DE112022003556T5

DE112022003556T5 - Antifuse-vorrichtung mit becherförmigem isolator

Info

Publication number: DE112022003556T5
Application number: DE112022003556.0T
Authority: DE
Inventors: Yaojian Leng
Original assignee: Microchip Technology Inc
Current assignee: Microchip Technology Inc
Priority date: 2021-07-15
Filing date: 2022-07-14
Publication date: 2024-05-23
Also published as: WO2023287955A1

Abstract

Eine integrierte Schaltungsvorrichtung weist eine Antifuse-Vorrichtung auf. Die Antifuse-Vorrichtung weist eine becherförmige untere Antifuse-Elektrode, einen becherförmigen Antifuse-Isolator, der in einer durch die becherförmige untere Antifuse-Elektrode definierten Öffnung ausgebildet ist, und eine obere Antifuse-Elektrode auf, die in einer Öffnung ausgebildet ist, die durch den becherförmigen Antifuse-Isolator definiert wird. Die Dicke des becherförmigen Antifuse-Isolators beträgt weniger als 200 Ä.

Description

VERWANDTE ANWENDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität vor der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 63/222.367 im Gemeinschaftsbesitz, eingereicht am 15. Juli 2021, deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme für alle Zwecke einbezogen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Antifuses, die in Strukturen integrierter Schaltungen (IC) ausgebildet werden, und insbesondere auf Antifuses, die durch einen Damascene-Prozess ausgebildet werden.
HINTERGRUND
Eine Antifuse ist eine elektrisch programmierbare Vorrichtung mit zwei Anschlüssen. Eine Antifuse weist im unprogrammierten Zustand einen hohen Widerstand und im programmierten Zustand einen niedrigen Widerstand auf. Durch die Programmierung der Antifuse wird die Antifuse vom Zustand mit hohem Widerstand in einen Zustand mit einem permanenten elektrisch leitenden Pfad mit niedrigem Widerstand umgewandelt. Typischerweise wird die Programmierung durchgeführt, wenn die Spannung an der Antifuse einen bestimmten Wert überschreitet.
Antifuses werden häufig in FPGA- (Field Programmable Gate Array) Anwendungen verwendet. Antifuse-FPGAs können verschiedene Vorteile aufweisen, z. B. im Vergleich zu SRAM- (Static Random Access Memory) oder Flash-Speicher-basierten FPGAs. Beispielsweise sind Antifuse-FPGAs nichtflüchtig und beim Einschalten aktiv, können aufgrund des Routings kürzere Verzögerungen aufweisen, können weniger Strom als SRAM oder Flash-Speicher verbrauchen und können sicherer sein. Antifuse-basierte FPGAs eignen sich möglicherweise besonders für strahlungsgeschützte Anwendungen, z. B. in der Raumfahrt und im Militär.
Ein Typ herkömmlicher Antifuses weist eine Polysiliziumschicht auf, die von einem n+-dotierten Bereich durch eine dielektrische Oxid-Nitrid-Oxid-Schicht (ONO) getrennt ist. Die Antifuse ist programmierbar zwischen (a) einem unprogrammierten Zustand mit hohem Widerstand und (b) einem programmierten Zustand, in dem eine leitende Antifuse-Verbindung über der dielektrischen ONO-Schicht ausgebildet wird, wodurch ein Zustand mit niedrigem Widerstand definiert wird.
Typische Antifuse-FPGAs weisen verschiedene Nachteile oder Einschränkungen auf. Herkömmliche Antifuses erfordern beispielsweise häufig komplexe, nicht standardmäßige Herstellungsprozesse, was zu einer geringeren Ausbeute und einer langsameren Technologieentwicklung führen kann, z. B. im Vergleich zu SRAM-FPGAs. Als weiteres Beispiel werden herkömmliche Antifuse-Designs häufig zwischen aktiven und Polysiliziumbereichen eingebaut, was zu einem relativ hohen Serienwiderstand und einer geringen Packungsdichte führen kann (z. B. im Vergleich zu Antifuses, die auf Metallverbindungen aufgebaut sind, und bei mehrschichtigen Designs). Als weiteres Beispiel sind einige herkömmliche Antifuses nicht wirksam gekapselt, so dass eine durchgebrannte Sicherung, die Energie freisetzen kann, die benachbarte Schaltungen beschädigen kann, Ergiebigkeits- oder Zuverlässigkeitsprobleme für umgebende integrierte Schaltungsstrukturen verursachen kann.
ZUSAMMENFASSUNG
Es werden integrierte Antifuse-Vorrichtungen und Verfahren zum Ausbilden integrierter Antifuse-Vorrichtungen bereitgestellt. Zwischen benachbarten Metallschichten kann eine integrierte Antifuse-Vorrichtung ausgebildet werden. Die Antifuse-Vorrichtung kann eine Metall-Isolator-Metall- (MIM-) Struktur aufweisen, die durch einen Damascene-Prozess ausgebildet wird, einschließlich der Ausbildung einer Wannenöffnung in einem dielektrischen Bereich, der Ausbildung einer becherförmigen unteren Antifuse-Elektrode in der Wannenöffnung und der Ausbildung eines becherförmigen Antifuse-Isolators in einer Öffnung, die durch die becherförmige untere Antifuse-Elektrode definiert wird, und die Ausbildung einer oberen Antifuse-Elektrode in einer Öffnung, die durch den becherförmigen Antifuse-Isolator definiert wird.
Eine Dicke des becherförmigen Antifuse-Isolators kann die Durchbruchspannung der Antifuse-Vorrichtung definieren oder beeinflussen, d. h. die Spannung, die zum Programmieren der Antifuse-Vorrichtung erforderlich ist. Somit kann der becherförmige Antifuse-Isolator mit einer definierten Dicke ausgebildet werden, die eine gewünschte Durchbruchspannung der Antifuse-Vorrichtung bereitstellt. Beispielsweise kann der becherförmige Antifuse-Isolator mit einer vordefinierten Dicke ausgebildet werden, die eine Durchbruchspannung unter 15 V, unter 10 V, unter 7 V oder unter 5 V bereitstellt. In einigen Beispielen beträgt die Dicke des becherförmigen Antifuse-Isolators weniger als 200 Ä, beispielsweise im Bereich von 50-175 Å oder im Bereich von 75-125 Å.
Ein Aspekt stellt eine integrierte Schaltungsvorrichtung einschließlich einer Antifuse-Vorrichtung bereit. Die Antifuse-Vorrichtung weist eine becherförmige untere Antifuse-Elektrode auf, einen becherförmigen Antifuse-Isolator, der in einer durch die becherförmige untere Antifuse-Elektrode definierten Öffnung ausgebildet ist, und eine obere Antifuse-Elektrode, die in einer durch den becherförmigen Antifuse-Isolator definierten Öffnung ausgebildet ist. Die Dicke des becherförmigen Antifuse-Isolators beträgt weniger als 200 Å.
In einigen Beispielen liegt die Dicke des becherförmigen Antifuse-Isolators im Bereich von 50-175 Å. In einigen Beispielen liegt die Dicke des becherförmigen Antifuse-Isolators im Bereich von 75-125 Å.
In einigen Beispielen weist die Antifuse-Vorrichtung eine Durchbruchspannung unter 15 V auf. In einigen Beispielen weist die Antifuse-Vorrichtung eine Durchbruchspannung unter 7 V auf.
In einigen Beispielen weist der becherförmige Antifuse-Isolator Siliziumoxid (SiO₂), Oxid-Nitrid-Oxid (ONO), Nitrid-Oxid-Nitrid (NON) oder Aluminiumoxid (Al₂O₃) auf.
In einigen Beispielen weist die integrierte Schaltungsvorrichtung einen unteren Antifuse-Elektrodenkontakt auf, der in einer unteren Metallverbindungsschicht ausgebildet ist, wobei der untere Antifuse-Elektrodenkontakt elektrisch mit der becherförmigen unteren Antifuse-Elektrode verbunden ist, und einen oberen Antifuse-Elektrodenkontakt, der in einer oberen Metallverbindungsschicht ausgebildet ist, wobei der obere Antifuse-Elektrodenkontakt elektrisch mit der oberen Antifuse-Elektrode verbunden ist.
In einigen Beispielen weist die integrierte Schaltungsvorrichtung einen Transistor mit einem dotierten Source-Bereich und einem dotierten Drain-Bereich auf, wobei die becherförmige untere Antifuse-Elektrode elektrisch mit einem auf dem Source-Bereich ausgebildeten Silizidbereich oder einem auf dem Drain-Bereich des Transistors ausgebildeten Silizidbereich verbunden ist.
Ein weiterer Aspekt stellt eine integrierte Schaltungsvorrichtung bereit, die eine Verbindungsstruktur und eine Antifuse-Vorrichtung aufweist. Die Verbindungsstruktur weist ein unteres Verbindungselement auf, das in einer unteren Metallschicht ausgebildet ist, ein oberes Verbindungselement, das in einer oberen Metallschicht ausgebildet ist, und eine Verbindungsdurchkontaktierung, die in einem dielektrischen Bereich zwischen der unteren Metallschicht und der oberen Metallschicht ausgebildet ist, wobei die Verbindungsdurchkontaktierung das obere Verbindungselement elektrisch mit dem unteren Verbindungselement verbindet. Die Antifuse-Vorrichtung weist eine becherförmige untere Antifuse-Elektrode auf, die im dielektrischen Bereich ausgebildet ist, einen becherförmigen Antifuse-Isolator, der in einer durch die becherförmige untere Antifuse-Elektrode definierten Öffnung ausgebildet ist, und eine obere Antifuse-Vorrichtung, die in einer Öffnung ausgebildet ist, die durch den becherförmigen Antifuse-Isolator definiert wird. Die Dicke des becherförmigen Antifuse-Isolators beträgt weniger als 200 Ä.
In einigen Beispielen liegt die Dicke des becherförmigen Antifuse-Isolators im Bereich von 50-175 Ä. In einigen Beispielen liegt die Dicke des becherförmigen Antifuse-Isolators im Bereich von 75-125 Ä.
In einigen Beispielen weist die Antifuse-Vorrichtung eine Durchbruchspannung unter 15 V auf. In einigen Beispielen weist die Antifuse-Vorrichtung eine Durchbruchspannung unter 7 V auf.
In einigen Beispielen weist der becherförmige Antifuse-Isolator Siliziumoxid (SiO₂), Oxid-Nitrid-Oxid (ONO), Nitrid-Oxid-Nitrid (NON) oder Aluminiumoxid (Al₂O₃) auf.
In einigen Beispielen sind die becherförmige untere Antifuse-Elektrode und die Verbindungsdurchkontaktierung aus demselben konformen Material ausgebildet.
In einigen Beispielen sind das untere Verbindungselement und der untere Antifuse-Elektrodenkontakt in einer unteren Metall-Verbindungsschicht ausgebildet, und das obere Verbindungselement und der obere Antifuse-Elektrodenkontakt sind in einer oberen Metall-Verbindungsschicht ausgebildet.
In einigen Beispielen weist die integrierte Schaltungsvorrichtung einen Transistor mit einem dotierten Source-Bereich und einem dotierten Drain-Bereich auf, wobei die becherförmige untere Antifuse-Elektrode elektrisch mit einem auf dem Source-Bereich ausgebildeten Silizidbereich oder einem auf dem Drain-Bereich des Transistors ausgebildeten Silizidbereich verbunden ist.
Ein weiterer Aspekt stellt ein Verfahren zum Ausbilden einer Antifuse-Vorrichtung bereit. Das Verfahren weist das Ausbilden einer Wannenöffnung in einem dielektrischen Bereich auf; Aufbringen eines konformen Metalls über dem dielektrischen Bereich und sich erstreckend in die Wannenöffnung, um eine becherförmige untere Antifuse-Elektrode in der Wannenöffnung auszubilden; Aufbringen einer Isolatorschicht mit einer Schichtdicke von weniger als 200 Å über dem konformen Metall, um einen becherförmigen Antifuse-Isolator in einer Öffnung zu definieren, die durch die becherförmige untere Antifuse-Elektrode definiert wird, wobei der becherförmige Antifuse-Isolator aufweist: eine sich lateral erstreckende Antifuse-Isolatorbasis und eine sich vertikal erstreckende Antifuse-Isolatorseitenwand, die sich von der sich lateral erstreckenden Antifuse-Isolatorbasis nach oben erstreckt; Aufbringen eines oberen Elektrodenmetalls über der Isolatorschicht, das sich in eine Öffnung erstreckt, die durch den becherförmigen Antifuse-Isolator definiert wird; und Durchführen eines Planarisierungsprozesses, um obere Teile des konformen Metalls, der Isolatorschicht und des Metalls der oberen Elektrode außerhalb der Wannenöffnung zu entfernen.
In einigen Beispielen liegt die Schichtdicke im Bereich von 50-175 Å.
In einigen Beispielen liegt die Schichtdicke im Bereich von 75-125 Å.
In einigen Beispielen weist der becherförmige Antifuse-Isolator Siliziumoxid (SiO₂), Oxid-Nitrid-Oxid (ONO), Nitrid-Oxid-Nitrid (NON) oder Aluminiumoxid (Al₂O₃) auf.
In einigen Beispielen weist das Verfahren das Aufbringen einer dielektrischen Barriereschicht über einer planarisierten oberen Oberfläche auf, die durch den Planarisierungsprozess definiert wird, wobei sich die dielektrische Barriereschicht über eine vertikal verlaufende Seitenwand der becherförmigen unteren Antifuse-Elektrode, die sich vertikal erstreckende Antifuse-Isolatorseitenwand und die obere Antifuse-Elektrode erstreckt; Aufbringen einer oberen dielektrischen Schicht über der dielektrischen Barriereschicht; Ätzen der oberen dielektrischen Schicht und der dielektrischen Barriere, um eine Kontaktöffnung für die obere Antifuse-Elektrode auszubilden, die eine obere Oberfläche der oberen Antifuse-Elektrode freilegt, wobei die dielektrische Barriereschicht als Ätzstopp fungiert; und Füllen der oberen Antifuse-Elektrodenkontaktöffnung, um einen oberen Antifuse-Elektrodenkontakt auszubilden, der elektrisch mit der oberen Antifuse-Elektrode verbunden ist.
In einigen Beispielen wird die Antifuse-Vorrichtung ausgebildet, ohne dass Fotomaskenprozesse zu einem Hintergrundprozess zur Herstellung integrierter Schaltungen hinzugefügt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Beispielaspekte der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend in Verbindung mit den Figuren beschrieben, in denen:

1A eine Ansicht von oben und 1B eine laterale Querschnittsansicht einer beispielhaften IC-Struktur einschließlich einer beispielhaften Antifuse-Vorrichtung und einer beispielhaften Verbindungsstruktur ist, die gemäß einem Beispiel gleichzeitig ausgebildet werden können;
2 zeigt eine laterale Querschnittsansicht der in den 1A und 1B gezeigten beispielhaften Antifuse-Vorrichtung;
3A-3I veranschaulichen einen beispielhaften Prozess zum Ausbilden der in den 1A und 1B gezeigten integrierten Schaltungsstruktur, einschließlich der beispielhaften Antifuse-Vorrichtung und der beispielhaften Verbindungsstruktur;
4 zeigt ein Beispiel für eine integrierte Schaltungsvorrichtung, die mehrere Antifuse-Vorrichtungen aufweist, die in unterschiedlichen Tiefen in der integrierten Schaltungsvorrichtung ausgebildet sind; und
5 zeigt eine beispielhafte integrierte Schaltungsvorrichtung einschließlich einer beispielhaften Antifuse-Vorrichtung und einer beispielhaften Verbindungsstruktur, die zwischen einem silizidierten aktiven Bereich einschließlich eines MOSFET-Transistors und einer ersten Metallverbindungsschicht ausgebildet ist.

Es versteht sich, dass die Bezugsnummer für jedes dargestellte Element, das in mehreren unterschiedlichen Figuren erscheint, in den mehreren Figuren die gleiche Bedeutung aufweist und dass die Erwähnung oder Erörterung eines dargestellten Elements hierin im Kontext einer bestimmten Figur auch für jede andere Figur gilt, falls vorhanden, in der dasselbe abgebildete Element gezeigt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es werden integrierte Antifuse-Vorrichtungen und Verfahren zum Ausbilden integrierter Antifuse-Vorrichtungen bereitgestellt. Zwischen benachbarten Metallschichten kann eine integrierte Antifuse-Vorrichtung ausgebildet werden. Die Antifuse-Vorrichtung kann eine MIM-Struktur aufweisen, die eine becherförmige untere Antifuse-Elektrode, die in einer Wannenöffnung in einem dielektrischen Bereich ausgebildet ist, und einen becherförmigen Antifuse-Isolator aufweist, der in einer durch die becherförmige untere Antifuse-Elektrode definierten Öffnung ausgebildet ist, und eine obere Antifuse-Elektrode, die in einer durch den becherförmigen Antifuse-Isolator definierten Öffnung ausgebildet ist.
Eine Dicke des Antifuse-Isolators kann die Durchbruchspannung der Antifuse-Vorrichtung definieren oder beeinflussen. Somit kann der Antifuse-Isolator mit einer definierten Dicke ausgebildet werden, die eine gewünschte Durchbruchspannung der Antifuse-Vorrichtung bereitstellt. Beispielsweise kann der becherförmige Antifuse-Isolator mit einer vordefinierten Dicke ausgebildet werden, die eine Durchbruchspannung unter 15 V, unter 10 V, unter 7 V oder unter 5 V bereitstellt. In einigen Beispielen beträgt die Dicke des becherförmigen Antifuse-Isolators weniger als 200 Å, beispielsweise im Bereich von 50-175 Å oder im Bereich von 75-125 Å.
Wie hierin verwendet, kann eine „Metallschicht“ jedes Metall oder jede metallisierte Schicht oder Schichten aufweisen, einschließlich:

(a) einer Metallverbindungsschicht, die z. B. Kupfer, Aluminium oder ein anderes Metall aufweist, das durch einen Damascene-Prozess oder durch einen subtraktiven Strukturierungsprozess ausgebildet wird (z. B. Aufbringen, Strukturieren und Ätzen einer Metallschicht) oder
(b) eines silizidierten aktiven Bereichs, der eine Reihe silizidierter Strukturen aufweist (Strukturen mit einer darauf ausgebildeten Metallsilizidschicht), beispielsweise ein silizidierter Source-Bereich, Drain-Bereich oder Polysilizium-Gate eines MOSFET.

Beispielsweise kann, wie weiter unten in Bezug auf die 1A-1B, 3A-3I und 4 erläutert, eine Antifuse-Vorrichtung zwischen zwei benachbarten Metallverbindungsschichten M_x und M_x+1 in beliebiger Tiefe in einer integrierten Schaltungsvorrichtung konstruiert werden. Als weiteres Beispiel kann, wie unten in Bezug auf 5 erläutert, eine Antifuse-Vorrichtung über einem silizidierten aktiven Bereich aufgebaut werden, beispielsweise auf einem Siliziumtransistor mit Metallsilizidschichten, die auf ausgewählten Transistorkomponenten ausgebildet sind, und unter einer ersten Metallverbindungsschicht (oft als Metal-1 bezeichnet); in einem solchen Beispiel definiert der silizidierte aktive Bereich die untere Metallschicht M_x, wobei x = 0 (d. h. M₀), und die erste Metallverbindungsschicht (Metall-1) definiert die obere Metallschicht M_x+1 (d. h. Mi).
In einigen Beispielen kann eine Antifuse-Vorrichtung gleichzeitig mit bestimmten Verbindungsstrukturen, z. B. Verbindungsdurchkontaktierungen, getrennt von der Antifuse-Vorrichtung ausgebildet werden. Beispielsweise kann die becherförmige untere Antifuse-Elektrode einer Antifuse-Vorrichtung, wie in dem unten diskutierten Verfahren der 3Abis 3I gezeigt, gleichzeitig mit Verbindungsdurchkontaktierungen durch Abscheidung einer konformen Metallschicht (z. B. Wolfram) in entsprechende Öffnungen für die becherförmige untere Antifuse-Elektrode und die Verbindungsdurchkontaktierung(en) ausgebildet werden.
In anderen Beispielen kann eine Antifuse-Vorrichtung unabhängig von Verbindungsstrukturen, d. h. nicht gleichzeitig mit diesen, ausgebildet werden. 2 zeigt beispielsweise eine beispielhafte Antifuse-Vorrichtung, die unabhängig von Verbindungsstrukturen oder alternativ gleichzeitig mit Verbindungsstrukturen, z. B. Verbindungsdurchkontaktierungen, ausgebildet werden kann.
Wie unten unter Bezugnahme auf die 3A-3I erläutert, kann eine Antifuse-Vorrichtung mithilfe eines Damascene-Prozesses und ohne Hinzufügung von Maskenoperationen zum Hintergrundprozess zur Herstellung integrierter Schaltungen konstruiert werden.
Die 1A und 1B zeigen eine beispielhafte integrierte Schaltungsvorrichtung 100 einschließlich einer beispielhaften Antifuse-Vorrichtung 102 und einer beispielhaften Verbindungsstruktur 104. Insbesondere zeigt 1A eine Draufsicht auf die integrierte Schaltungsvorrichtung 100, und 1B zeigt eine seitliche Querschnittsansicht der integrierten Schaltungsvorrichtung 100 durch die in 1A gezeigte Schnittlinie 1B-1B. Wie gezeigt, weist die beispielhafte Antifuse-Vorrichtung 102 eine dreidimensionale (3D) Metall/Isolator/Metall- (MIM-) Struktur auf, die zwischen einer unteren Metallschicht M_x und einer oberen Schicht M_x+1 ausgebildet ist. In dem in den 1A-1B gezeigten Beispiel stellen die untere Metallschicht M_x und die obere Schicht M_x+1 zwei benachbarte Metallverbindungsschichten dar, sodass die Antifuse-Vorrichtung 102 in einer Durchgangsschicht V_x zwischen den beiden benachbarten Metallverbindungsschichten M_x und M_x+1 ausgebildet wird. In anderen Beispielen, z. B. wie in der unten diskutierten 5 gezeigt, kann die Antifuse-Vorrichtung zwischen einem silizidierten aktiven Bereich (einschließlich eines oder mehrerer siliziumbasierter Transistoren einschließlich silizidierter Strukturen) und einer ersten Metallverbindungsschicht (oft als „als Metall-1) ausgebildet werden.
Wie in den 1A-1B gezeigt, weist die beispielhafte Verbindungsstruktur 104 ein unteres Verbindungselement 110 auf, das in der unteren Metallschicht M_x ausgebildet ist, ein oberes Verbindungselement 112, das in der oberen Metallschicht M_x+1 ausgebildet ist, und zumindest eine Verbindungsdurchkontaktierung 114, die in der Durchkontaktierungsschicht V_x ausgebildet ist und das obere Verbindungselement 112 mit dem unteren Verbindungselement 110 elektrische verbindet.
Sowohl das untere Verbindungselement 110 als auch das obere Verbindungselement 112 können einen Draht oder eine andere lateral verlängerte Struktur (z. B. in der 3y-Achsenrichtung verlängert) oder ein diskretes Pad (z. B. mit einer quadratischen, kreisförmigen, im Wesentlichen quadratischen oder im Wesentlichen kreisförmigen Form in der x-y-Ebene) oder jede andere geeignete Form und Struktur aufweisen.
Die beispielhafte Antifuse-Vorrichtung 102 wird in einer Wannenöffnung 129 ausgebildet, die in einem dielektrischen Bereich 108 in der Durchkontaktierungsschicht V_x ausgebildet ist. Die Antifuse-Vorrichtung 102 weist eine becherförmige untere Antifuse-Elektrode 120 auf, einen becherförmigen Antifuse-Isolator 122, der in einer durch die becherförmige untere Antifuse-Elektrode 120 definierten Öffnung 136 ausgebildet ist, und eine obere Antifuse-Elektrode 124, die in einer Öffnung 144 ausgebildet ist, die durch den becherförmigen Antifuse-Isolator 122 definiert ist.
Wie weiter unten unter Bezugnahme auf das in den 3A bis 3I gezeigte Verfahren erläutert wird, kann die becherförmige untere Antifuse-Elektrode 120 gleichzeitig mit der Verbindungsdurchkontaktierung 114 durch Aufbringen eines konformen Metalls in der Wannenöffnung 129 und einer im dielektrischen Bereich 108 ausgebildeten Durchkontaktierungsöffnung 115 ausgebildet werden. In einigen Beispielen kann das konforme Metall, das die becherförmige untere Antifuse-Elektrode 120 und die Verbindungsdurchkontaktierung 114 ausbildet, Wolfram, Kobalt, Aluminium oder ein anderes konformes Metall aufweisen. In einigen Beispielen wird eine Auskleidung 138, z. B. bestehend aus Titannitrid (TiN), in der Wannenöffnung 129 und der Durchkontaktierungsöffnung 115 vor dem konformen Metall abgeschieden, um die Haftung zwischen dem konformen Metall und dem dielektrischen Bereich 108 zu verbessern.
Die becherförmige untere Antifuse-Elektrode 120 weist auf (a) eine sich lateral erstreckende untere Antifuse-Elektrodenbasis 130, die über einem darunter liegenden unteren Antifuse-Elektrodenkontakt 116 ausgebildet und mit diesem elektrisch verbunden ist, und (b) eine sich vertikal erstreckende untere Antifuse-Elektrodenseitenwand 132 die sich von der sich lateral erstreckenden unteren Antifuse-Elektrodenbasis 130 nach oben erstreckt. In dem dargestellten Beispiel weist die sich lateral erstreckende untere Antifuse-Elektrodenbasis 130 eine rechteckige Form auf und die sich vertikal erstreckende untere Antifuse-Elektrodenseitenwand 132 weist eine geschlossene rechteckige Schleifenform auf (wie in 1A gezeigt), die sich von den lateralen Umfangsseiten der sich lateral erstreckenden unteren Antifuse-Elektrodenbasis 130 nach oben erstreckt.
Der becherförmige Antifuse-Isolator 122 wird in der Öffnung 136 ausgebildet, die durch die becherförmige untere Antifuse-Elektrode 120 definiert wird, und weist eine sich lateral erstreckende Isolatorbasis 140 auf, die auf der unteren Antifuse-Elektrodenbasis 130 ausgebildet ist, und eine sich vertikal erstreckende Isolatorseitenwand 142, die sich von der sich lateral erstreckenden Isolatorbasis 140 nach oben erstreckt, wobei die sich vertikal erstreckende Isolatorseitenwand 142 auf der sich vertikal erstreckenden unteren Antifuse-Elektrodenseitenwand 132 ausgebildet ist.
Eine Dicke des becherförmigen Antifuse-Isolators 122 kann die Durchbruchspannung der Antifuse-Vorrichtung 102 definieren oder beeinflussen. Daher kann in einigen Beispielen der becherförmige Antifuse-Isolator 122 mit einer vordefinierten Dicke ausgebildet werden. Dies stellt eine vorab festgelegte Durchbruchspannung der Antifuse-Vorrichtung 102 bereit. Beispielsweise kann der becherförmige Antifuse-Isolator 122 mit einer definierten Dicke ausgebildet werden, die eine Durchbruchspannung der Antifuse-Vorrichtung 102 von unter 15 V, unter 10 V, unter 7 V oder unter 5 V bereitstellt. Wie hierin verwendet, bezieht sich die Dicke des becherförmigen Antifuse-Isolators auf die kleinste Dicke von (a) einer kleinsten vertikalen Dicke T₁₄₀ der sich lateral erstreckenden Isolatorbasis 140 und (b) einer kleinsten lateralen Dicke T₁₄₂ der sich vertikal erstreckenden Isolatorseitenwand 142.
In einigen Beispielen beträgt die Dicke des becherförmigen Antifuse-Isolators 122 weniger als 200 Å. Beispielsweise kann eine Dicke des becherförmigen Antifuse-Isolators 122 je nach konkretem Beispiel im Bereich von 50-175 Å oder im Bereich von 75-125 Å liegen.
In einigen Beispielen weist der becherförmige Antifuse-Isolator 122 Siliziumoxid (SiO₂), einen ONO-Schichtstapel oder NON-Schichtstapel oder Aluminiumoxid (Al₂O₃) auf.
Die obere Antifuse-Elektrode 124 der beispielhaften Antifuse-Vorrichtung 102 ist in der Öffnung 144 ausgebildet, die durch den becherförmigen Antifuse-Isolator 122 definiert wird. In einigen Beispielen kann die obere Antifuse-Elektrode 124 Titannitrid (TiN), Titan (Ti), Wolfram (W) oder eine Kombination davon aufweisen. Daher können in einigen Beispielen sowohl die untere Antifuse-Elektrode 120 als auch die obere Antifuse-Elektrode 124 aus hochschmelzenden Metallen (z. B. W, TiN oder Ti) ausgebildet sein, was die Entstehung von Hügeln reduzieren oder beseitigen kann, was ein enges Programmierspannungsfenster bereitstellen kann (z. B. im Bereich von einigen Volt ohne Ausreißer) und dadurch eine unkontrollierte (unbeabsichtigte) Niederspannungsprogrammierung der Antifuse vermeiden kann.
Eine dielektrische Barriereschicht 150 kann über der oberen Antifuse-Elektrode 124, der sich vertikal erstreckenden Isolatorseitenwand 142, der sich vertikal erstreckenden unteren Antifuse-Elektrode-Seitenwand 132 und der Verbindungsdurchkontaktierung 114 ausgebildet werden. In einigen Beispielen kann die dielektrische Barriereschicht 150 aus Siliziumnitrid (SiN) oder Siliziumkarbid (SiC) mit einer Dicke im Bereich von 300-700 Å ausgebildet werden. Die dielektrische Barriereschicht 150 kann als Diffusionsbarriere wirken (z. B. um die Diffusion von der oberen Antifuse-Elektrode 124, die z. B. aus Kupfer oder einem anderen Diffusionsmaterial besteht, zu verhindern oder zu reduzieren) und eine Oberseite der Antifuse-Vorrichtung 102 abdichten, die mit der becherförmigen unteren Antifuse-Elektrode 120 (z. B. aus Wolfram) zusammenwirken kann, um eine abgedichtete Umhüllung für die Antifuse-Vorrichtung 102 auszubilden, um die physikalischen Auswirkungen des Bruchs des Sicherungseinsatzes einzudämmen, oft als. „Durchbrennen der Sicherung“ bezeichnet, und verhindert oder reduziert dadurch Kollateralschäden an benachbarten Strukturen in der integrierten Schaltungsvorrichtung 100, die durch die damit verbundene Energiefreisetzung verursacht werden.
Die obere Metallschicht (M_x+1), die über der Durchkontaktierungsschicht V_x (in der die Antifuse-Vorrichtung 102 und die Verbindungsdurchkontaktierung 114 aufgebaut sind) ausgebildet wird, weist einen oberen Antifuse-Elektrodenkontakt 158 auf, der elektrisch mit der oberen Antifuse-Elektrode 124 verbunden ist und das obere Verbindungselement 112, das elektrisch mit der Verbindungsdurchkontaktierung 114 verbunden ist. In einigen Ausführungsformen werden der obere Antifuse-Elektrodenkontakt 158 und das obere Verbindungselement 112 unter Verwendung eines Damascene-Prozesses ausgebildet, z. B. unter Verwendung von Kupfer, Wolfram oder Aluminium. Beispielsweise können der obere Antifuse-Elektrodenkontakt 158 und das obere Verbindungselement 112 Kupferelemente aufweisen, die über einer Barriereschicht 159, z. B. einer TaN/Ta-Doppelschicht, ausgebildet sind. In einigen Beispielen kann die dielektrische Barriereschicht 150 zusätzlich zur oben erläuterten Abdichtung der Oberseite der Antifuse-Vorrichtung 102 als Ätzstopp während des Aufbaus der oberen Metallschicht M_x+1 dienen, z. B. während eines Ätzprozesses zum Ausbilden jeweiliger Öffnungen für das obere Verbindungselement 158 und den oberen Antifuse-Elektrodenkontakt 112.
In einigen Beispielen wird die Antifuse-Vorrichtung 102 gleichzeitig mit der Verbindungsstruktur 104 ausgebildet. Beispielsweise kann, wie unten diskutiert, die becherförmige untere Antifuse-Elektrode 120 gleichzeitig mit der Verbindungsdurchkontaktierung 114 ausgebildet werden. In anderen Beispielen kann die Antifuse-Vorrichtung 102 unabhängig von (nicht gleichzeitig mit) der Verbindungsstruktur 104 ausgebildet werden.
2 zeigt eine laterale Querschnittsansicht der oben beschriebenen beispielhaften Antifuse-Vorrichtung 102. Wie oben besprochen, kann die Antifuse-Vorrichtung 102 eine becherförmige untere Antifuse-Elektrode 120 aufweisen, die im dielektrischen Bereich 108 ausgebildet ist, einen becherförmigen Antifuse-Isolator 122, der in einer durch die becherförmige untere Antifuse-Elektrode 120 definierten Öffnung ausgebildet ist, und eine obere Antifuse-Elektrode 124, die in einer durch den becherförmigen Antifuse-Isolator 122 definierten Öffnung ausgebildet ist. In einigen Beispielen beträgt die Dicke des becherförmigen Antifuse-Isolators 122 weniger als 200 Å. Beispielsweise kann eine Dicke des becherförmigen Antifuse-Isolators 122 je nach konkretem Beispiel im Bereich von 50-175 Ä oder im Bereich von 75-125 Ä liegen. Wie oben beschrieben, kann die Antifuse-Vorrichtung 102 in einigen Beispielen unabhängig von Verbindungsstrukturen, z. B. Verbindungsdurchkontaktierungen, ausgebildet werden, oder kann alternativ gleichzeitig mit Verbindungsstrukturen und Verbindungsdurchkontaktierungen ausgebildet werden, die im dielektrischen Bereich 108 ausgebildet werden.
3A bis 3I veranschaulichen einen beispielhaften Prozess zum Ausbilden der in 1 gezeigten integrierten Schaltungsvorrichtung 100, einschließlich der beispielhaften Antifuse-Vorrichtung 102 und der beispielhaften Verbindungsstruktur 104. Fachleute werden erkennen, dass der gleiche Prozess, ohne dass auf Verbindungsstruktur 104 Bezug genommen wird, verwendet werden kann, um die in 2 gezeigte integrierte Antifuse-Vorrichtung 102 auszubilden.
Zuerst wird, wie in 3A (Draufsicht) und 3B (Querschnittsseitenansicht entlang der in 3A gezeigten Linie 3B-3B) gezeigt, ein dielektrischer Bereich 108 über der unteren Metallschicht M_x ausgebildet, wobei die untere Metallschicht M_x das untere Verbindungselement 110 und unteren Antifuse-Elektrodenkontakt 116 aufweist. Der dielektrische Bereich 108 kann einen intermetallischen dielektrischen (IMD) Bereich aufweisen, der z. B. Siliziumoxid, fluoriertes Silikatglas (FSG), Organosilikatglas (OSG) oder poröses OSG aufweist. Das untere Verbindungselement 110 und der untere Antifuse-Elektrodenkontakt 116 können Kupferelemente aufweisen, die durch einen Damascene-Prozess ausgebildet werden. Das untere Verbindungselement 110 und der untere Antifuse-Elektrodenkontakt 116 können einen entsprechenden Draht oder eine andere lateral verlängerte Struktur (z. B. in der y-Richtung verlängert) oder ein diskretes Pad (z. B. mit einer quadratischen, kreisförmigen, im Wesentlichen quadratischen oder im Wesentlichen kreisförmigen Form in der x-y-Ebene) oder jede andere geeignete Form und Struktur aufweisen.
Eine Fotolackschicht 302 wird abgeschieden und strukturiert, um Fotolacköffnungen auszubilden, und der darunter liegende dielektrische Bereich 108 wird durch die Fotolacköffnungen geätzt, um eine Wannenöffnung 129 für die Ausbildung der Antifuse-Vorrichtung 102 und eine Durchkontaktierungsöffnung 115 im dielektrischen Bereich 108 auszubilden. Die Durchkontaktierungsöffnung 115 kann in der Draufsicht (x-y-Ebene) eine quadratische, kreisförmige oder andere geeignete Form aufweisen, mit zum Beispiel einer Breite (oder einem Durchmesser oder einer kritischen Abmessung (CD)) W_via sowohl in der x-Richtung als auch in der y-Richtung im Bereich von 0,1-0,35 µm.
Im Gegensatz dazu kann die Wannenöffnung 129 eine wesentlich größere Breite W_{tub_x} in x-Richtung und/oder Breite W_{tub_y} in y-Richtung aufweisen als Durchkontaktierungsöffnung 115. Daher kann die Wannenöffnung 129 als „Wannen-“ Öffnung bezeichnet werden. Die Form und Abmessungen der Wannenöffnung 129 können basierend auf verschiedenen Parametern ausgewählt werden, z. B. für eine effektive Herstellung und/oder gewünschte Leistungsmerkmale der auszubildenden Antifuse-Vorrichtung 102. In einem Beispiel kann die Wannenöffnung 129 in der x-y-Ebene eine quadratische oder rechteckige Form aufweisen. In anderen Beispielen kann die Wannenöffnung 129 in der x-y-Ebene eine kreisförmige oder ovale Form aufweisen.
Wie oben erwähnt, kann eine Breite der Wannenöffnung 129 in x-Richtung (W_{tub_x}), y-Richtung (W_{tub_y}) oder sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung (W_{tub_x} und W_{tub_y}) wesentlich größer sein als beide Breiten W_via der Durchkontaktierungsöffnung 115 in x-Richtung und Breite W_via der Durchkontaktierungsöffnung 115 in y-Richtung. Beispielsweise ist in einigen Beispielen jede Breite von W_{tub_x} und W_{tub_y} der Wannenöffnung 129 zumindest doppelt so groß wie die Breite W_via der Durchkontaktierungsöffnung 115. In bestimmten Beispielen beträgt jede Breite W_{tub_x} und W_{tub_y} der Wannenöffnung 129 zumindest fünf Mal die Breite W_via der Durchkontaktierungsöffnung 115. Jede Breite der Wannenöffnung 129 (W_{tub_x} und W_{tub_y}) kann ausreichend sein, um den Aufbau der Antifuse-Vorrichtung 102 innerhalb der Wannenöffnung 129 beispielsweise durch einen Damascene-Prozess zu ermöglichen, z. B. die Konstruktion der becherförmigen unteren Antifuse-Elektrode 120, des becherförmigen Antifuse-Isolators 122, der in der Öffnung 136 der becherförmigen unteren Antifuse-Elektrode 120 ausgebildet wird, und der oberen Antifuse-Elektrode 124, die in der Öffnung 144 des becherförmigen Antifuse-Isolators 122 ausgebildet wird. In einigen Beispielen liegen W_{tub_x} und W_{tub_y} jeweils im Bereich von 0,5-10 µm, beispielsweise im Bereich von 0,5-2 µm.
Darüber hinaus kann die Wannenöffnung 129 mit einem Seitenverhältnis von Höhe zu Breite von weniger als oder gleich 2,0 sowohl in der x-Richtung als auch in der y-Richtung ausgebildet werden, um z. B. eine wirksame Füllung der Wannenöffnung 129 durch konforme Materialien zu ermöglichen. Beispielsweise kann die Wannenöffnung 129 mit Seitenverhältnissen H_tub/W_{tub_x} und H_tub/W_{tub_y} jeweils im Bereich von 0,1-2,0, beispielsweise im Bereich von 0,5-2,0, ausgebildet werden. In einigen Beispielen sind die Seitenverhältnisse H_tub/W_{tub_x} und H_tub/W_{tub_y} jeweils kleiner oder gleich 1,5, z. B. für eine wirksame Füllung der Wannenöffnung 129 durch konforme Materialien, z. B. Wolfram, Kobalt oder Aluminium. Beispielsweise kann die Wannenöffnung 129 mit Seitenverhältnissen H_tub/W_{tub_x} und H_tub/W_{tub_y} jeweils im Bereich von 0,5-1,5 oder insbesondere im Bereich von 0,8-1,2 ausgebildet werden.
Wie in 3C gezeigt, wird die Fotolackschicht 302 entfernt und eine Auskleidung 138, z. B. bestehend aus TIN, wird über dem dielektrischen Bereich 108 abgeschieden und erstreckt sich nach unten in die Wannenöffnung 129 und die Durchkontaktierungsöffnung 115. Die Auskleidung 138 kann unter Verwendung eines physikalischen Dampfverfahrens abgeschieden werden, z. B. einen PVD-Abscheidungsprozess (PVD) oder einen CVD-Prozess (Chemical Vapour Deposition). In einigen Beispielen kann die Auskleidung 138 eine Dicke im Bereich von 50-500 Å aufweisen.
Ein konformes Metall 312 kann über der Auskleidung 138 abgeschieden werden und sich nach unten in die Wannenöffnung 129 und in die Durchkontaktierungsöffnung 115 erstrecken. Wie gezeigt, füllt das abgeschiedene konforme Metall 312 (a) die Durchkontaktierungsöffnung 115, um die Verbindungsdurchkontaktierung 114 auszubilden und (b) deckt die Innenflächen der Wannenöffnung 129 ab, um die becherförmige untere Antifuse-Elektrode 120 der Antifuse-Vorrichtung 102 auszubilden, die eine Öffnung 136 definiert. Wie oben besprochen, weist die becherförmige untere Antifuse-Elektrode 120 eine sich vertikal erstreckende untere Antifuse-Elektroden-Seitenwand 132 auf, die sich von der sich lateral erstreckenden unteren Antifuse-Elektroden-Becherbasis 130 nach oben erstreckt, und in einem Beispiel erstreckt sich die sich vertikal erstreckende untere Antifuse-Elektroden-Seitenwand 132 von lateralen Seiten oder dem Umfang der sich lateral erstreckenden unteren Antifuse-Elektrodenbecherbasis 130 nach oben. In einem Beispiel besteht das konforme Metall 312 aus abgeschiedenem Wolfram mit einer Dicke im Bereich von 1000-5000 Å. In anderen Beispielen kann das konforme Metall 312 Kobalt, Aluminium oder ein anderes konformes Metall aufweisen. Das konforme Metall 312 kann durch einen konformen chemischen Gasphasenabscheidungsprozess (CVD) oder einen anderen geeigneten Abscheidungsprozess abgeschieden werden. Die Auskleidung 138 (z. B. bestehend aus TiN) kann die Haftung des konformen Metalls 312 an den Innenflächen der Wannenöffnung 129, einschließlich der vertikalen Seitenwandoberflächen der Wannenöffnung 129, erhöhen oder verstärken, um die Ausbildung einer becherförmigen unteren Antifuse-Elektrode 120 zu erleichtern.
Wie in 3D gezeigt, wird eine Isolatorschicht 320 über dem konformen Metall 312 abgeschieden und erstreckt sich nach unten in die Öffnung 136, die durch die becherförmige untere Antifuse-Elektrode 120 definiert wird, um den becherförmigen Antifuse-Isolator 122 in der Öffnung 136 zu definieren. Der becherförmige Antifuse-Isolator 122 weist eine sich lateral erstreckende Isolatorbasis 140 und eine sich vertikal erstreckende Isolatorseitenwand 142 auf, die sich von lateralen Seiten der sich lateral erstreckenden Isolatorbasis 140 nach oben erstreckt. Der becherförmige Antifuse-Isolator 122 definiert eine Öffnung 144.
In einigen Beispielen wird die Isolatorschicht 320 (einschließlich des becherförmigen Antifuse-Isolators 122) mit einer Schichtdicke T₃₂₀ von weniger als 200 Ä abgeschieden, beispielsweise im Bereich von 50-175 Å oder in einigen Beispielen im Bereich von 75-125 Å. In einigen Beispielen weist die Isolatorschicht 320 auf (a) Siliziumoxid (SiO₂), einen Oxid-Nitrid-Oxid (ONO)-Schichtstapel oder einen Nitrid-Oxid-Nitrid (NON)-Schichtstapel, die durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (B. PECVD) oder ein anderes geeignetes Abscheidungsverfahren abgeschieden werden, oder (b) Aluminiumoxid (Al₂O₃), abgeschieden durch Atomlagenabscheidung (ALD) oder ein anderes geeignetes Abscheidungsverfahren, oder (c) anderes geeignetes Isolatormaterial.
Wie in 3E gezeigt, kann ein Metall der oberen Elektrode 330 über der Isolatorschicht 320 abgeschieden werden und erstreckt sich nach unten in die Öffnung 144, die durch den becherförmigen Antifuse-Isolator 122 definiert wird, um die obere Antifuse-Elektrode 124 in der Öffnung 144 zu definieren. Das obere Elektrodenmetall 330 kann Titannitrid (TiN), Titan (Ti), Wolfram (W), Tantal, Tantalnitrid, Kupfer oder eine Kombination davon aufweisen und kann durch einen PVD-Prozess und mit einer ausreichenden Dicke zum Füllen der Öffnung 144 abgeschieden werden.
Wie in 3F (Draufsicht) und 3G (Querschnittsseitenansicht entlang der in 3F gezeigten Linie 3G-3G) gezeigt, kann ein Planarisierungsprozess durchgeführt werden, um obere Teile des konformen Metalls 312, der Isolatorschicht 320, oberes Elektrodenmetall 330 außerhalb der Wannenöffnung 129 und der Durchkontaktierungsöffnung 115 zu entfernen, so dass die becherförmige untere Antifuse-Elektrode 120, der becherförmige Antifuse-Isolator 122 und die obere Antifuse-Elektrode 124 in der Wannenöffnung 129 verbleiben. In einigen Beispielen weist der Planarisierungsprozess einen chemisch-mechanischen Planarisierungsprozess (CMP) auf. Der Planarisierungsprozess planarisiert effektiv die oberen Oberflächen der becherförmigen unteren Antifuse-Elektrode 120, des becherförmigen Antifuse-Isolators 122, der oberen Antifuse-Elektrode 124, der Durchkontaktierung 114 und des umgebenden dielektrischen Bereichs 108.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren kann die Antifuse-Vorrichtung 102 durch einen Damascene-Prozess ausgebildet werden, der (a) das Aufbringen des konformen Metalls 312, der Isolatorschicht 320 und des oberen Elektrodenmetalls 330 über dem dielektrischen Bereich 108 und Erstrecken nach unten in die Wannenöffnung 129 aufweist und (b) einen Planarisierungsprozess, um obere Teile des konformen Metalls 312, der Isolatorschicht 320 und des oberen Elektrodenmetalls 330 außerhalb (über) der Wannenöffnung 129 zu entfernen. Der Planarisierungsprozess kann für eine große Vielfalt von Elektrodenmaterialien für konformes Metall 312 und/oder Metall der oberen Elektrode 330 geeignet sein, einschließlich beispielsweise W, WO3, Al₂O₃, TiW, Ta, TaN oder Cu, ohne Einschränkung.
Wie in 3H gezeigt, kann die dielektrische Barriereschicht 150 auf der integrierten Schaltungsvorrichtung 100 abgeschieden werden, um die freiliegenden oberen Oberflächen der Antifuse-Vorrichtung 102 vollständig zu umschließen und abzudichten. In einigen Beispielen kann die dielektrische Barriereschicht 150 ein dielektrisches Material wie Siliziumnitrid (SiN) oder Siliziumkarbid (SiC) mit einer Dicke im Bereich von 300-1000 Å, beispielsweise im Bereich von 400-600 Å aufweisen. Die dielektrische Barriereschicht 150 und die becherförmige untere Antifuse-Elektrode 120 können gemeinsam ein abgedichtetes Gehäuse für die Antifuse-Vorrichtung 102 ausbilden, wobei das abgedichtete Gehäuse die durch eine durchgebrannte Sicherung verursachten physikalischen Kräfte eindämmen und dadurch Kollateralschäden an Strukturen in der integrierten Schaltungsvorrichtung 100 in der Nähe verhindern oder reduzieren kann. Die dielektrische Barriereschicht 150 kann auch als Diffusionsbarriere dienen, um die Metalldiffusion von der oberen Antifuse-Elektrode 124 zu verhindern oder zu reduzieren, die z. B. aus Kupfer oder einem anderen diffusiven Material besteht.
Wie in 3I gezeigt, kann die obere Metallschicht M_x+1, einschließlich des oberen Antifuse-Elektrodenkontakts 158 und des oberen Verbindungselements 112, über der Durchkontaktierungsschicht V_x (einschließlich der Antifuse-Vorrichtung 102 und der Verbindungsdurchkontaktierung 114) beispielsweise unter Verwendung von einem Damascene-Prozess ausgebildet werden. In einem Beispiel weist die obere Metallschicht M_x+1 eine Kupferverbindungsschicht auf, die durch einen Kupfer-Damascene-Prozess ausgebildet wird.
Um die obere Metallschicht M_x+1 auszubilden, wird zunächst eine dielektrische Schicht 156 über der dielektrischen Barriereschicht 150 abgeschieden. In einigen Beispielen kann die dielektrische Schicht 156 Siliziumoxid (SiO2), FSG (Fluorosilikatglas), OSG (Organosilikatglas) oder poröses OSG aufweisen. Die dielektrische Schicht 156 kann strukturiert und geätzt werden, um eine Kontaktöffnung 350 der oberen Antifuse-Elektrode über der oberen Antifuse-Elektrode 124 und eine Verbindungsöffnung 352 (z. B. Grabenöffnung) über der Durchkontaktierung 114 auszubilden, wobei die Ätzung zunächst an der dielektrischen Barriereschicht 150 gestoppt wird, dann durch diese weiterverläuft durch die obere Kontaktöffnung 350 der Antifuse-Elektrode und die Verbindungsöffnung 352. Die dielektrische Barriereschicht 150 kann als Ätzstoppschicht für die Ausbildung der Kontaktöffnung 350 der oberen Antifuse-Elektrode und die Verbindungsöffnung 352 dienen, um den Ertrag des Ätzprozesses zu verbessern.
Eine Barriereschicht 159 (z. B. eine TaN/Ta-Doppelschicht) und eine Kupferkeimschicht können über der dielektrischen Schicht 156 abgeschieden werden und sich bis in die geätzte obere Kontaktöffnung 350 der Antifuse-Elektrode und Verbindungsöffnung 352 erstrecken. Anschließend kann ein Kupfergalvanisierungsprozess durchgeführt werden, der die Kontaktöffnung 350 der oberen Antifuse-Elektrode und die Verbindungsöffnung 352 mit Kupfer füllt. Es kann ein Kupfertempern durchgeführt werden, gefolgt von einem Kupfer-CMP-Prozess, um Teile des Kupfers über den Öffnungen 350 und 352 der dielektrischen Schicht zu entfernen, wodurch der obere Antifuse-Elektrodenkontakt 158 definiert wird, der elektrisch mit der oberen Antifuse-Elektrode 124 verbunden ist, und ein oberes Verbindungselement 112, das elektrisch mit der Durchkontaktierung 114 verbunden ist.
Nach dem Ausbilden der oberen Metallschicht M_x+1, wie oben besprochen, kann der Prozess mit dem Aufbau zusätzlicher Verbindungsstrukturen fortfahren, z. B. durch den Aufbau zusätzlicher Metallschichten, die durch entsprechende dielektrische Schichten getrennt sind.
Wie oben erläutert, kann in einigen Beispielen eine integrierte Antifuse-Vorrichtung zwischen zwei Verbindungsschichten M_x und M_x+1 oder zwischen einem aktiven Bereich und einer ersten Metallverbindungsschicht (Metal-1) aufgebaut werden. In anderen Beispielen können mehrere Antifuse-Vorrichtungen in unterschiedlichen Tiefen in integrierten Schaltungsvorrichtungen ausgebildet sein, was eine höhere Packungsdichte von Antifuse-Vorrichtungen ermöglichen kann.
4 zeigt eine beispielhafte IC-Struktur 400 mit zwei beispielhaften Antifuse-Bauelementen 402a und 402b, die in unterschiedlichen Tiefen in der integrierten Schaltungsstruktur 400 ausgebildet sind, zusammen mit einer beispielhaften Verbindungsstruktur 404. Das erste Antifuse-Bauelement 402a ist in einer ersten Durchkontaktierungsschicht V_x zwischen den Metallverbindungsschichten M_x und M_x+1 ausgebildet und die zweite Antifuse-Vorrichtung 402b ist in einer zweiten Durchkontaktierungsschicht V_x+1 zwischen den Metallverbindungsschichten M_x+1 und M_x+2 ausgebildet. Die erste Antifuse-Vorrichtung 402a ist leitend zwischen einem unteren Metallkontakt 404_x, der in der Metallverbindungsschicht M_x ausgebildet ist, und einem oberen Metallkontakt 404_x+1, der in der Metallverbindungsschicht M_x+1 ausgebildet ist, verbunden, und die zweite Antifuse-Vorrichtung 402b ist leitend verbunden zwischen einem unteren Metallkontakt 406_x+1, der in der Metallverbindungsschicht M_x+1 ausgebildet ist, und einen oberen Metallkontakt 406_x+2, der in der Metallverbindungsschicht M_x+2 ausgebildet ist.
Beispielhafte erste und zweite Antifuse-Vorrichtungen 402a und 402b können der oben besprochenen beispielhaften Antifuse-Vorrichtung 102 ähneln, z. B. aus ähnlichen Materialien wie oben offengelegt und gemäß dem in den 3A-31 gezeigten Beispielprozess ausgebildet sein. Somit weist die erste Antifuse-Vorrichtung 402a eine becherförmige untere Elektrode 420a auf, die über einer Auskleidung 438a (ähnlich der oben diskutierten Auskleidung 138) ausgebildet ist, und einen becherförmigen Antifuse-Isolator 422a, der in einer durch die becherförmige untere Elektrode 420a definierten Öffnung ausgebildet ist, und eine obere Antifuse-Elektrode 424a, die in einer Öffnung ausgebildet ist, die durch den becherförmigen Antifuse-Isolator 422a definiert ist. In ähnlicher Weise weist die zweite Antifuse-Vorrichtung 402b eine becherförmige untere Elektrode 420b auf, die über einer Auskleidung 438b ausgebildet ist, einen becherförmigen Antifuse-Isolator 422b, der in einer durch die becherförmige untere Elektrode 420b definierten Öffnung ausgebildet ist, und einen oberen Antifuse-Elektrode 424b, die in einer Öffnung ausgebildet, die durch den becherförmigen Antifuse-Isolator 422b definiert ist.
Die beispielhafte Verbindungsstruktur 404 weist metallische Verbindungselemente 410_x, 410_x+1 und 410_x+2 sowie Verbindungsdurchkontaktierungen 414_x und 414_x+1 auf. In diesem Beispiel kann die erste Antifuse-Vorrichtung 402a gleichzeitig mit der Verbindungsdurchkontaktierung 414_x ausgebildet werden - beispielsweise können die becherförmige untere Antifuse-Elektrode 420a und die Verbindungsdurchkontaktierung 414_x gleichzeitig durch Aufbringen von Wolfram oder einem anderen konformen Material in jeweiligen Öffnungen in einem dielektrischen Material 408_x ausgebildet werden, das in der ersten Durchkontaktierungsschicht V_x ausgebildet ist. In ähnlicher Weise kann die Antifuse-Vorrichtung 402b gleichzeitig mit der Verbindungsdurchkontaktierung 414_x+1 ausgebildet werden - beispielsweise können die becherförmige untere Antifuse-Elektrode 420b und die Verbindungsdurchkontaktierung 414_x+1 gleichzeitig durch Aufbringen von Wolfram oder einem anderen konformen Material in Öffnungen in einem dielektrischen Material 408_x+1 ausgebildet werden, das in der zweiten Durchkontaktierungsschicht V_x+1 ausgebildet ist.
5 zeigt eine beispielhafte integrierte Schaltungsvorrichtung 500 einschließlich einer beispielhaften Antifuse-Vorrichtung 502 und einer beispielhaften Verbindungsstruktur 504. Die Antifuse-Vorrichtung 502 kann der oben diskutierten Antifuse-Vorrichtung 102 ähnlich sein. Im Gegensatz zu dem in den 1A-1B gezeigten Beispiel, in dem die Antifuse-Vorrichtung 102 zwischen zwei benachbarten Metallverbindungsschichten M_x und M_x+1 ausgebildet wird, wird die Antifuse-Vorrichtung 502 ausgebildet zwischen (a) einem silizidierten aktiven Bereich M₀ (d. h ., M_x, wobei x=0) einschließlich silizidierter Strukturen (z. B. silizidierter Transistorkomponenten) und (b) einer ersten Metallverbindungsschicht Mi (d. h. M_x+1, wobei x=0), oft als Metall-1 bezeichnet.
Wie in 5 gezeigt, weist der silizidierte aktive Bereich M₀ einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) 510 auf, der auf einem Siliziumsubstrat 512 ausgebildet ist. Der MOSFET 510 kann ein Polysilizium-Gate 514 aufweisen, das über dem Siliziumsubstrat 512 ausgebildet und von diesem getrennt ist durch eine Gate-Oxidschicht 516 und einen dotierten Source-Bereich 520 und einen dotierten Drain-Bereich 522, die im Siliziumsubstrat 512 ausgebildet sind. In diesem Beispiel weisen das Polysilizium-Gate 514 und der dotierte Drain-Bereich 522 silizidierte Strukturen 524 auf. Insbesondere wird die Metallsilizidschicht 530 auf einer oberen Oberfläche des dotierten Drain-Bereichs 522 ausgebildet, und eine Metallsilizidschicht 532 wird auf einer oberen Oberfläche des Polysilizium-Gates 514 ausgebildet. Die Metallsilizidschichten 530 und 532 können jede geeignete Metallsilizidschicht aufweisen, beispielsweise Titansilizid (TiSi2), Kobaltsilizid (CoSi2) oder Nickelsilizid (NiSi) mit einer Dicke im Bereich von 100-300 Å oder einer anderen geeigneten Dicke. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung definieren die Metallsilizidschichten 530 und 532 Metallstrukturen, sodass der silizidierte aktive Bereich M₀ als Metallschicht betrachtet werden kann.
In dem in 5 gezeigten Beispiel wird die Antifuse-Vorrichtung 502 auf der Metallsilizidschicht 530 über dem dotierten Drain-Bereich 522 ausgebildet, um eine leitende Verbindung zwischen der Antifuse-Vorrichtung 502 und dem dotierten Drain-Bereich 522 bereitzustellen. Die Antifuse-Vorrichtung 502 wird von oben durch den oberen Antifuse-Elektrodenkontakt 158 kontaktiert, wie oben besprochen. Darüber hinaus wird auf der Metallsilizidschicht 532 auf dem Polysilizium-Gate 514 eine Durchkontaktierung 114 (auch als Kontakt bezeichnet) ausgebildet, um eine leitende Verbindung zwischen dem Polysilizium-Gate 514 und dem oberen Verbindungselement 112 bereitzustellen. Der obere Antifuse-Elektrodenkontakt 158 und das obere Verbindungselement 112 weisen Metallelemente auf, die in der ersten Metallverbindungsschicht M₁ ausgebildet werden, z. B. durch einen Damascene-Prozess.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 63/222367 [0001]

Claims

Integrierte Schaltungsvorrichtung, die aufweist: eine Antifuse-Vorrichtung, die aufweist: eine becherförmige untere Antifuse-Elektrode, die in einem dielektrischen Bereich ausgebildet ist; einen becherförmigen Antifuse-Isolator, der in einer Öffnung ausgebildet ist, die durch die becherförmige untere Antifuse-Elektrode definiert wird; wobei eine Dicke des becherförmigen Antifuse-Isolators weniger als 200 Ä beträgt; und eine obere Antifuse-Elektrode, die in einer durch den becherförmigen Antifuse-Isolator definierten Öffnung ausgebildet ist.
Integrierte Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dicke des becherförmigen Antifuse-Isolators im Bereich von 50-175 Å liegt.
Integrierte Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dicke des becherförmigen Antifuse-Isolators im Bereich von 75-125 Ä liegt.
Integrierte Schaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Antifuse-Vorrichtung eine Durchbruchspannung unter 15 V aufweist.
Integrierte Schaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Antifuse-Vorrichtung eine Durchbruchspannung unter 7 V aufweist.
Integrierte Schaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der becherförmige Antifuse-Isolator Siliziumoxid (SiO₂), Oxid-Nitrid-Oxid (ONO), Nitrid-Oxid-Nitrid (NON) oder Aluminiumoxid (Al₂O₃) aufweist.
Integrierte Schaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die aufweist: einen unteren Antifuse-Elektrodenkontakt, der in einer unteren Metallverbindungsschicht ausgebildet ist, wobei der untere Antifuse-Elektrodenkontakt elektrisch mit der becherförmigen unteren Antifuse-Elektrode verbunden ist; und einen oberen Antifuse-Elektrodenkontakt, der in einer oberen Metallverbindungsschicht ausgebildet ist, wobei der obere Antifuse-Elektrodenkontakt elektrisch mit der oberen Antifuse-Elektrode verbunden ist.
Integrierte Schaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die einen Transistor aufweist, der einen dotierten Source-Bereich und einen dotierten Drain-Bereich aufweist; wobei die becherförmige untere Antifuse-Elektrode elektrisch mit einem auf dem Source-Bereich ausgebildeten Silizidbereich oder einem auf dem Drain-Bereich des Transistors ausgebildeten Silizidbereich verbunden ist.
Integrierte Schaltungsvorrichtung, die aufweist: eine Verbindungsstruktur, die aufweist: ein unteres Verbindungselement, das in einer unteren Metallschicht ausgebildet ist; ein oberes Verbindungselement, das in einer oberen Metallschicht ausgebildet ist; und eine Verbindungsdurchkontaktierung, die in einem dielektrischen Bereich zwischen der unteren Metallschicht und der oberen Metallschicht ausgebildet ist, wobei die Verbindungsdurchkontaktierung das obere Verbindungselement elektrisch mit dem unteren Verbindungselement verbindet; und eine Antifuse-Vorrichtung, die eine der Antifuse-Vorrichtungen nach den Ansprüchen 1 bis 8 aufweist.
Integrierte Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei: das untere Verbindungselement und der untere Antifuse-Elektrodenkontakt in der unteren Metallverbindungsschicht ausgebildet sind; und das obere Verbindungselement und der obere Antifuse-Elektrodenkontakt in der oberen Metallverbindungsschicht ausgebildet sind.
Verfahren zum Ausbilden einer Antifuse-Vorrichtung, wobei das Verfahren aufweist: Ausbilden einer Wannenöffnung in einem dielektrischen Bereich; Aufbringen eines konformen Metalls über dem dielektrischen Bereich und sich in die Wannenöffnung erstreckend, um eine becherförmige untere Antifuse-Elektrode in der Wannenöffnung auszubilden; Aufbringen einer Isolatorschicht mit einer Schichtdicke von weniger als 200 Ä über dem konformen Metall, um einen becherförmigen Antifuse-Isolator in einer Öffnung zu definieren, die durch die becherförmige untere Antifuse-Elektrode definiert wird, wobei der becherförmige Antifuse-Isolator eine sich lateral erstreckende Antifuse-Isolatorbasis und eine sich vertikal erstreckende Antifuse-Isolatorseitenwand aufweist, die sich von der sich lateral erstreckenden Antifuse-Isolatorbasis nach oben erstreckt; Aufbringen eines Metalls der oberen Elektrode über der Isolatorschicht, das sich in eine Öffnung erstreckt, die durch den becherförmigen Antifuse-Isolator definiert wird; und Durchführen eines Planarisierungsprozesses, um obere Teile des konformen Metalls, der Isolatorschicht und des Metalls der oberen Elektrode außerhalb der Wannenöffnung zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 11, welches das Aufbringen der Isolierschicht mit einer Schichtdicke im Bereich von 50-175 Ä aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, welches das Aufbringen der Isolierschicht mit einer Schichtdicke im Bereich von 75-125 Ä aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, das aufweist: Aufbringen einer dielektrischen Barriereschicht über einer planarisierten oberen Oberfläche, die durch den Planarisierungsprozess definiert wird, wobei sich die dielektrische Barriereschicht über eine vertikal verlaufende Seitenwand der becherförmigen unteren Antifuse-Elektrode, die sich vertikal erstreckende Antifuse-Isolatorseitenwand und die obere Antifuse-Elektrode erstreckt; Aufbringen einer oberen dielektrischen Schicht über der dielektrischen Barriereschicht; Ätzen der oberen dielektrischen Schicht und der dielektrischen Barriereschicht, um eine Kontaktöffnung für die obere Antifuse-Elektrode auszubilden, die eine obere Oberfläche der oberen Antifuse-Elektrode freilegt, wobei die dielektrische Barriereschicht als Ätzstopp fungiert; und Füllen der oberen Antifuse-Elektrodenkontaktöffnung, um einen oberen Antifuse-Elektrodenkontakt auszubilden, der elektrisch mit der oberen Antifuse-Elektrode verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Antifuse-Vorrichtung ohne Hinzufügen von Fotomaskenprozessen zu einem Hintergrundprozess zur Herstellung integrierter Schaltungen ausgebildet wird.
Antifuse-Vorrichtung, hergestellt nach einem der Verfahren nach den Ansprüchen 1-15.