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HINTERGRUND
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1. Technisches Gebiet
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Diese
Offenbarung bezieht sich auf die Halbleiterfertigung und insbesondere
auf eine vertikale Schmelzsicherung und auf ein Verfahren zum Verringern
der Halbleiterchip-Layoutfläche.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Halbleitervorrichtungen
wie etwa Speichervorrichtungen enthalten in ihrer Struktur Schmelzsicherungen.
In dynamischen Schreib-Lese-Speicherchips (DRAM-Chips) nimmt die
Anzahl von Schmelzsicherungen bei jeder neuen Generation von DRAM-Chip-Entwürfen auf
Grund der Zunahme der Speicherdichte erheblich zu. In herkömmlichen DRAM-Entwürfen, siehe
z. B.
EP 0 853 341
A2 , sind Schmelzsicherungen, die entweder mittels Laser oder
elektrisch ausgelöst
werden, parallel zur Chiprichtung angeordnet. Diese Orientierung
wird horizontal angeordnete Schmelzsicherungen oder Schmelzsicherungen
mit horizontaler Richtung genannt. Horizontal angeordnete Schmelzsicherungen verbrauchen
zusammen mit der Schmelzsicherungs-Schaltungsanordnung grob 3% der gesamten Chipfläche.
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Eine
Anwendung von Schmelzsicherungen in Speichervorrichtungen ist die
Aktivierung/Deaktivierung von Bereichen oder Blöcken des Chips. Dies kann durch
Verwendung von Anti-Schmelzsicherungen bzw. von Schmelzsicherungen
geschehen. Um beispielsweise die Chipausbeute zu verbessern, werden
Redundanzen verwendet, die durch Auslösen von Schmelzsicherungen
aktiviert werden. Für
die DRAMs der nächsten
Generation nehmen die Flächen für Schmelzsicherungen
unter anderem wegen der erhöhten
Redundanz erheblich zu. Wenn beispielsweise ein herkömmlicher
DRAM-Chip 15000 Schmelzsicherungen enthielt, könnte ein DRAM-Chip der nächsten Generation
etwa 30000 bis etwa 50000 Schmelzsicherungen enthalten.
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine vertikale Schmelzsicherung, die
vorteilhaft ohne zusätzliche
Prozess- und Maskierungsschritte zusammen mit Metallstrukturen einer
Halbleitervorrichtung gebildet werden kann. Im Folgenden wird die
Bildung von Kontakten/Metallleitungen für einen Doppel-Damaszener-Prozess
kurz beschrieben.
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In 1 ist
eine Halbleitervorrichtung 10 gezeigt. Die Halbleitervorrichtung
enthält
ein Substrat 12. Eine dielektrische Schicht 14 wird
gemäß auf dem
Gebiet bekannten Prozessen abgeschieden und bemustert. Die dielektrische
Schicht 14 kann ein Oxid wie etwa TEOS oder BPSG enthalten.
Auf der dielektrischen Schicht 14 wird ein leitendes Material 16 abgeschieden.
Das leitende Material 16 enthält ein Metall wie etwa Wolfram
oder Aluminium. Das leitende Material 16 bildet Metallleitungen
oder andere leitende Strukturen, beispielsweise auf einer M0-Ebene
eines dynamischen Schreib-Lese-Speicherchips.
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Wie
in 2 gezeigt ist, wird auf der dielektrischen Schicht 14 und
der leitenden Schicht 16 eine dielektrische Schicht 18 abgeschieden.
Die dielektrische Schicht 18 ist ein Oxid wie etwa Siliciumdioxid. Die
dielektrische Schicht 18 wird bemustert und geätzt, um
ein Kontaktloch 20 und einen Metallleitungsgraben 22 für eine Doppel-Damaszener-Abscheidung
eines leitenden Materials 24 wie etwa Aluminium zu bilden,
wie in 3 gezeigt ist. Es wird ein chemisch-mechanisches
Polieren (CMP) ausgeführt, um
eine obere Oberfläche
einzuebnen und um leitendes Material 24 von der Oberfläche zu entfernen.
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Wie
in 4 gezeigt ist, wird auf der dielektrischen Schicht 18 und über einem
Kontakt/einer Metallleitung 28, der/die in der dielektrischen
Schicht 18 gebildet ist, eine dielektrische Schicht 26 abgeschieden.
Die dielektrische Schicht 26 ist vorzugsweise ein Oxid
wie etwa Siliciumdioxid.
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Wie
in den 5 und 6 gezeigt ist, wird die dielektrische
Schicht 26 bemustert und geätzt, um ein Durchgangsloch 32 und
einen Metallleitungsgraben 34 für eine Doppel-Damaszener-Abscheidung eines
leitenden Materials 36 wie etwa Aluminium zu bilden, um
ein Durchgangsloch/eine Metallleitung 38 zu bilden, wie
in 6 gezeigt ist. Es wird ein CMP ausgeführt, um
die obere Oberfläche
einzuebnen und um leitendes Material 36 von der Oberfläche zu entfernen.
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Der
in den 1–6 beschriebene
Prozess wird über
die Halbleitervorrichtung 10 hinweg ausgeführt. Kontakte/Metallleitungen 28 und
Durchgangslöcher/Metallleitungen 38 werden
beispielsweise in einem Speichermatrixabschnitt 30 eines
Speicherchips ausgebildet.
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Daher
besteht ein Bedarf an einer Verringerung der von den Schmelzsicherungen
eingenommenen Fläche
auf einem Halbleiterchip. Es besteht weiterhin ein Bedarf an einem
Verfahren zum Einstellen des Schmelzsicherungswiderstandes für die Schmelzsicherungen
in einer Halbleitervorrichtung. Es besteht nochmals weiterhin ein
Bedarf an einer Fertigung von Schmelzsicherungen ohne zusätzliche Prozessschritte
und Masken.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Schmelzsicherung für
Halbleitervorrichtungen gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält
ein Substrat mit einem auf einer Oberfläche hiervon angeordneten leitenden
Pfad, eine auf dem Substrat angeordnete dielektrische Schicht und
eine senkrecht zu der Oberfläche
durch die dielektrische Schicht angeordnete vertikale Schmelzsicherung,
die mit dem leitenden Pfad verbunden ist, wobei die vertikale Schmelzsicherung
einen Hohlraum bildet, in dem ein Auskleidungsmaterial längs der
vertikalen Oberfläche
angeordnet ist, wobei das Auskleidungsmaterial längs der vertikalen Oberflächen geschmolzen
wird, um die Schmelzsicherung auszulösen.
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In
alternativen Ausführungsformen
enthält das
Auskleidungsmaterial vorzugsweise Titannitrid, während die Schmelzsicherung
vorzugsweise Aluminium enthält.
die dielektrische Schicht kann mehrere dielektrische Schichten umfassen.
Der leitende Pfad kann eine leitende Leitung, die senkrecht zur Schmelzsicherung
angeordnet ist, enthalten, um zwischen der leitenden Leitung und
der Schmelzsicherung eine Biegung zu bilden. Der Stromfluss durch die
Schmelzsicherung kann von der Biegung zu dem Hohlraum gerichtet
sein. Das Auskleidungsmaterial besitzt vorzugsweise einen spezifischen
Widerstand, der größer als
jener von anderen Abschnitten der Schmelzsicherung ist.
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Ein
Verfahren zum Fertigen vertikaler Schmelzsicherungen enthält die Schritte
des Bildens eines Schmelzsicherungslochs senkrecht in einer dielektrischen
Schicht in einer Halbleitervorrichtung, des Auskleidens von Seiten
des Schmelzsicherungslochs mit einer leitenden Schicht und des Abscheidens
eines leitenden Materials in dem Schmelzsicherungsloch, wobei die
leitende Schicht einen spezifischen Widerstand hat, der größer als
jener des leitenden Materials ist, wobei das leitende Material einen
Hohlraum bildet, auf dessen vertikalen Oberflächen die leitende Schicht angeordnet
ist.
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Ein
Verfahren zum Fertigen vertikaler Schmelzsicherungen gleichzeitig
mit Kontakt- und Duchgangsloch-Strukturen
für Speicherchips
enthält die
Schritte des Vorsehens eines Speicherchips, der ein Substrat enthält, auf
dem in einem Speichermatrixabschnitt des Chips Vorrichtungen ausgebildet sind,
wobei der Chip ferner einen Schmelzsicherungsbereich enthält, des
Abscheidens einer ersten dielektrischen Schicht auf dem Substrat,
des Bildens von Kontakten durch die erste dielektrische Schicht, des
Abscheidens einer zweiten dielektrischen Schicht, des gleichzeitigen
Bildens von Schmelzsicherungslöchern
und von Durchgangslöchern,
wobei die Schmelzsicherungslöcher
vertikal durch die erste und die zweite dielektrische Schicht gebildet
werden und die Durchgangslöcher
nach unten zu den Kontakten ausgebildet sind, des Auskleidens von
Seiten der Schmelzsicherungslöcher
und der Durchgangslöcher
mit einer leitenden Schicht und des Abscheidens eines leitenden
Materials in den Schmelzsicherungslöchern und in den Durchgangslöchern, wobei die
leitende Schicht einen spezifischen Widerstand besitzt, der größer als
jener des leitenden Materials ist, wobei das leitende Material,
das in den Schmelzsicherungslöchern
abgeschieden ist, in dem Schmelzsicherungsloch einen Hohlraum bildet,
an dessen vertikalen Oberflächen
die leitende Schicht angeordnet ist, und die Schmelzsicherungslöcher eine
größere Öffnung als
die Durchgangslöcher
bilden, so dass der gleiche Prozess Hohlräume in den Schmelzsicherungslöchern bildet,
während
die Durchgangslöcher
gefüllt
sind.
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In
anderen Verfahren kann der Abscheidungsschritt den Schritt des Abscheidens
des leitenden Materials unter Verwendung eines Doppel-Damaszener-Prozesses
enthalten. Der Abscheidungsschritt kann die Schritte des Abscheidens
einer Benetzungsschicht aus leitendem Material und des Abscheidens
des leitenden Materials in dem Schmelzsicherungsloch, um den Hohlraum
zu bilden, enthalten. Die Benetzungsschicht wird vorzugsweise unter Verwendung
eines Prozesses der chemischen Abscheidung aus der Dampfphase abgeschieden.
Das leitende Material wird vorzugsweise unter Verwendung eines Prozesses
einer physikalischen Dampfabscheidung abgeschieden. Der Schritt
des Einstellens der Dicke der leitenden Schicht oder der Hohlraumabmessungen,
um eine vorgegebene Auslösespannung
für die
Schmelzsicherung zu schaffen, kann enthalten sein. Das leitende
Material enthält vorzugsweise
Aluminium, während
die leitende Schicht Titannitrid enthält. Das Verfahren kann ferner den
Schritt des Anpassens eines Schmelzsicherungswiderstandes an einen
Widerstand in einer externen Schaltungsanordnung, mit der die Schmelzsicherung
verbunden ist, enthalten.
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Diese
und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden anhand der folgenden genauen Beschreibung erläuternder Ausführungsformen
hiervon deutlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
gelesen werden sollte.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese
Offenbarung stellt im Einzelnen die folgende Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen
mit Bezug auf die folgenden Figuren dar, in denen:
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1 eine
Querschnittsansicht eines herkömmlichen
Substrats ist, auf dem eine dielektrische Schicht und Metallstrukturen
gebildet sind;
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2 eine
Querschnittsansicht des herkömmlichen
Substrats von 1 ist, auf dem eine dielektrische
Schicht abgeschieden ist, in der ein Kontaktloch ausgebildet ist;
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3 eine
Querschnittsansicht der Struktur gemäß dem Stand der Technik von 2 ist,
bei der in dem Kontaktloch während
eines Doppel-Damaszener-Prozesses
ein leitendes Material abgeschieden worden ist;
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4 eine
Querschnittsansicht der Struktur gemäß dem Stand der Technik von 3 ist,
auf der eine weitere dielektrische Schicht abgeschieden worden ist;
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5 eine
Querschnittsansicht der Struktur gemäß dem Stand der Technik von 4 ist,
bei der durch die weitere dielektrische Schicht ein Durchgangsloch
nach unten zu einem Kontakt gebildet worden ist;
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6 eine
Querschnittsansicht der Struktur gemäß dem Stand der Technik von 5 ist,
bei der in dem Durchgangsloch während
eines Doppel-Damaszener-Prozesses
ein leitendes Material abgeschieden worden ist;
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7 eine
Querschnittsansicht eines Schmelzsicherungsbereichs einer Halbleitervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, in dem durch dielektrische Schichten nach unten zu
einer leitenden Struktur ein Schmelzsicherungsloch gebildet worden
ist;
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8 eine
Querschnittsansicht der Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung
von 7 ist, die eine leitende Schicht oder Auskleidung
besitzt, die in dem Schmelzsicherungsloch abgeschieden worden ist;
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9 eine
Querschnittsansicht der Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung
von 8 ist, bei der in dem Schmelzsicherungsloch während eines Doppel-Damaszener-Prozesses
ein leitendes Material abgeschieden worden ist und bei dem ein Hohlraum
gebildet worden ist, in dem die Auskleidung die vertikalen Wände auskleidet,
wodurch eine vertikale Schmelzsicherung gebildet wird;
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10 eine
Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, die einen Schmelzsicherungsbereich und eine Matrix
für Speicherchips
zeigt;
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11 eine
vergrößerte Querschnittsansicht der
Einzelheit 11 von 10 ist,
die eine Auskleidung und einen Hohlraum gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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12 eine
Querschnittsansicht der Auskleidung/leitenden Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung
ist, die geometrische Abmessungen zeigt;
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13 ein
Graph ist, der den Leistungsverbrauch in einer Schmelzsicherung
gemäß der vorliegenden
Erfindung gegen den Widerstand der Schmelzsicherung für verschiedene äußere Widerstände zeigt;
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14 eine
Querschnittsansicht einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist, die ein Schmelzsicherungsloch mit
einer Auskleidung, eine Benetzungs-Al-Schicht und eine physikalisch
abgeschiedene Al-Schicht gemäß der vorliegenden
Erfindung besitzt;
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15 ein
Graph ist, der die Tiefe der physikalisch abgeschiedenen Al-Schicht
von 14 gegen die Abscheidungsdauer für verschiedene
kritische Abmessungen (CD) gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt; und
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16 eine
Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist, die eine Biegung in der Schmelzsicherung gemäß der vorliegenden
Erfindung besitzt, um die Auslösespannung
zu senden.
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GENAUE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Diese
Offenbarung bezieht sich auf die Halbleiterfertigung und genauer
auf eine vertikale Schmelzsicherung und ein Verfahren zum Verringern der
Halbleiterchip-Layoutfläche. Die
vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zum Fertigen von Schmelzsicherungen
mit einer Leitungsrichtung senkrecht zur Ebene des Chips. Die Schmelzsicherungen
gemäß der vorliegenden
Erfindung sind vertikal angeordnet oder sind Vertikalrichtungs-Schmelzsicherungen.
Vertikale Schmelzsicherungen gemäß der Erfindung
verringern die von den Schmelzsicherungen eingenommene Fläche. Wenn
beispielsweise die horizontalen Schmelzsicherungen eines Entwurfs des
Standes der Technik eine Länge
von 4 Mikrometern und eine Breite von 0,5 Mikrometern sowie eine Dicke
von 0,5 Mikrometern haben, hätte
eine Änderung
von der horizontalen Richtung in die vertikale Richtung eine etwa
achtfache Flächenverringerung zur
Folge. Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem ein Einstellverfahren
zum Einstellen des Schmelzsicherungswiderstandes, um den Leistungsverbrauch
der Schmelzsicherung maximal zu machen, so dass die Schmelzsicherung
leichter auszulösen
ist. In einer bevorzugten Ausführungsform
enthält
die vertikale Schmelzsicherung einen Hohlraum, der ohne Bedarf an
einer zusätzlichen
Maske oder an zusätzlichen
Prozessschritten gebildet werden kann. Ein Nutzen des Einbauens
des Hohlraums besteht darin, dass der Hohlraum die Wahrscheinlichkeit
einer Erhitzung der ausgelösten
Schmelzsicherungen verringert.
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Der
Prozess, der verwendet wird, um die in den 1–6 beschriebene
Struktur zu bilden, wird auch verwendet, um vertikale Schmelzsicherungen
gemäß der vorliegenden
Erfindung zu bilden. Vorteilhafterweise schafft die vorliegende
Erfindung vertikale Schmelzsicherungen, um die Chip-Layoutfläche zu verringern,
wobei die Schmelzsicherungen ohne zusätzliche Prozessschritte und
Masken gefertigt werden. Mit anderen Worten, die vertikalen Schmelzsicherungen
werden in einem Schmelzsicherungsbereich einer Halbleitervorrichtung
gleichzeitig mit anderen Strukturen in der Vorrichtung gebildet.
Ein Fertigungsprozess für
vertikale Schmelzsicherungen wird beispielhaft für eine Speichervorrichtung
beschrieben, die Speichermatrixvorrichtungen besitzt, die gleichzeitig
mit den vertikalen Schmelzsicherungen gebildet werden.
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Nun
wird im Einzelnen auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen in
allen Ansichten gleiche Bezugszeichen gleiche oder identische Elemente
bezeichnen, wobei zunächst
in 7 ein Halbleitersubstrat 12 gezeigt ist,
das auf dem Gebiet bekannte Siliciumsubstrate, Silicium-auf-Isolator-Substrate,
Galliumarsenid-Substrate oder andere Substrate enthalten kann. Auf
einer die lektrischen Schicht 14 ist ein leitendes Material 16 abgeschieden.
Andere leitende Strukturen können
für andere
Typen von Halbleitervorrichtungen ebenso gebildet sein. Eine dielektrische
Struktur 14 wird in übereinstimmung
mit auf dem Gebiet bekannten Prozessen abgeschieden und bemustert.
Die dielektrische Schicht 14 kann ein Oxid wie etwa TEOS,
ein thermisches Oxid, Silan oder Polysilicium mit hoher Dichte enthalten.
Auf der dielektrischen Schicht 14 wird eine dielektrische Schicht 18 abgeschieden.
Die dielektrische Schicht 18 kann ein Oxid wie etwa Siliciumdioxid
sein.
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Die
dielektrische Schicht 18 wird in einem Matrixabschnitt
bemustert und geätzt,
um Doppel-Damaszener-Strukturen
wie oben mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben
zu bilden. Es wird ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP) ausgeführt, um
eine obere Oberfläche
der dielektrischen Schicht 18 einzuebnen. Eine dielektrische
Schicht 26 wird auf der dielektrischen Schicht 18 abgeschieden. Die
dielektrische Schicht 26 ist vorzugsweise ein Oxid wie
etwa Siliciumdioxid. Die dielektrische Schicht 26 wird
bemustert und geätzt,
um ein Doppel-Damaszener-Schmelzsicherungsloch 102 zu bilden,
wobei gleichzeitig Kontaktlöcher 32 und
Metallleitungsgräben 34 für eine Doppel-Damaszener-Abscheidung
gebildet werden, wie in 5 gezeigt ist. Das Bemustern
des Schmelzsicherungslochs 102 wird vorzugsweise unter
Verwendung einer Lithographiebearbeitung ausgeführt. Das Ätzen des Schmelzsicherungslochs 102 kann
unter Verwendung eines Prozesses der reaktiven Innenätzung (RIE-Prozess)
oder eines Prozesses der chemischen Abwärtsätzung (CDE, Chemical Downstream
Etching) ausgeführt
werden, wobei auch andere Ätztechniken
implementiert werden können.
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Das
Schmelzsicherungsloch 102 erstreckt sich durch die dielektrische
Schicht 18 und durch die dielektrische Schicht 26,
um das leitende Material 16 zu erreichen. Der beschriebene Ätzprozess
zum Ätzen
der dielektrischen Schicht 18 und der dielektrischen Schicht 26 ist
für das
leitende Material 16 vorzugsweise selektiv. Das leitende
Material 16 ist vorzugsweise Wolfram, Aluminium oder irgendein
anderes leitendes Material.
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Wie
in 8 gezeigt ist, wird in dem Schmelzsicherungsloch 102 eine
dünne leitende Schicht 104 gebildet.
Die Schicht 104 ist vorzugsweise ein Material mit einem
höheren
spezifischen Widerstand als jenes des Basismaterials oder des Durchgangslochs,
das für
die Schmelzsicherung verwendet wird und in den späteren Schritten
verwendet wird. Die Schicht 104 wird durch einen Abscheidungsprozess,
beispielsweise durch einen Prozess der chemischen Abscheidung aus
der Dampfphase (CVD-Prozess)
gebildet. Die Schicht 104 kleidet das Schmelzsicherungsloch 102 aus
(siehe auch 9).
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Wie
in 9 gezeigt ist, wird ein Doppel-Damaszener-Abscheidungsprozess
verwendet, um das Schmelzsicherungsloch 102, das die Schicht 104 besitzt,
zu füllen.
Ein leitendes Material 106 wird vorzugsweise unter Verwendung
eines Prozesses einer physikalischen Dampfabscheidung abgeschieden. Andere
geeignete Beschichtungsprozesse können ebenfalls verwendet werden.
Das leitende Material 106 ist vorzugsweise Aluminium (Al),
es können
jedoch auch andere leitende Materialien verwendet werden. In einer
bevorzugten Ausführungsform
enthält
die Schicht 104 ein Metallnitrid wie etwa Titannitrid (TiN),
das einen höheren
spezifischen Widerstand als Al hat. Andere leitende Materialien
und ihre Legierungen können
für die
Schicht 104 verwendet werden, beispielsweise Kupfer. Der
Abscheidungsprozess enthält
das Bilden eines Hohlraums 108, der eine Volumenausdeh nung
der Schicht 104 während des
Auslösens
der Schmelzsicherung ermöglicht.
Es wird eine vertikale Schmelzsicherung 110 geschaffen,
die die Layoutfläche
der Halbleitervorrichtung im Vergleich zu herkömmlichen horizontal angeordneten
Schmelzsicherungen erheblich verringert.
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In 10 ist
eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gezeigt, die
einen Schmelzsicherungsbereich 160 und einen Speichermatrixbereich 162 auf
derselben Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht. Die Einzelheit 11 ist genauer in 11 gezeigt.
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In 11 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Hohlraumbereichs gezeigt. Die Schicht 104 kleidet den
Hohlraum 108 aus, wobei das leitende Material 106 in
der Weise abgeschieden wird, dass der Hohlraum 108 gebildet
wird. Während
des Betriebs der Schmelzsicherung 110 fließt durch
sie ein elektrischer Strom. Wenn eine vorgegebene Strommenge durch
die Schmelzsicherung 110 fließt, wird die Schmelzsicherung 110 ausgelöst. Auf
Grund des höheren
spezifischen Widerstands sowie der verringerten Querschnittsfläche der
Schicht 104 im Vergleich zu dem leitenden Material 106 wird
die Schicht 104 während
einer I2R-Erhitzung, wobei I der Strom ist und
R der Widerstand der Schmelzsicherung 110 ist, durch Schmelzen
unterbrochen. Der Hohlraum 108 ermöglicht, dass die Schicht 104 bei
den während des
Stromflusses erzeugten hohen Temperaturen schmilzt. Die Schicht 104 breitet
sich in den Hohlraum 108 aus, um den leitenden Weg durch
die Schmelzsicherung 110 zu unterbrechen.
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Ein
wichtiger Aspekt der Schmelzsicherung 110 ist, dass die
Schmelzsicherung 110 so konfiguriert werden kann, dass
sie bei verschiedenen Strömen
auslöst
und dass der Leistungsverbrauch durch Fertigen von Schmelzsicherun gen
mit verschiedenem Widerstand (R) maximal gemacht wird. Dies kann
auf viele Weisen implementiert werden. Eine Weise der Maximierung
des Leistungsverbrauchs besteht darin, den Widerstand der Schmelzsicherung 110 an
den Widerstand der externen Schaltungsanordnung (Rext)
anzupassen. Die externe Schaltungsanordnung kann einen (nicht gezeigten)
Transistor aufweisen, der an die Schmelzsicherung 110 einen Strom
liefert. Wie in 12 gezeigt ist, kann der Widerstand
der Schmelzsicherung 110 durch Verändern der Breite/des Radius
r1 (Radius oder Breite zum Außendurchmesser/Umfang
des leitenden Materials 106 oder zum Innendurchmesser/Umfang
der Schicht 104) des Durchgangslochs, einer Länge "L" des Hohlraums 108 (siehe 11)
und/oder einer Dicke Δr
der Schicht 104 konfiguriert werden. Diese Beziehungen
stehen gemäß den Gleichungen
1 und 2 folgendermaßen
zueinander in Beziehung: A = π((2·r1·Δr) – Δr2) Gl.
1 R
= ρL/A Gl. 2wobei A
die Querschnittsfläche
der Schmelzsicherung 110 in der horizontalen Ebene ist
und ρ der
spezifische Widerstand der Schicht 104 ist.
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In 13 ist
ein Graph des Leistungsverbrauchs gegen den Widerstand in einer
vertikalen Schmelzsicherung gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt. Der Graph zeigt Punkte A, B und C mit maximalem
Leistungsverbrauch, die einem Schmelzsicherungswiderstand entsprechen,
der im Wesentlichen gleich den externen Widerständen (Rext)
ist, die in der Legende gezeigt sind. U ist die Spannung über die
Schmelzsicherung.
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Elektrische
Tests, die von den Erfindern ausgeführt wurden, zeigten keine dramatischen
Unterschiede zwischen dem Widerstand von Al-Stiften (leitendes Material 106)
mit und ohne Hohlraum 108. Die Widerstandsdiffe renz veränderte sich
etwa um einen Faktor 2. Auf Grund der verringerten Querschnittsfläche der
Stifte im Hohlraum 108 nimmt die Stromdichte zu, was wiederum
zu einer Zunahme des Widerstandes und der Temperatur führt.
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Wie
in 14 gezeigt ist, füllt gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung das leitende Material 106 das Schmelzsicherungsloch 102 vorzugsweise nicht
vollständig.
In einer Ausführungsform
wird eine "Cool-Al-Fill"-Technik verwendet, um das Schmelzsicherungsloch 102 zu
füllen
und um den Hohlraum 108 darin zurückzulassen. "Cool-Al-Fill" verwendet eine CVD-Al-Benetzungsschicht 114,
gefolgt von einer Al-Abscheidungsschicht 116, die durch
eine physikalische Dampfabscheidung (PVD) oder eine andere geeignete
Beschichtungsverarbeitung gebildet ist. Die Schicht 104 wird
vor der Al-Abscheidung gebildet und dient als eine Diffusionsbarriere,
um Al in dem Schmelzsicherungsloch 102 zu halten. Die Schicht 104 wird
als ein Auskleidungsmaterial verwendet, um den Hohlraum 108,
der für
eine vertikale Schmelzsicherung gemäß der vorliegenden Erfindung
gebildet ist, zu umschließen.
Die Schicht 104 kann einen Stapel aus implantiertem Ti
(IMP) (mit einer Dicke von etwa 250 Å) und/oder von CVD TiN (etwa
50 Å)
enthalten. Vorzugsweise wird TiN verwendet.
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Das "Cool-Al-Fill" enthält die folgenden Merkmale.
Die Schicht 104 ist vorzugsweise eine ununterbrochene dünne Schicht
nach unten zum Boden des Schmelzsicherungslochs 102. Die
Benetzungsschicht 114 ist vorzugsweise eine unterbrochene dünne Schicht,
also kein zusätzlicher
Leiter, d. h., dass nur die Oberflächen, wo die Schicht 116 notwendig
ist, benetzt werden müssen.
Die Schicht 116 besitzt eine Fülltiefe, die bei abnehmendem
Durchmesser des Durchgangslochs/Kontakts (Schmelzsicherungsloch 102)
zunimmt. Diese Merkmale ermöglichen
die Steuerung der Größe (des
Widerstandes) des Hohlraums 108 unter anderem durch Verändern einer
kritischen Abmessung (CD) der vertikalen Schmelzsicherung 110.
Wie in 15 gezeigt ist, zeigt ein erläuternder
Graph die Tiefe der PVD-Al-Füllung
gegen die Abscheidungszeit für
unterschiedliche kritische Abmessungen des Schmelzsicherungslochs
(wie in der Legende angegeben).
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In
einer Ausführungsform
werden die vertikalen Schmelzsicherungen 110 gleichzeitig
mit Matrixkontakten gebildet (1–6).
Für vertikale Schmelzsicherungen 110,
die mit einem darin vorhandenen Hohlraum 108 gebildet werden
sollen, ist die kritische Abmessung (Durchmesser oder Breite des
Durchgangslochs/Schmelzsicherungslochs 102) vorzugsweise
größer als
der Kontakt/das Durchgangsloch 38. Auf diese Weise ist
die Bildung des Hohlraums 108 sichergestellt und unabhängig von dem
Abscheidungsprozess für
das leitende Material. Ferner bilden die unterbrochene dünne Al-Schicht und
die ununterbrochene TiN-Schicht eine vertikale Schmelzsicherung
mit einem viel höheren
Widerstand als der Kontakt/das Durchgangsloch 28 bzw. 38 (1–6).
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Wie
in 16 gezeigt ist, kann eine Auslösespannung einer vertikalen
Schmelzsicherung 150 durch Hinzufügen einer Biegung 152 oder
von mehreren Biegungen zu der Schmelzsicherung 150 verringert
werden. Eine Modellierung und Experimente, die von den Erfindern
ausführt
worden sind, haben gezeigt, dass eine solche Konfiguration die Auslösespannung
etwa um einen Faktor 2 senken kann. Dies kann in Abhängigkeit
von der Geometrie der Schmelzsicherung geändert werden. In einer Ausführungsform
verläuft
eine bevorzugte Richtung des Elektronenflusses von der Biegung 152 zum
Hohlraum 154 in Richtung des Pfeils "D",
da sich der Hohlraum in einem geradlinigen Abschnitt der Schmelzsicherung 150 befindet.
Dadurch wird ein größerer Unterschied
der Auslösespannung
erzielt.
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Da
nun bevorzugte Ausführungsformen
für eine
vertikale Schmelzsicherung und ein Fertigungsverfahren (die erläuternd und
nicht einschränkend sein
sollen) beschrieben worden sind, wird daraufhin hingewiesen, dass
Abwandlungen und Veränderungen
vom Fachmann auf dem Gebiet angesichts der obigen Lehren vorgenommen
werden können.
Daher können
solche Änderungen
an den bestimmten offenbarten Ausführungsformen der Erfindung,
die innerhalb des Umfangs der Erfindung, der durch die beigefügten Ansprüche umrissen
wird, liegen, selbstverständlich
vorgenommen werden. Da die Erfindung nun in allen Einzelheiten und
Besonderheiten, die vom Patentgesetz gefordert werden, beschrieben worden
ist, wird in den beigefügten
Ansprüchen
angegeben, was beansprucht und durch das Patent geschützt werden
soll.