DE60307793T2

DE60307793T2 - Fusestrukturprogrammieren durch Elektromigration von Silizid verbessert durch Schaffen eines Temperaturgradienten

Info

Publication number: DE60307793T2
Application number: DE60307793T
Authority: DE
Inventors: Sundar S. Beacon IYER; S. Subramanian Mt. Kisco IYER; Chandrasekharan Bogota KOTHANDARAMAN; Chandrasekhar San Jose NARAYAN
Original assignee: Infineon Technologies AG; International Business Machines Corp
Current assignee: Infineon Technologies AG; International Business Machines Corp
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: DE60307793D1; WO2003073503A3; US20030160297A1; EP1479106A2; EP1479106B1; US6624499B2; WO2003073503A2; TW200304212A

Description

Hintergrund der Erfindung
Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der integrierten Schaltkreise und spezieller das Programmieren einer schmelzbaren Verbindung durch Elektromigration in halbleiterintegrierten Schaltkreisen.
Beschreibung des betroffenen Fachgebiets
In integrierten Schaltkreisen enthaltend CMOS integrierte Schaltkreise ist es oft wünschenswert, in der Lage zu sein, dauerhaft Informationen zu speichern, oder dauerhaft Verbindungen des integrierten Schaltkreises auszubilden, nachdem er hergestellt ist. Fuses oder Vorrichtungen, die schmelzbare Verbindungen ausbilden, werden häufig für diesen Zweck genutzt. Fuses können auch verwendet werden, um redundante Elemente zu programmieren, um identische fehlerhafte Elemente zu ersetzen, z. B. Weiterhin können Fuses verwendet werden, um eine Halbleiterplättchenidentifikation oder andere solche Informationen zu speichern oder um die Geschwindigkeit eines Schaltkreises einzustellen durch Einstellen des Widerstandes des Stromweges.
Eine Art von Fusevorrichtungen wird "programmiert" oder "gebrannt" verwendend einen Laser, um eine Verbindung zu öffnen, nachdem eine Halbleitervorrichtung prozessiert und passiviert ist. Diese Art Fusevorrichtung erfordert präzises Ausrichten des Lasers an der Fusevorrichtung, um das Zerstören benachbarter Vorrichtungen zu vermeiden. Diese und andere ähnliche Ansätze können eine Beschädigung der Vorrichtungspassivierungsschicht hervorrufen und somit zu Zuverlässigkeitsbedenken führen. Z. B. kann der Prozess des Brennens der Fuse ein Loch in der Passivierungsschicht verursachen, wenn das Fusematerial entfernt wird.
Eine andere Fusevorrichtungsart basiert auf Zerreißen oder Silizidagglomeration von Polyfuses. Diese Fusevorrichtungsart enthält eine Silizidschicht angeordnet an einer Polysiliziumschicht. Kontakte werden an die Silizidschicht gekoppelt in einem Paar von Kontaktbereichen an jeder Seite eines Fuseelementes, um eine elektrische Verbindung zwischen der Fuse und externen Komponenten zum Programmieren und Prüfen vorzusehen (wie in 1A gezeigt). 1B zeigt eine Draufsicht der typischen Form und enthält das Fuselelement und Kontaktbereiche. 2 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht einer typischen Fusekonstruktion, in der die Polysiliziumschicht 20 und die Silizidschicht 22 in einer gleichmäßigen Dicke vorgesehen sind angeordnet an einer Oxidschicht 26 ebenfalls mit einer gleichmäßigen Dicke. Allgemein wird auch eine Nitriddeckschicht 24 vorgesehen über den Schichten 20 und 22.
Die Silizidschicht 22 hat einen ersten Widerstand und die Polysiliziumschicht 20 hat einen zweiten Widerstand der größer ist als der erste Widerstand. In einem intakten Zustand hat die Fuseverbindung einen Widerstand bestimmt durch den Widerstand der Silizidschicht 22. In herkömmlichen Betriebsverfahren wird eine Vorspannung über die Fuse angelegt resultierend in entweder Agglomeration des Silizids oder einem vollständigen Zerreißen der Fuseverbindung. In dem ersten Verfahren hat die Fuseverbindung einen resultierenden Widerstand teilweise bestimmt durch denjenigen der unterliegenden Polysiliziumschicht 20. Hier könnte die Veränderung des Widerstandes nicht ausreichend sein. Das letztere Verfahrens des Programmierens der Fusevorrichtung kann umliegende Strukturen beschädigen und/oder durch unzuverlässiges Prüfen beeinträchtigt sein. Das heißt, der programmierte Fusewiderstand ist unzuverlässig, wie in Zuverlässigkeitsbeanspruchungstesten gezeigt werden kann, wegen der unregelmäßigen Natur des Zerreißens und/oder der relativ kleinen Änderung, die typischerweise in dem programmierten Widerstand geboten wird. Weiterhin könnten diese Arten des Vorrichtungsprogrammierens nicht realisierbar sein zur Verwendung mit vielen der neuesten Prozesstechnologien, wegen der geforderten Programmierpotentiale, d.h. Stromfluss und Spannungsniveau über eine erforderliche Zeitdauer. Das Zerreißverfahren des Programmierens resultiert auch in Beschränkungen der Metallverbindungsverdrahtung über der Fuse.
Deshalb existiert ein Bedürfnis für ein Programmierverfahren und Apparat, welches Massentransportprozesse initiiert und unterstützt, um den Programmierstrom zu reduzieren, Spannungs- und/oder Programmierzeit, während gleichzeitig ein zuverlässig großer und reproduzierbarer "programmierter Widerstand" gesichert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung erreicht technische Vorteile als ein System, Apparat und Verfahren des Programmierens über Elektromigration. Eine Halbleiterfuse, welche eine Kathode enthält und eine Anode gekoppelt durch eine Fuseverbindung mit einer elektrisch leitenden Komponente, wie Silizid, wird an eine Leistungseinspeisung gekoppelt. Ein Potential wird angelegt über der leitenden Fuseverbindung über die Kathode und Anode, wobei das Potential eine Größe und Richtung hat, um Elektromigration des Silizids zu initiieren von einem Bereich der Halbleiterfuse verringernd die Leitfähigkeit der Fuseverbindung. Die Effektivität des Programmierens wird verbessert durch Aufbauen eines Temperaturgradienten zwischen der Fuseverbindung und der Kathode hervorgerufen von dem angelegten Potential. Abschnitte der Halbleiterfuse können selektiv gekühlt werden in einer Wärmetransferbeziehung, um den Temperaturgradienten zu erhöhen. In einer Ausführungsform wird eine Wärmesenke an die Kathode angelegt. Die Wärmesenke kann eine Metallschicht sein gekoppelt in unmittelbarer Nähe zu der Kathode, obwohl isoliert von der Fuseverbindung. In einer anderen Ausführungsform wird der Temperaturgradient erhöht durch selektives Variieren der Dicke der unterliegenden Oxidschicht derart, dass die Kathode an einer dünneren Oxidschicht angeordnet ist als die Fuseverbindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Für ein vollständigeres Verstehen der vorliegenden Erfindung wird nun Bezug genommen auf die folgende detaillierte Beschreibung zusammengenommen mit den begleitenden Zeichnungen, worin:
1A illustriert eine Seitenansicht einer schmelzbaren Verbindungsvorrichtung;
1B illustriert eine Draufsicht einer schmelzbaren Verbindungsvorrichtung;
2 illustriert eine Querschnittsansicht einer Fuseverbindungsvorrichtung;
3 illustriert eine Fusestruktur gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 illustriert eine Querschnittsansicht einer Kathode entlang einer Schnittlinie 4-4 der 3;
5 illustriert eine Querschnittsansicht einer Fuseverbindung entlang einer Schnittlinie 5-5 der 3;
6 illustriert eine Querschnittsansicht des Übergangs von der Fuseverbindung zur Kathode entlang einer Schnittlinie 6-6 der 3;
7 illustriert eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform des Übergangs der Fuseverbindung zur Kathode entlang einer Schnittlinie 6-6 der 3;
8A illustriert eine schematische Draufsicht einer Halbleiterfuse gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8B illustriert eine schematische Querschnittsansicht entlang A-A' der in 8A illustrierten Halbleiterfuse;
9 zeigt ein Flussdiagramm illustrierend ein Programmierverfahren einer Fuse gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 illustriert einen Strombegrenzungsschaltkreis zum Elektromigrationsprogrammieren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
11 illustriert eine elektromigrationsprogrammierbare Fusereihe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Die zahlreichen innovativen Lehren der vorliegenden Anmeldung werden mit speziellem Bezug beschrieben werden auf die aktuell bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen. Jedoch sollte es verständlich sein, dass diese Klasse von Ausführungsformen nur einige Beispiele vorsieht der vielen vorteilhaften Verwendungen und innovativen Lehren hier drin. Einige Aussagen können auf einige erfindungsgemäße Merkmale angewendet werden aber nicht auf andere. Es ist angemerkt, dass durch die Zeichnungen hindurch die gleichen Bezugsnummern oder Buchstaben verwendet werden, um gleiche oder äquivalente Elemente zu bezeichnen, die die gleiche Funktion haben. Detaillierte Beschreibungen von bekannten Funktionen und Konstruktionen, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung unnötig verschleiern, sind wegen der Deutlichkeit weggelassen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleiterfuse, die eine Kathode und eine Anode enthält, die durch eine Fuseverbindung verbunden sind, durch Elektromigration programmiert. Die Fuseverbindung ist umfasst von einer leitenden Komponente wie einem Metall oder Metallsilizid zum Leitendmachen der Fuseverbindung. Das Silizid kann sein, z. B., Titansilizid, Nickelsilizid, usw., oder Metalle wie Titan, Wolfram, Aluminium, Kupfer, usw. Für illustrative Zwecke beziehen wir uns im Nachfolgenden auf das leitende Material als Silizid. Ein Potential wird angelegt über die leitende Fuseverbindung über die Kathode und Anode zum Vorsehen eines einhergehenden Stroms einer Größe und Richtung, um Elektromigration des Silizids zu initiieren von einem Abschnitt der Fuseverbindung, hinterlassend einen hochohmigen Bereich. Der Strom wird begrenzt, um ein vollständiges Zerreißen der Fuseverbindung zu verhindern (d.h., die ursprüngliche Fuseverbindungsstruktur bleibt größtenteils intakt nach dem Programmieren). Die Bewegung des Silizids reduziert die Leitfähigkeit der Fuse sehr und erhöht entsprechend den Widerstand der Fuse (d.h., die Fuse ist programmiert).
In einer anderen Ausführungsform wird das Programmieren der Fuseverbindung verbessert durch Akzentuieren des Temperaturgradienten zwischen der Fuseverbindung und der Kathode, hervorgerufen durch das angelegte Potential derart, dass das Silizid in der Fuseverbindung schneller migriert als in der Kathode. Dieses Begünstigen des Materialmigrationsprozesses erlaubt vorteilhafterweise kleinere Programmierspannung/Strom und/oder Programmierzeit. Ein Abschnitt der Halbleiterfuse wird selektiv gekühlt in einer Wärmetransferbeziehung, um den Temperaturgradienten zu erhöhen. In einer Ausführungsform wird eine Wärmesenke an die Kathode angelegt. Die Wärmesenke kann eine Metallschicht sein gekoppelt in unmittelbarer Nähe zu der Kathode, obwohl isoliert von der Fuseverbindung. In einer anderen Ausführungsform wird der Temperaturgradient erhöht durch selektives Variieren der Dicke einer unterliegenden isolierenden Schicht derart, dass die Kathode an einer dünneren Isolationsschicht angeordnet wird als die Fuseverbindung.
Bezugnehmend nun im spezifischen Detail auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsnummern ähnliche oder identische Elemente identifizieren hindurch durch die verschiedenen Ansichten, und beginnend mit 9, ist ein Flussdiagramm gezeigt illustrierend ein Verfahren zum Elektromigrationsprogrammie ren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zuerst wird ein Potential angelegt zwischen der Kathode und Anode 91 zum Starten eines Stromflusses von der Anode zu der Kathode durch die Fuseverbindung und eines korrespondierenden Elektronenwindes von der Kathode zur Anode. Silizidmigration wird etabliert in der Richtung des Elektronenwindes. Der Strom wird selektiv aufrecht erhalten 93, um das Elektromigrationsprogrammieren zu maximieren, während des Verhinderns des thermischen Zerreißens der Fuseverbindung des Silizids. Ein Temperaturgradient wird etabliert 95 zwischen der Fuseverbindung und der Kathode hervorgerufen durch den angelegten Strom, wobei die Kathode kälter ist als die Anode. Weil die Elektromigrationsrate exponentiell abhängig ist von der Temperatur gilt: je größer die Temperatur desto größer die Elektromigration. Somit migriert das Silizid selektiv schneller in der Fuseverbindung als in der Kathode hervorgerufen durch den etablierten Temperaturgradienten 97. Über eine Zeitdauer verursacht die schnellere Migrationsrate eine Abwanderung des Silizids von der Fuseverbindung bildend einen hochohmigen Bereich resultierend in dem Programmieren der Fuse 99.
Bezugnehmend nun auf 8A und 8B sind dort schematische Drauf- und Querschnittsansichten einer Halbleiterfuse gezeigt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fuse 100 enthält eine Anode 102 und eine Kathode 104 zum Vorsehen eines Stromflusses über einer Fuseverbindung 106, welche Anode 102 mit Kathode 104 verbindet. Anode 102, Kathode 104 und Fuseverbindung 106 werden vorzugsweise angeordnet an einem Substrat 101, welches ein Halbleitersubstrat enthalten könnte, Diffusionsbereiche, Metallleitungen, dielektrische Schicht und andere Komponenten. Zum Programmieren wird Kathode 104 negativ vorgespannt und Anode 102 wird positiv vorgespannt, verursachend einen Stromfluss durch die Fuseverbindung 106 und den Beginn von Elektromigration (d.h., Silizidmigration). In einer Ausführungsform wird, wie in 8A gezeigt, eine Metallschicht 401 (nur die äußere Kante von ihr ist gezeigt) in einer Wärmetransferbeziehung mit der Kathode 104 gekoppelt. Die Metallschicht 401 wird angeordnet in einer parallelen Beziehung über der Kathode 104 an einem vorbestimmten Abstand bedeckend mindestens einen Abschnitt der Kathode 104, wenn von oben gesehen, aber bedeckt nicht die Fuseverbindung 106. Die Metallschicht 401 kann an die Kathode 104 gekoppelt sein als ein integraler Teil der Kathodenkontakte 405. 8A zeigt vier Kontakte, jedoch sind mehr oder weniger Kontakte auch erwägt. Die Metallschicht 401 agiert als eine Wärmesenke für die Kathode 104. In mindestens einer Ausführungsform ist die Metallschicht 401 isoliert von der Fuseverbindung 106 derart, dass Wärme nur von der Kathode 104 transferiert werden kann.
In noch einer anderen Ausführungsform wird der Temperaturgradient erhöht durch selektives Variieren der Dicke einer unterliegenden Oxidschicht 801 derart, dass die Kathode 104 an einer dünneren Oxidschicht angeordnet ist als die Fuseverbindung 106. 8B illustriert das dünnere Oxid unter nur der Kathode 104. Die dünnere Oxidschicht zwischen der Kathode 104 und einer unterliegenden Siliziumschicht 803 ermöglicht Wärmetransferieren zwischen den zwei. Entweder allein oder in Kombination zieht die dünne Oxidschicht unter und die Metallschicht 401 über der Kathode 104 Wärme ab und hält so die Kathode 104 kälter verglichen mit der Fuseverbindung 106, weil die Fuseverbindung 106 weit von der Wärmesenke liegt und umgeben ist von stärker isolierendem Material. Wenn Strom durch die Fuse 100 fließt, entsteht ein Temperaturgradient zwischen der Kathode 104 und der Fuseverbindung 106. Somit ist die Elektromigrationskonstante – die Elektromigrationsrate hängt exponentiell von der Temperatur ab – um Größenordnungen verschieden zwischen der Fuseverbindung 106 und der Kathode 104 (d.h., die Elektromigration in der Fuseverbindung 106 ist viel größer als in der Kathode 104). Dies führt zu einer großen Nicht-Null-Divergenz in dem transportierten Material und hilft bei dem effizienteren Fuseprogrammieren.
Ein bedeutendes Element des Elektromigrationsprogrammierens besteht darin, dass der durch die Fuseverbindung 106 gerichtete Strom nicht so groß wird, dass er die Verbindung 106 zerreißt. Dies kann passieren, z. B., wenn das Stromniveau größer als 15 Milliampère ist für eine Fuseverbindungsbreite von ungefähr 0,1 bis 0,15 Mikrometer. Unter diesen extremen Bedingungen verursacht die in der Verbindung 106 erzeugte Wärme große thermisch induzierte Belastungen aufgrund der verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Verbindung 106 und des umgebenden Materials. Dies kann in dem physische Zerreißen resultieren und/oder zufälliger Agglomeration der Verbindung 106, ein unerwünschtes Ereignis, das zu Zuverlässigkeits- und Ausbeuteproblemen führt.
Bezugnehmend nun auf 10 ist dort ein Schaltkreis gezeigt zum strombegrenzenden Elektromigrationsprogrammieren bei CMOS-Technologie mit Minimumstrukturmerkmal (Feature) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Für diese beispielhafte Ausführungsform hat das Fuseelement 1010 (konstruiert, z. B., wie in 8A und 8B gezeigt) eine Breite von ungefähr 0,12 Mikrometer und eine Länge von ungefähr 1,2 Mikrometer und ist in Reihe verbunden mit einem Transistor 1011 mit Gateoxid von 5,2 Nanometer und einer ungefähren Breite von 40 Mikrometer und einer Länge von ungefähr 0,12 Mikrometer. Ein Potential von ungefähr 3,3 Volt wird an den "Brennen"-Anschluss 1012 angelegt und ein Programmiersignal oder Puls mit einer ungefähren Amplitude von 1,5 Volt und Breite von 200 Mikrosekunden wird angelegt an den "Auswählen"-Anschluss 1013, welches in einen Strom von ungefähr 10 Milliampere oder weniger resultiert. Der Strom verursacht, dass sich die Fuseverbindung aufheizt auf annähernd 600°C und darüber während die Kathode auf etwa 100°C oder weniger gehalten wird. Es sollte angemerkt werden, dass diese Temperatur nicht ausreichend ist, um die Verbindung zu zerreißen, aber es erlaubt, dass Elektromigration stattfindet.
Dieser Ansatz des Programmierens kann auch in Fusereihen verwendet werden, wie in 11 gezeigt, welche typisch verwendet werden, um dauerhaft Informationen zu speichern (wie in dauerhaften Nur-Lese-Speichern – PROM). In dieser beispielhaften Ausführungsform werden die Fuses 1110 parallel gekoppelt, jede mit ihrem eigenen in Reihe verbundenen Transistor 1111. Jede Fuse 1110 wird auch an einem gemeinsamen Anschluss gekoppelt zum Anlegen der 3,3 "Brennen"-Spannung, wobei in Reihe geschaltete Flipflops 1112 programmiert sind mit den Mustern der zu brennenden Fuses. Dem Anlegen der 3,3 Volt an den "Brennen"-Anschluss folgend schaltet eine geeignete digitale Steuerschaltung 1113 geeignete Transistoren frei resultierend in das Programmieren der Fuses entsprechend zu den Mustern, die in den in Reihe geschalteten Flipflops 1112 gehalten sind. Eine geeignete Prüfen-Schaltung kann ebenso integriert sein, um die in den Fuses gespeicherten Informationen zu lesen.
Obwohl erläutert in Begriffen von Silizid, Polysilizium und Oxidmaterialien, sollten diese Materialien nicht als die vorliegende Erfindung begrenzend angesehen werden. Statt dessen werden diese Materialien eingesetzt, um die vorliegende Erfindung in einer Anwendung zu illustrieren. Das Folgende erläutert selektive Silizidstrukturen, die verwendet werden können in Kombination mit den oben beschriebenen Techniken. Bezugnehmend auf 3 kann die Kathode 104 der Fusestruktur 100 ein Material enthalten, das weniger suszeptibel für Materialmigration ist als Anode 102 und Fuseverbindung 106. Vorzugsweise ist an einer Schnittfläche zwischen Kathode 104 und Fuseverbindung 106 eine wohldefinierte Abgrenzung von Materialien vorgesehen. Auf diese Art werden Materialmigrationseffekte vorteilhafterweise verbessert ebenso wie konzentriert oder fokussiert in einem viel kleineren Bereich, z. B. der Schnittfläche von Kathode 104 und Fuseverbindung 106. Zum Beispiel, ist in einer polysilizidierten Struktur Kathode 104 nicht siliziert, z. B., Kathode 104 ist nur aus stark dotiertem Silizium hergestellt. Anode 102 und Fuseverbindung 106 sind vorzugsweise Polysilizium mit einer Silizidschicht ausgebildet daran.
Bezug nehmend auf 4 zeigt eine Querschnittsansicht der Fuse 100 entlang der Schnittlinie 4-4 Kathode 104 ausgebildet aus einem einzigen Material, z. B., unsilizidiertes Polysilizium. Sich zu 5 wendend zeigt eine Querschnittsansicht der Fuse 100 entlang einer Schnittlinie 5-5 Fuseverbindung 106 ausgebildet auf einer Schicht Polysiliziummaterial 112, z. B., unsilizidiertes Polysilizium, mit einer Silizidschicht 114 ausgebildet daran (z. B. silizidiertes Polysilizium). Es sollte angemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung ein einziges Material für Fuseverbindung 106 enthalten könnte und ein verschiedenes Material für Kathode 104.
Bezug nehmend nun auf 6 zeigt eine Querschnittsansicht der Fuse 100 entlang einer Schnittlinie 6-6 einen Schnittstellenbereich Kathode zu Fuseverbindung. Die selektive Silizidierung der Fusestruktur 100 kann erreicht werden durch Einsetzen einer Maskenschicht während des Silizidierungs (oder selbstausgerichteten Silizidierungs) Prozesses des Polysiliziums. Auf diese Art wird Kathode 104 geschützt vor dem Silizidierungs (oder selbstausgerichteten Silizidierungs) Prozess. Der Silizidausbildungsprozess verbraucht etwas des Polysiliziums in Fuseverbindung 106. Demzufolge ist Polysiliziumschicht 112 dünner als das Polysilizium der Kathode 104.
Wenn diese Struktur vorgespannt wird mit der negativen Spannung angelegt an Kathode 104 und positiver Spannung an Kathode 102, wird der Elektronenwind (wie angezeigt durch Pfeile) die Silizidmoleküle anstoßen, besonders in Fuseverbindung 106, wo die Stromdichte größer ist. Weil Kathode 104 nicht siliziert ist und Polysilizium enthält, wird das Silizid in Fuseverbindung 106, das zu der Anode bewegt wird durch den Elektronenwind nicht ersetzt an dem Übergang Fuseverbindung-Kathode und ein Hohlraum wird erzeugt. In diesem Fall ist Polysilizium weniger betroffen als ein Silizid durch Elektronenmigration.
Weil das Silizid einen viel kleineren Widerstand als Polysilizium hat, werden die meisten der Elektronen, die den Strom tragen, in dem Silizid in Fuseverbindung 106 angesammelt werden an dem Übergang des Silizids und der unsilizidierten Kathode. Vorteilhafterweise summiert sich dieses Stromansammeln in der vertikalen Richtung an der im Wesentlichen senkrechten Schnittstelle 107 zu dem Ansammeln aufgrund der Form der großen Kathode verbunden mit der dünneren Fuseverbindung, und verstärkt weiter den Materialmigrationseffekt an diesem Übergang. Das Fuseprogrammieren findet deshalb für Fuse 100 viel schneller statt und bei einer kleineren Spannung/Strom.
Die vorliegende Erfindung kann erweitert werden auf jeden Übergang ausgebildet mit einem Stoff mit einer großen Materialmigration und einem Stoff mit einer kleinen Materialmigration. Das Material mit großer Migration wird vorzugsweise mit der Anode verbunden und das Material mit kleiner Migration wird verbunden mit der Kathode. Solch eine Struktur kann durch Schaffen einer hohen Stromdichte an dem Übergang als eine elektrische Fuse verwendet werden. Materialien mit großer Migration könnten einschließen Aluminium, Kupfer und Gold und Materialien mit kleiner Migrationen könnten enthalten Wolfram, Molybdän und Titaniumnitrid. Die Materialien mit großer/kleiner Migration könnten enthalten die folgenden Paare mit großer/kleiner Migration Aluminium/Wolfram, Kupfer/Titaniumnitrid und Kupfer/Wolfram. Andere Materialien werden auch erwägt. Kombinationen der verschiedenen Materialien oder Materialschichten könnten auch eingesetzt werden durch die vorliegende Erfindung. Bezugnehmend nun auf 7 zeigt eine Querschnittsansicht der Fuse 100' entlang einer Schnittlinie 6-6 eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Kathode 104' enthält ein erstes Material mit kleiner Materialmigrationsuszeptibilität, während die Fuseverbindung 106' ein verschiedenes Material enthält mit großer Materialmigrationsuszeptibilität, um verbesserte Materialmigration vorzusehen an der Schnittstelle Kathode-Fuseverbindung. Verschiedene Dicken für Kathode 104' und Fuseverbindung 106' könnten auch eingesetzt werden, um das Elektronenansammeln im Bereich 107' zu erhöhen.
Frühere Techniken zum Verbessern des elektrischen Fuseprogrammierens enthalten das Schaffen von p-n Übergängen in dem Polysilizium. Die oben beschriebenen Techniken können verwendet werden im Zusammenhang mit diesen früheren Techniken, wie die in U.S. Patent, Nr. U.S. 6,323,535, beschriebene, herausgegeben am 27. November 2001, betitelt "Elektrische Fuses einsetzend Sperrpolung, um das Programmieren zu verbessern".
Eine alternative Technik zum Verbessern des elektrischen Fuseprogrammierens mit gekerbten Bereichen ist bekannt aus U.S. Patent Nr. U.S. 6,337,507.
Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens und Systems der vorliegenden Erfindung illustriert worden ist in den begleitenden Zeichnungen und erläutert in der vorhergehenden detaillierten Beschreibung, ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist.

Claims

Ein Verfahren des Programmierens einer Halbleiterfuse (100) über Elektromigration, worin die Halbleiterfuse (100) enthält eine Kathode (104) und eine Anode (102) gekoppelt durch eine leitende Fuseverbindung (106), das Verfahren umfassend: Einspeisen in die Fuse (100) einen Strom von ausreichender Größe, um Elektromigration in der Fuseverbindung (106) zu initiieren; und während der Elektromigration Erhöhen eines Temperaturgradienten zwischen der Fuseverbindung (106) und der Kathode (104) durch mindestens eines des Folgenden: Vorsehen parallel zu der Kathode (104) eines Wärmesenkenmetalls (401) in einer Wärmetransferbeziehung mit der Kathode (104), aber nicht mit der Fuseverbindung (106), Vorsehen einer ersten Dicke eines isolierenden Materials (801) angrenzend an die Fuseverbindung (106) und einer zweiten Dicke des isolierenden Materials (801) angrenzend an die Kathode (104), worin die erste Dicke größer ist als die zweite Dicke.
Das Verfahren des Anspruchs 1 weiter enthaltend, Begrenzen des produzierten Stroms über einen gekoppelten Transistor (1011) auf eine Größe, unzureichend die Fuseverbindung (106) zu zerreißen.
Das Verfahren des Anspruchs 1, worin der Temperaturgradientbewirkungsschritt enthält, Absorbieren von Wärme von der Kathode (104).
Das Verfahren des Anspruchs 1, worin das Wärmesenkenmetall (401) ein integraler Teil der Kathoden (104) Kontakte ist, oder worin das Wärmesenkenmetall (401) positioniert ist über der Kathode (104).
Das Verfahren des Anspruchs 1, worin der Temperaturgradient erhöht wird durch Vorsehen eines isolierenden Materials (801) von irregulärer Dicke angrenzend an die Fuse und durch Vorsehen eines Wärmesenkenmetalls (401) in einer Wärmetransferbeziehung mit der Kathode (104).
Das Verfahren des Anspruchs 1, worin der Temperaturgradient erhöht wird durch selektives Variieren der Dicke einer Oxidschicht (801) unterliegend der Fuse (100) derart, dass die Kathode (104) angeordnet wird an einer dünneren Schicht des Oxids (801) als die Fuseverbindung (106).
Ein System (100) zum Programmieren über Elektromigration, umfassend: eine Halbleiterfusestruktur (100) mit einer Kathode (104) und einer Anode (102) gekoppelt durch eine leitende Fuseverbindung (106); eine Stromeinspeisung (1011) gekoppelt an die Halbleiterfusestruktur (100) und angepasst zum Einspeisen eines Stroms von ausreichender Größe, um Elektromigration zu initiieren in der Fuseverbindung (106); und die Halbleiterfusestruktur (100) enthaltend eine Temperaturgradientvorrichtung (401, 801) angepasst, um einen Temperaturgradienten zu erhöhen zwischen der Fuseverbindung (106) und der Kathode (104) und während der Elektromigration, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturgradientvorrichtung (401, 801) umfasst mindestens eines von: einer Metallwärmesenke (401) gekoppelt in einer Wärmetransferbeziehung und parallel zu der Kathode (104) und angepasst, um Wärme von dort zu transferieren, aber nicht von der Fuseverbindung (106), einer isolierenden Schicht (801) angeordnet angrenzend an die Kathode (104) und die Fuseverbindung (106), die isolierende Schicht (801) mit einer selektiv variierten Dicke derart, dass die Dicke angrenzend an die Fuseverbindung (106) größer ist als angrenzend an die Kathode (104).
Das System (100) des Anspruchs 7, worin die Stromeinspeisung umfasst einen Transistor (1011) gekoppelt an eines von der Kathode (104) und der Anode (102) und angepasst ist, um den Strom auf eine Größe zu begrenzen, unzureichend, um die Fuseverbindung (106) zu zerreißen während der Elektromigration.
Das System (100) des Anspruchs 7, worin die Temperaturgradientvorrichtung umfasst eine isolierende Schicht (801) angeordnet an der Kathode (104) und der Fuseverbindung (106).
Das System (100) des Anspruchs 9, worin die isolierende Schicht (801) eine Oxidschicht ist.
Das System (100) des Anspruchs 7, worin die Temperaturgradientvorrichtung umfasst: eine Oxidschicht (801) angrenzend an die Kathode (104) und die Fuseverbindung (106), die Oxidschicht (801) mit einer selektiv variierten Dicke derart, dass die Dicke angrenzend an die Fuseverbindung (106) größer ist als angrenzend an die Kathode (104); und eine Metallwärmesenke (401) gekoppelt in einer Wärmetransferbeziehung und parallel zu der Kathode (104) und angepasst, um Wärme von dort zu transferieren, aber nicht von der Fuseverbindung (106).
Das System (100) gemäß Anspruch 7, worin das System (100) enthalten ist in einem halbleiterintegrierten Schaltkreisapparat, umfassend: eine Vielzahl der Halbleiterfusestrukturen (1110), jede mit einer Kathode und einer Anode gekoppelt durch eine leitende Fuseverbindung; die Stromeinspeisung (1111) gekoppelt mit den Halbleiterfusestrukturen (1110) und angepasst, um einen Strom einzuspeisen von ausreichender Größe, um Elektromigration in jeder der Fuseverbindungen zu initiieren, jede der Halbleiterfusestrukturen (1110) enthält eine der Temperaturgradientvorrichtungen angepasst, um einen Temperaturgradienten zu erhöhen zwischen der Fuseverbindung und der Kathode und während der Elektromigration; und einen Steuerschaltkreis (1112, 1113) gekoppelt mit der Stromeinspeisung (1111) zum Verursachen der Stromeinspeisung, um den Strom selektiv einzuspeisen in die Fuseverbindung mindestens einer der Halbleiterfusestrukturen (1110).
Das System (100) des Anspruchs 12, worin die Temperaturgradientvorrichtung umfasst eine Wärmsenke (401) gekoppelt in einer Wärmetransferbeziehung mit der Kathode (104) und angepasst, um Wärme von dort zu transferieren, derart, dass die Fuseverbindung (106) auf einer größeren Temperatur gehalten wird als die Kathode (104) während der Elektromigration.
Das System (100) des Anspruchs 12, worin die isolierende Schicht (800) eine Oxidschicht ist.
Das System (100) des Anspruchs 12, worin die Temperaturgradientvorrichtung umfasst: eine isolierende Schicht (801) angrenzend an die Kathode und die Fuseverbindung, die isolierende Schicht (801) mit einer selektiv variierten Dicke derart, dass die Dicke angrenzend an die Fuseverbindung (106) größer ist als die Dicke angrenzend an die Kathode (104); und eine Metallwärmesenke (401) gekoppelt in einer Wärmetransferbeziehung mit der Kathode (104) und angepasst, um Wärme von dort zu transferieren derart, dass die Fuseverbindung (106) auf einer größeren Temperatur gehalten wird als diejenige der Kathode (104) während der Elektromigration.
Das System (100) des Anspruchs 12, worin die Temperaturgradientvorrichtung umfasst eine Metallschicht (401) gekoppelt in einer Wärmetransferbeziehung mit der Kathode (104) und angepasst, um Wärme von dort zu transferieren.