1至2Torr下所形成的厚約200至500埃的氮化鈦層。通常上金屬層40具有不良的導電性，亦即高電阻係數。在一較佳實施例中，該電阻係數約為10Ω/inch，而該上金屬層具有1微米的厚度。上金屬層的電阻係數可以借著改變其材料，長度，寬度或厚度而調整。如圖2所示的視圖可知，在一較佳實施例中，上金屬層40具有兩邊寬，中間窄的形狀，因此其提供了兩個介層洞之間的一個高阻抗的窄信道，使得需要穩定燒熔局部上金屬層40的電流變小。
一層間介電層80覆蓋了熔絲結構100，而該層間介電質80借著一化學機械研磨法而平坦化。接著，形成一光阻層(未顯示)以及實施微影製作工藝以定義介層洞50的位置。介層洞的數目及大小可依據實際所需而決定。在一實施例中，複數個介層洞50是用來連接頂部金屬層60，70與上金屬層40的。接著，移除未被光阻層覆蓋的層間介電層部分80以該光阻層，接著，利用濺鍍法形成填充介層洞的金屬層，然後借著回蝕製作工藝以去除多餘的金屬層，以使介層洞中金屬層的表面與層間介電層對齊，以形成介層插塞。然後，再形成一頂部金屬層於介電層及介層洞的表面，並實施一蝕刻步驟以形成各別的頂部金屬層60及70。
當一熔絲斷裂或被燒熔時，一高電流通過頂部金屬層60及70，經過介層洞50而進入上金屬層40。上金屬層40細窄部分的高電阻係數導致斷裂而造成上金屬層60及70之間的電性中斷，然而，上述上金屬層的設計只需要一相對較小的電流/電壓即可燒熔熔絲。
圖4繪示出一半導體元件中的熔絲結構100的較佳實施例，一結構200形成於一矽基底上，然後在結構上形成重疊的金屬線以做為字線，熔絲結構是形成於最上層的金屬層(n-1)，以便頂部金屬層60及70接觸，此一設計的優點在於殘餘的熔融金屬會留在接近上金屬層40的附近，而該上金屬層可以形成在與金氧半電晶體距離相當遠之處，因此不會影響金氧半電晶體的效能。如此使得中殘餘熔融熔絲造成較少的可靠性問題。
以上實施例的各種修改並不脫離本發明的精神及範圍，因此本發明的保護範圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種半導體元件的熔絲，其特徵在於包括一金屬層，在一基底上形成；一介電層，在該金屬層上形成；複數個介層洞，一端與該介電層耦接，另一端曝露於介電層表面；一頂部金屬層，形成在該介電層上而與該介層洞相連接，其中該第一及第二頂金屬層；複數個介層洞，連接該頂部金屬層；其中該金屬層和電阻係數可以調整至大於該頂部金屬層以作為一熔絲，且其形狀亦可以調整。
2.如權利要求1所述的半導體元件的熔絲，其特徵在於該金屬層具有中間窄，兩端寬的形狀。
3.一種在半導體結構中形成一熔絲的方法，其特徵在於包括形成一第一金屬層；形成一絕緣層於該第一金屬層上；形成一第二金屬層於該絕緣層上；複數個頂部金屬層於覆蓋該第二金屬層上的一介電層上；形成連接該些頂部金屬層及該第二金屬層的複數個介層洞；其中該第二金屬層具有一窄信道，得以降低可將其燒熔的電流值。
4.如權利要求3所述的在半導體結構中形成一熔絲的方法，其特徵在於該第二金屬層又包括一中間細窄兩邊寬的形狀。
5.如權利要求3所述的在半導體結構中形成一熔絲的方法，其特徵在於該第二絕緣層是由氧化鉭所形成的。
6.如權利要求3所述的在半導體結構中形成一熔絲的方法，其特徵在於該第二金屬層包括氮化鈦薄膜。
全文摘要
一種半導體元件的熔絲結構，包括在半導體中的一金屬層，其借著介層洞與其它金屬層電性相連，該金屬層的電阻係數可以通過其形成材料而調整，一般而言，其電阻係數較其它金屬線及內聯機為高，以做為一理想的熔絲結構。該金屬層具有一中間窄兩邊寬的形狀，以形成一窄信道，使得將該金屬層燒熔所需的電流降低。
文檔編號H01L23/52GK1430273SQ0215388
公開日2003年7月16日 申請日期2002年12月4日 優先權日2001年12月10日
發明者周淳樸 申請人:聯信科技股份有限公司