DE69528543T2 - Verfahren zur Herstellung einer Antifuse - Google Patents

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Halbleiterbausteine und ihre Herstellung und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen einer zwischen eine erste und eine zweite Verbindungsschicht geschalteten Antischmelzbrücke.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Herkömmliche Verfahren zum Herstellen integrierter elektronischer Schaltungen legen alle internen Schaltungsverbindungen während des Herstellungsprozesses fest. Wegen der hohen Entwicklungskosten und der hohen Fertigungskosten dieser Schaltungen kommen jedoch neue Entwürfe auf, die es einem Benutzer ermöglichen, integrierte Schaltungen nach ihrem Kauf für spezifische Anwendungen auf dem Gebiet zu konfigurieren oder zu programmieren. Diese Schaltungen werden als benutzerprogrammierbare Schaltungen bezeichnet, und sie ermöglichen es einem Benutzer, die elektrischen Verbindungen der Schaltung zu programmieren, indem eine Reihe programmierbarer Verbindungen selektiv geöffnet oder geschlossen wird. Die programmierbaren Verbindungen sind elektrische Verbindungen, die vom Benutzer an wählbaren Punkten in der Schaltung elektronisch zwangsweise elektrisch geöffnet oder geschlossen werden, nachdem die integrierte Schaltung gekapselt wurde.
• Eine Antischmelzbrücke, die ein Typ einer programmierbaren Verbindung ist, ermöglicht es einem Benutzer, die integrierte Schaltung zu programmieren, indem ein Kurzschluß zwischen zwei Leitern erzeugt wird, mit denen die ursprünglich offene Antischmelzbrücke verbunden wird. Antischmelzbrücken bestehen typischerweise aus zwei Leiter- oder Halbleiterelementen, zwischen denen ein dielektrisches oder isolierendes Material sandwichförmig angeordnet ist. Während des Programmierens wird das Dielektrikum an ausgewählten Punkten zwischen den leitenden Elementen durch einen Strom durchbrochen, der von einer an die leitenden Elemente ausgewählter Verbindungen angelegten vorgegebenen Programmierspannung entwickelt wird. Hierdurch werden die leitenden oder halbleitenden Elemente elektrisch mit den leitenden Elementen verbünden.
• Ein als Feld-programmierbares Gate-Array (nachfolgend als FPGA bezeichnet) bekannter Typ einer benutzerprogrammierbaren Schaltung verwendet eine Zwischenschicht aus amorphem Silicium (nachfolgend als α-Si bezeichnet), die sandwichförmig zwischen zwei Metallschichten angeordnet ist. Die Metallschichten sind reaktionsträge und bilden eine Diffusionsbegrenzung für das α-Si. Die Begrenzung verhindert während des Hochtemperatur-Herstellungsprozesses die wechselseitige. Diffusion von Metall und α-Si an den Kontaktflächen. Refraktärmetalle, wie TiW, W oder TiN, sind ausgezeichnete Beispiele für die Begrenzungsmetalle. Es ist jedoch zum Herstellen einer Metall/α-Si/Metall-Antischmelzbrücke mit reproduzierbaren elektrischen Eigenschaften erforderlich, die unerwünschte Eigengrenzschicht des Kontakts durch Sputter-Reinigen des Metalls und des α-Si zu entfernen. Dies erfolgt unmittelbar vor dem Aufbringen von α-Si und Metall. Das Sintern der Antischmelzbrücke bei hohen Temperaturen ist der nächste Schritt. Wenn die Antischmelzbrücke programmiert wird, ist es erforderlich, daß eine ausreichende Reaktion und wechselseitige Diffusion des Metalls und des α-Si auftreten, um eine Schmelzverbindung zu bilden, die einen niedrigen Widerstand aufweist und stabil ist.
• Bei der herkömmlichen Verwendung eines Begrenzungsmetalls, wie TiW, ist vor dem Aufbringen des oberen Metalls zumindest das Sputter-Reinigen von α- Si erforderlich. Danach findet ein Hochtemperatur-Ausheizprozeß statt (beispielsweise bei Temperaturen in der Nähe von 450ºC oder darüber), um das obere TiW-Metall mit dem α-Si der Antischmelzbrücke zur Reaktion zu bringen. Bei diesem Prozeßtyp treten zahlreiche Begrenzungen auf.
• Der Sputter-Prozeß und die hohen Temperaturen des Ausheizprozesses beanspruchen die Antischmelzbrücke und beeinträchtigen ihre letztendliche Funktionsweise. Das Sputter-Reinigen der Antischmelzbrücke auf der Skala der Antischmelzbrücke ist ein in gewissem Maße ungesteuerter Prozeß, der häufig das Ausdünnender Ecken der Antischmelzbrückendurchgänge bewirkt, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Fig. 1b zeigt den Querschnitt der Antischmelzbrücke ohne ein Sputter-Reinigen. Die Dicke des α-Si beträgt in der Mitte des Durchgangs 1250 Å(10 Å = 1 nm) und an der Ecke 1060 Å. Fig. 1a zeigt die Eckenverdünnung von α-Si nach dem Sputter-Reinigen bei einer HF-Leistung von 1 kW. Die Dicke von α-Si beträgt in der Mitte 500 Å und an der Ecke 250 Å. Dies führt häufig zu einer ungleichmäßigen Durchbruchspannung der Antischmelzbrücke und zu einem Mangel an Symmetrie der Strompolarität der Antischmelzbrücke. Im besten Fall ist das Prozeß-Fenster für das Sputter-Reinigen kritisch. Der Hochtemperaturprozeß, der die obere TiW-Schicht ausheizt, hat die nachteilige Wirkung, daß er ein übermäßiges Auslecken oder eine übermäßige Ausdiffusion von Wasserstoff im α-Si hervorruft. Das Ergebnis der übermäßigen Wasserstoff- Ausdiffusion besteht in einem erhöhten Leckstrom der unprogrammierten Antischmelzbrücke und einer erhöhten Defektdichte des α-Si infolge des Wasserstoffverlustes, wodurch die unpaarigen Si-Bindungen passiviert werden. Weiterhin begrenzt die Verwendung von Begrenzungsmetall, wie TiW, das Verschmelzen des Metalls mit dem α-Si während des Programmierens, was zu einem höheren Schmelzwiderstand oder einem höheren Programmierstrom führt, wodurch die Geschwindigkeit des Schaltungsbetriebs oder die Packungsdichte der Schaltung begrenzt wird. Eine unzureichende Schmelzreaktion zwischen dem α-Si und dem Metall führt auch zur Instabilität (zum Abschalten oder zum Erhöhen) des Schmelzverbindungswiderstands.
• In EP-A-0 501 120 ist eine integrierte Schaltung offenbart, die Antischmelzbrückenelemente aufweist, welche durch Aufbringen einer Antischmelzbrückenschicht zwischen Titanschichten oder anderen Refraktärmetall- oder Metallsilicidschichten bei unter 500ºC hergestellt wurden. Die Antischmelzbrückenschicht enthält eine stöchiometrische oder nicht stöchiometrische dielektrische Schicht auf der Basis amorphen Siliciums, beispielsweise eine Siliciumdioxidschicht. Das Erwärmen der Antischmelzbrückenschicht über 500ºC bewirkt eine chemische Reduktionsreaktion zwischen den Titan- und Siliciumdioxidschichten, so daß sich zwischen den Titanschichten eine leitende Verbindung ergibt, die einen Kurzschluß bildet.
• In EP-A-0 501 687 ist eine integrierte Schaltung mit einer oder mehreren Antischmelzbrücken offenbart, die elektrische Bausteine über eine dielektrische Schicht verbinden. Jede Antischmelzbrücke enthält eine Schicht aus amorphem Silicium und eine Schicht aus einem leitenden Material, beispielsweise Titan, die zwischen einer ersten und einer zweiten Begrenzungsschicht angeordnet sind. Die Begrenzungsschichten enthalten ein Material, das die wechselseitige Diffusion von Aluminium und Silicium verhindert. Das leitende Material ist ein Material, das den Widerstand des amorphen Siliciums durch Bilden eines Silicids verringert, wenn eine Programmierspannung angelegt wird.
• Aus EP-A-0 159 935 ist bekannt, daß eine dünne Schicht aus Refraktärmetall verwendet werden kann, um die dünne Eigenoxidschicht zu durchbrechen, die sich nach der Naßverarbeitung auf dem polykristallinen Silicium bildet. Die Refraktärmetallschicht wird durch herkömmliche Techniken bis zu einer bevorzugten Dicke in der Größenordnung von 5 nm auf dem Siliciumsubstrat angeordnet. Danach wird die Struktur 30 Minuten lang in Wasserstoff bei 950ºC einer verstärkten Wärmebehandlung unterzogen.
• Aus EP-A-0 377 137 ist bekannt, daß Titan Silicium-Eigenoxid lösen kann und nach dem Ausheizen beständig Titansilicid bilden kann. Die Deckschicht aus Titan wird durch herkömmliche Techniken, beispielsweise durch chemische Dampfabscheidung, mit einer Dicke von 5 bis 50 nm auf einem Siliciumsubstrat gebildet. Danach wird das Substrat bei etwa 670ºC 30 Minuten lang in einer Argon- oder Stickstoffatmosphäre ausgeheizt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Es besteht daher ein Bedarf an einem Verfahren zum Ausführen eines Reinigens von Metall/α-Si/Metall-Antischmelzbrückenkontakten, wobei der Sputter- Prozeß und der Hochtemperatur-Ausheizprozeß der herkömmlichen Verfahren vermieden werden.
• Es besteht ein Bedarf an einem Verfahren, wodurch die unkontrollierte Eckenausdünnung von Antischmelzbrücken-Durchgängen, die zu ungleichmäßigen Durchbruchspannungen und Asymmetrien der Antischmelzbrücken-Polarität führt, beseitigt oder erheblich verringert wird.
• Es besteht weiterhin ein Bedarf an einem Verfahren zum Herstellen einer Metall/α-Si/Metall-Antischmelzbrücke, wodurch die übermäßige Ausdiffusion von Wasserstoff vermieden wird, die beim Hochtemperatur-Ausheizprozeß bekannter Verfahren auftritt. Dieses System behält die Wasserstoffpassivierung ungepaarter Siliciumbindungen im α-Si bei, wodurch die Defektdichte und der Leckstrom gering gehalten weiden.
• Es besteht ein Bedarf am Verringern des Widerstands der programmierten Metall/α-Si/Metall-Antischmelzbrücke, um die Geschwindigkeit der Schaltung zu erhöhen oder den Programmierstrom zu verringern, wodurch die Packungsdichte der Schaltung erhöht wird.
• Es besteht ein weiterer Bedarf an der Bildung einer stabilen programmierten Schmelzverbindung durch eine ausreichende Schmelzreaktion zwischen dem α- Si und dem Metall bei möglichst minimalem Programmierstrom.
• Die vorliegende Erfindung sieht dementsprechend einen Ti/α-Si-Prozeß mit einer begrenzten Reaktion zum Bilden einer Metall/α-Si/Metall-Antischmelzbrücke vor, wodurch die mit früheren Verfahren verbundenen Beschränkungen und Nachteile beseitigt oder erheblich verringert werden und der programmierte Widerstand der Antischmelzbrücke und die sich daraus ergebende Zuverlässigkeit verbessert werden.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bilden einer Antischmelzbrücke nach Anspruch 1 vorgesehen.
• Ein dünnes Reaktionsmetall, wie Ti, ist erforderlich, um die Grenzschichtreaktion und die wechselseitige Diffusion des Metalls und des α-Si während des Herstellungsprozesses, welcher den unterhalb von 450ºC stattfindenden Temperaturzyklus aufweist, zu begrenzen. Durch Begrenzen der Ti- und der α-Si- Reaktion und der wechselseitigen Diffusion ermöglicht die vorliegende Erfindung das Steuern des Leckstroms und der Durchbruchspannung der Antischmelzbrücke. Durch Halten der Prozeßtemperatur unter 450ºC wird die Wasserstoffpassivierung begrenzt und damit die Qualität des α-Si-Materials bewährt. Andererseits bietet das Vorhandensein von Ti bei viel höheren Schmelztemperaturen als 450ºC während der Programmierung eine starke Metall- und. α-Si-Reaktion und eine wechselseitige Diffusion von ihnen, wodurch eine stabile Schmelzverbindung mit einem niedrigen Widerstand gebildet wird. Eine der wichtigeren direkten Anwendungen der vorliegenden Erfindung besteht in der Bildung von Antischmelzbrücken für Feld-programmierbare Gate-Arrays (FPGAs). Bei anderen Typen benutzerprogrammierbarer integrierter elektronischer Schaltungen können jedoch leicht das erfindungsgemäße Verfahren und die resultierende Antischmelzbrücke verwendet werden.
• Ein technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß dabei der Sputter-Prozeß und das bei einer hohen Temperatur stattfindende Ausheizen vermieden werden, die bei herkömmlichen Verfahren erforderlich sind. Bei dem Prozeß wird eine zuverlässigere Titanabscheidung verwendet, der eine kontrollierbare Niedertemperaturreaktion folgt. Auf diese Weise wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine unkontrollierte Eckenausdünnung der Antischmelzbrücken-Durchgänge verringert. Weiterhin werden gemäß der vorliegenden Erfindung nachteilige Wirkungen auf Antischmelzbrücken vermieden, die die Ausdiffusion von Wasserstoff hervorruft. Hierdurch werden ungleichmäßige Durchbruchspannungen und polare Asymmetrien der Durchbruchspannung beseitigt, die sich häufig bei herkömmlichen Verfahren ergeben.
• Ein weiterer technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß dadurch der programmierte Widerstand verringert wird und dabei geholfen wird, eine zuverlässigere Antischmelzbrücke für schnelle FPGAs und andere Anwendungen benutzerprogrammierbarer integrierter Schaltungen zu erzielen. Weil die Antischmelzbrücken, die sich aus dem erfindungsgemäßen Prozeß ergeben, zuverlässiger sind, wird die allgemeine Zuverlässigkeit der integrierten Schaltung verbessert. Weil Technologien benutzerprogrammierbarer integrierter Schaltungen entstehen, nützt diese verbesserte Zuverlässigkeit diesem technologischen Gebiet allgemein und bewirkt, daß es für eine Vielzahl von Anwendungen besser verwendbar und akzeptierbar wird.
• Ein weiterer technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie eine verbesserte polare Symmetrie der Durchbruchspannung bereitstellt. Hierdurch wird es möglich, gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Antischmelzbrücken für symmetrische Ströme zu verwenden. Entwürfe mit symmetrischen Strömen ermöglichen es einem Schaltungsentwickler, die Schaltungs- Layoutdichten auf integrierten Schaltungen zu erhöhen. Dies hat für Entwickler und Hersteller von FPGAs und anderen benutzerprogrammierbaren integrierten Schaltungen auch erhebliche Vorteile.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
• Die vorliegende Erfindung läßt sich am besten mit Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung erläuternder Ausführungsformen beim Lesen zusammen mit den anliegenden Figuren verstehen, wobei:
• - die Fig. 1a und 1b mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommene Schnittansichten von Antischmelzbrücken sind, die mit einem Sputter-Reinigen bzw. ohne dieses hergestellt wurden, wobei diese die Umgebung der vorliegenden Ausführungsform zeigen,
• - Fig. 2 ein Beispiel eines Prozesses zur Herstellung von Antischmelzbrücken gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt,
• - Fig. 3 weitere Schritte des Prozesses zur Herstellung von Antischmelzbrücken aus Fig. 2 zeigt,
• - Fig. 4 weitere Schritte des Prozesses zur Herstellung von Antischmelzbrücken aus den Fig. 2 und 3 zeigt,
• - Fig. 5 eine Kurvenschar zeigt, in denen Spannungs- und Stromkennlinien von gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellten Antischmelzbrücken dargestellt sind,
• - die Fig. 6a, 6b und 6c weitere Aspekte der Spannungs- und Stromkennlinien einer gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellten Antischmelzbrücke zeigen, wobei sich Ti nur auf der oberen Elektrode befindet, und
• - die Fig. 7a und 7b die Spannungs- und Widerstandskennlinien einer Vielzahl gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellter programmierter Antischmelzbrücken bei einer Stromstufenbeanspruchung zeigen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG ERLÄUTERNDER AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Die vorliegende Erfindung kann beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung erläuternder Ausführungsformen zusammen mit den anliegenden Figuren, in denen gleiche Bezugszahlen für gleiche und entsprechende Teile verwendet werden, besser verstanden werden.
• Bei herkömmlichen Reinigungsverfahren für benutzerprogrammierbare Antischmelzbrücken integrierter Schaltungen führt ein Sputter-Reinigen von Antischmelzbrücken häufig zu einer unkontrollierten Eckenausdünnung von Si und Ungleichmäßigkeiten der Durchbruchspannung der Antischmelzbrücken. Die vorliegende Erfindung löst diese Probleme durch Bereitstellen einer Metall/α-Si- Technik mit einer begrenzten Reaktion, wobei ein dünnes reaktives Metall mit Si zur Reaktion gebracht wird, um ein stabileres Reaktionsmetallsilicid oder eine stabilere, an Reaktionsmetall reiche Intermetallverbindung zu bilden. Diese Verbindung ist nützlich, um die Eigengrenzschicht der Antischmelzbrücke zu entfernen. Durch das Entfernen dieser Schicht wird die Gleichmäßigkeit der Durchbruchspannung der Antischmelzbrücke verbessert. Hierdurch wird wiederum die Funktionsweise der zugeordneten Antischmelzbrücke im besonderen und der weiteren zugeordneten benutzerprogrammierbaren integrierten Schaltung im allgemeinen verbessert.
• Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei einer erheblich niedrigeren Temperatur optimiert werden, als dies bei früheren Verfahren der Fall war. Hierdurch wird eine unerwünschte Ausdiffusion von Wasserstoff in der Antischmelzbrücke begrenzt und eine verbesserte Stabilität der Antischmelzbrücke erreicht. Bei diesem Verfahren wird ein dünnes Reaktionsmetall, wie Ti, auf die Metall/α-Si/Metall-Grenzschicht der Antischmelzbrücke aufgebracht. Dieses Reaktionsmetall kann beispielsweise eine Dicke von 50 nm oder weniger aufweisen. Nach dem Aufbringen des Reaktionsmetalls auf die Metall/α-Si/Metall- Grenzschicht wird in dem Prozeß das Metall bei einer Temperatur unterhalb von 450ºC mit α-Si zur Reaktion gebracht. Hierdurch wird die unerwünschte Eigengrenzschicht entfernt.
• In Fig. 2 ist der Anfang eines Antischmelzbrücken-Herstellungsprozeßablaufs zur Erläuterung bestimmtet Aspekte des vorliegenden Verfahrens dargestellt. In Fig. 2 weist eine Antischmelzbrücke 10 eine Schicht 12 aus Mehrebenenoxid 1 (MLO1) auf, worauf eine Metallschicht 14 angeordnet ist. Die Metallschicht 14 weist eine AlSiCu-Schicht 16 auf, die sandwichförmig zwischen TiW-Schichten 18 bzw. 20 angeordnet ist, die sich darunter bzw. darauf befinden. Titanschichten 22 und 24 bedecken die anderen Seiten der TiW-Schichten 18 und 20. Eine Schicht 28 aus Mehrebenenoxid 2 (MLO2) bedeckt die Metalloxidschicht 12 und die Metallschicht 14 mit Ausnahme einer Öffnung 26, die die Durchgangsöffnung für die Antischmelzbrücke ist.
• Bei dem Beispiel aus Fig. 2 sind genaue Dicken oder Verhältnisse zum Verwirklichen der Erfindung nicht wesentlich. Sie sind hier jedoch als Richtlinien zum Verwirklichen der erläuterten Ausführungsform bereitgestellt. Die MLO1- Schicht 12 kann daher eine beliebige Dicke von 5000 bis 7000 Å aufweisen. Die Metallschicht 14 kann beispielsweise eine Breite von 2,2 um bei einer Höhe oder Dicke von etwa 1,21 um aufweisen. Einzelne näherungsweise Schichtdicken für die Metallschicht 14 umfassen die AlSiCu-Schicht 16 mit einer Dicke von 4500 Å, die TiW-Schichten 18 und 20 mit einer jeweiligen Dicke von 3000 Å und die Titanschichten 22 und 24 mit einer Dicke von 800 Å. Die Schicht 24 besteht aus dem Reaktionsmetall an der unteren Grenzschicht der Antischmelzbrücke, und sie kann abhängig vom verwendeten Abscheidungsprozeß für das α-Si optional sein. Die Titanschicht 22 ist Teil der Metallstruktur, jedoch nicht der Antischmelzbrücke, und sie kann daher optional sein. Es ist bei dieser Ausführungsform erforderlich, daß reaktives Titan auf mindestens einer Seite des α-Si vorhanden ist. Der Teil der Metalloxidschicht 28, der die Metallschicht 14 bedeckt, kann eine Dicke von etwa 0,6 um oder darunter aufweisen. Weiterhin kann die Durchgangsöffnung 26 der Antischmelzbrücke einen Durchmesser von beispielsweise 0,8 um aufweisen.
• In Fig. 3 ist dargestellt, daß die nächsten Schritte des Prozesses zur Herstellung der Antischmelzbrücke das Aufbringen und Konturieren der oberen Kontaktstruktur 30 aus α-Si/Ti/TiW für die Antischmelzbrücke 10 umfassen. Innerhalb der Durchgangsöffnung 26 der Antischmelzbrücke befindet sich die obere Kontaktstruktur 30 der Antischmelzbrücke, die die MLO2-Schicht 28 teilweise bedeckt. Die obere Kontaktstruktur 30 der Antischmelzbrücke enthält eine α-Si- Schicht 32, die in Kontakt mit der Titanschicht 24 steht. Eine Titanschicht 34 bedeckt die α-Si-Schicht 32. Eine TiW-Schicht 36 bedeckt die Titanschicht 34. Bei der Ausführungsform aus Fig. 3 hat die α-Si-Schicht 32 eine Dicke von 2000 Å. Außerhalb der Durchgangsöffnung 26 der Antischmelzbrücke hat die Titanschicht 34 eine Dicke von etwa 500 Å. Die TiW-Schicht 36 hat eine Dicke von etwa 1000 Å.
• In Fig. 4 sind die Ergebnisse weiterer Schritte beim Fertigstellen der Antischmelzbrücke 10 dargestellt, welche die Schritte des Aufbringens und Konturierens von Metallschichten 38 einschließen. Auf der TiW-Schicht 36 wird eine weitere TiW-Schicht 40 hinzugefügt. Auf der TiW-Schicht 40 befindet sich eine AlSiCu-Schicht. Durch Hinzufügen dieser Schichten wird der Prozeß zur Herstellung der Antischmelzbrücke 10 abgeschlossen, und es ist darin der Prozeß des Aufbringens dünner Titanschichten 34 und 24 enthalten, die mit α-Si reagieren, um die gewünschte Kontaktreinigung der α-Si-Eigengrenzschicht bereitzustellen. Dies erfolgt durch die plasmaverstärkte chemische Dampfabscheidung (PECVD) der α-Si-Schicht 32, die in einer chemischen Umgebung bei einer erhöhten Temperatur von 250ºC bis 400ºC stattfindet. Die untere Grenzfläche der Schicht 32, die in Kontakt mit dem Begrenzungsmetall, wie TiW, steht, kann ausreichend sein, und die untere Ti-Schicht 24 ist möglicherweise erforderlich. In diesem Fall steht die untere Grenzfläche der Schicht 32 in direktem Kontakt mit der Begrenzungsmetallschicht 20.
• Die Antischmelzbrückenstruktur 10 wird dann mit 200 nm PECVD-Oxid passiviert und bei einer Temperatur von 350ºC bis 425ºC (typischerweise 400ºC) gesintert, um eine begrenzte Reaktion zwischen dem α-Si und dem Ti hervorzurufen und stabile Kontakte zu bilden. Schließlich wird darauf 1 um dickes Plasmanitrid aufgebracht, und die Kontaktstelle wird konturiert.
• Fig. 5 zeigt eine Kurvenschar, in denen Strom- und Spannungskennlinien von gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellten Antischmelzbrücken dargestellt sind. Wie die Kurven aus Fig. 5 zeigen, sind die Beziehungen zwischen der Durchbruchspannung und dem Strom für die Spannung-Oben- Anwendungen (VOT-Anwendungen) und die Spannung-Unten-Anwendungen (VOB-Anwendungen) für verschiedene Spannungs- und Stromwerte gleichmäßig und stabil.
• Fig. 5 zeigt weiter die Strom-Spannungs-Kennlinien der in Fig. 4 dargestellten als Beispiel dienenden Ausführungsform einer Antischmelzbrücke, wobei die Spannung jedoch nur an die obere Elektrode angelegt ist. Die Antischmelzbrücke wurde bei 425ºC gesintert. Jede Kurvengruppe stellt die Strom- Spannungs-Kennlinien von vier Antischmelzbrücken an vier verschiedenen Stellen auf demselben Wafer mit einer VOT- und einer VOB-Vorspannung dar. Die polare Unsymmetrie der Durchbruchspannung ist verhältnismäßig klein, und die Differenz beträgt etwa 1 Volt. Der VOT-Strom liegt etwas über dem VOB-Strom bei 425ºC. Bei einer weiteren Optimierung und einer niedrigeren Temperatur wird eine verbesserte Symmetrie erwartet.
• Zum Erläutern der durch Ti begrenzten Reaktionskontaktreinigung zeigen die Fig. 6a, 6b und 6c die Strom-Spannungs-Kennlinien von drei verschiedenen Typen von Antischmelzbrücken, die so aufgebaut sind, wie bei der Struktur 10 aus Fig. 3 dargestellt ist, wobei jedoch die unteren Ti-Schichten 22 und 24 (TiW/Ti/α-Si/TiW) nicht vorhanden sind. Es wurden in den Fig. 6a, 6b bzw. bc für die Schicht 34 Dicken von 50 nm, 20 nm und 0 nm für das obere Titan verwendet. Die Sintertemperatur von 450ºC im Formungsgas wurde für alle 30 Minuten lang verwendet. Die Kurven zeigen die Spuren von vier mit VOT-Metall und vier mit VOB-Metall für jeden Wafer versehenen Antischmelzbrücken.
• Die Fig. 6a, 6b und 6c zeigen die Ergebnisse der Herstellungsprozesses gemäß der vorliegenden Ausführungsform für den früheren Antischmelzbrücken- Kontaktreinigungsprozeß. Insbesondere gibt die vertikale Achse für jede der Auftragungen der Fig. 6a, 6b und bc einen Strom im Bereich von 10&supmin;¹² Ampere bis 10&supmin;³ Ampere an. Die horizontale Achse mißt die Durchbruchspannung und reicht von 0 bis 15 Volt. Bei Fig. 6a wurde eine Titanschichtdicke von 500 Å verwendet. Die Sätze von VOT-Kurven 50 und VOB-Kurven 52 wurden verwendet, um den Leckstrom und die Durchbruchspannung zu messen. Wenn die Spannung an den unteren Teil der Antischmelzbrücke angelegt war, ergaben sich VOB-Kurven 52. Wie die VOB-Kurven 52 angeben, betrug die Durchbruchspannung etwa 9,5 Volt, und die Strompegel lagen an diesem Punkt bei 1 Milliampere. Die VOT-Kurven 50 zeigen die Ergebnisse, wenn die Spannung an den oberen Teil der Antischmelzbrücke angelegt war. Der Zwischenraum zwischen den VOB-Kurven 52 und den VOT-Kurven 50 gibt die polare Asymmetrie des Leckstroms der Antischmelzbrücke an.
• Die Auftragung aus Fig. 6a zeigt, daß die Durchbruchspannungen für die Kurven der VOB-Konfiguration und die Kurve 50 der VOT-Konfigurationen an einem Punkt 56 innerhalb sehr enger Toleranzen in etwa gleich sind. Fig. 6b zeigt ähnliche Ergebnisse für eine Titanschichtdicke von etwa 200 Å. Wiederum tritt an einem Punkt 58 eine im wesentlichen gleiche Durchbruchspannung auf. Weiterhin ist die Asymmetrie des Leckstroms minimal, wie die Nähe der Kurven für die verschiedenen VOB- und VOT-Kurven angibt. Eine Bezugszahl 60 in Fig. 6b gibt diese Kurven gemeinsam an.
• Die Ergebnisse aus Fig. 6a und 6b unterscheiden sich erheblich von den Ergebnissen aus Fig. 6c. Fig. 6c zeigt sowohl die Leckstrom- als auch die Durchbruchspannungsdifferenzen für die VOB- und VOT-Testkonfigurationen einer Metall/α-Si/Metall-Antischmelzbrücke, bei der keine dünne Ti-Reaktionsschicht verwendet wird. Dieser Prozeß verwendet nur den Ausheizprozeß der TiW- Schicht ohne den Sputter-Prozeß zum Reinigen vor dem Aufbringen der TiW- Schicht. Wie in Fig. 6c dargestellt ist, stellt die Familie von VOB-Kurven 62 die VOB-Konfiguration dar. Die VOT-Kurven 64 geben die positive Spannung in der oberen Testkonfiguration an. Der große Zwischenraum 66 zwischen den VOB- Kurven 62 und den VOT-Kurven 64 zeigt die erhebliche polare Asymmetrie des Leckstroms, die sich bei den zwei Testkonfigurationen ergibt. Weiterhin gibt die. Differenz zwischen dem Durchbruchspannungsniveau 68 für die VOB-Kurven 62 und dem Durchbruchspannungsniveau 70 für die VOT-Kurven 64 die polare Asymmetrie der Durchbruchspannung der Antischmelzbrücken ohne eine begrenzte Ti-Reaktion an.
• Eine symmetrische Antischmelzbrücken-Durchbruchspannung bedeutet, daß Schaltungen, wie FPGAs, zum Erzielen einer Flexibilität sowohl durch die VOT- als auch die VOB-Polarität programmiert werden können. Eine hohe Packungsdichte der Programmierschaltung erfordert den Flexibilitätsgrad, den diese Symmetrie ermöglicht. Hierdurch wird die Programmierspannungsspanne zwischen den maximalen Programmierspannungen minimiert und eine minimale zulässige Durchbruchspannung bereitgestellt. Je kleiner die Spanne ist, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit einer unbeabsichtigten Programmierung unerwünschter Antischmelzbrücken.
• Die Fig. 7a und 7b zeigen die Ergebnisse einer stufenweisen Beanspruchung programmierter Antischmelzbrücken für die herkömmliche TiW-Antischmelzbrücke bzw. die Ti-begrenzte Reaktion der Ausführungsform dieser Erfindung. Für jede Gruppe wurden fünf Antischmelzbrücken bei 16 mA für 50 Millisekunden mit VOT und 5 Antischmelzbrücken mit VOB programmiert. Die programmierten Antischmelzbrücken wurden dann beginnend mit etwa 0,25 V bei 100 kHz in Spannungsschritten beansprucht. Der Widerstand wurde für eine Dauer von 20 Sekunden gemessen. Daraufhin wurde die Spitzenspannung der Beanspruchung stufenweise erhöht, und der Widerstand wurde alle 20 Sekunden gemessen, bis der Widerstand der Schmelzbrücke zu einem hohen Widerstand umschaltete (also höher als 1000 Ohm) oder der Beanspruchungsstrom unter 30 mA abnahm. Die Konturkurven der Schar mit einem konstanten Beanspruchungsstrom von 10, 15, 20 und 25 mA sind den Fig. 7a und 7b überlagert. Bei neun von zehn der herkömmlichen TiW-Antischmelzbrücken aus Fig. 7a schaltet der Schmelzbrückenwiderstand zu einem hohen Widerstandswert um, während nur zwei der Ti-reagierten Antischmelzbrücken aus Fig. 7b umschalten. Weiterhin nahm für die Mehrzahl der Antischmelzbrücken der Widerstand tatsächlich ab, wenn die Beanspruchungsspannung zunahm. Es ist klar, daß die Ti-reagierte Antischmelzbrücke einem viel höheren Beanspruchungsstrom widerstehen kann als die herkömmliche TiW-Antischmelzbrücke.
• Die vorliegende Ausführungsform hat zahlreiche Anwendungen in der Antischmelzbrückentechnologie. Ein besonders wertvolles Beispiel ihrer Verwendung tritt bei dem in der US-Patentanmeldung mit der laufenden Nummer (TI- 16613) von P. Kwok mit dem Titel "Pillar for Antifuse Bottom Contact", die am 6. Januar 1994 eingereicht und auf Texas Instruments aus Dallas, Texas übertragen wurde (nachfolgend als "Kwok" bezeichnet), beschriebenen Verfahren auf. Für die Zwecke dieser Verwendung sei auf die Beschreibung von Kwok verwiesen.
• Zusammenfassend sei bemerkt, daß die vorliegende Ausführungsform ein Verfahren zum Reinigen von Antischmelzbrückenkontakten vorsieht, bei dem ein Ti/α-Si-Prozeß mit einer begrenzten Reaktion verwendet wird. Die vorliegende Erfindung beinhaltet die Schritte des Anordnens eines dünnen Reaktionsmetalls, wie Titan, an der Grenzschicht eines Metall/α-Si/Metall-Antischmelzbrückenkontakts. Nach dem Anordnen des Reaktionsmetalls an der Grenzschicht besteht der nächste Schritt darin, das dünne Reaktionsmetall bei einer Temperatur von weniger als 450ºC zur Reaktion zu bringen, um die Eigengrenzschicht der Metall/α-Si/Metall-Antischmelzbrücke zu entfernen und dadurch den Metall/α- Si/Metall-Antischmelzbrückenkontakt zu reinigen.
• Wenngleich die Erfindung mit Bezug auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte diese Beschreibung nicht als einschränkend ausgelegt werden. Verschiedene Modifikationen der dargelegten Ausführungsform sowie alternative Ausführungsformen der Erfindung werden Fachleuten beim Lesen der vorstehenden Beschreibung eingefallen sein. Die anliegenden Ansprüche definieren den Schutzumfang der Erfindung.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen einer Anti-Schmelzbrücke, die zwischen eine erste und eine zweite Verbindungsschicht geschaltet wird, mit den Schritten:

Bilden einer Zwischenebenen-Oxidschicht (28) über der ersten Verbindungsschicht,

Bilden eines Durchgangs (26) in der Zwischenebenen-Oxidschicht (28);

Bilden eines Schmelzbrückendielektrikums (32) aus amorphem Silicium in dem Durchgang (26),

Bilden einer ersten Reaktionsmetallschicht (34) über der amorphen Siliciumschicht (32), wobei die Metallschicht aus einem Metall besteht, das während eines Ausheizens bei einer Temperatur von weniger als 450ºC zum Beseitigen einer Eigengrenzschicht von der Oberfläche des Schmelzbrückendielektrikums aus amorphem Silicium eine begrenzte Reaktion mit dem Schmelzbrückendielektrikum aus amorphem Silicium eingehen kann,

Bilden einer ersten Diffusionssperrschicht (36) über der ersten Reaktionsmetallschicht (34),

Bilden der zweiten Verbindungsschicht (38) über der ersten Diffusionssperrschicht (36) und

bei einer Temperatur von weniger als 450ºC erfolgendes Ausheizen zum Bilden einer begrenzten Reaktion zwischen der ersten Reaktionsmetallschicht (34) und dem Schmelzbrückendielektrikum (32) aus amorphem Silicium zum Beseitigen einer Eigengrenzschicht von der Oberfläche des Schmelzbrückendielektrikums (32) aus amorphem Silicium.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Reaktionsmetallschicht (34) Titan aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Diffusionssperrschicht (36) Titanwolfram aufweist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Reaktionsmetallschicht (34) eine Dicke in der Größenordnung von 50 nm aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 mit den weiteren Schritten:

Bilden einer zweiten Diffusionssperrschicht über der ersten Verbindungsschicht vordem Schritt des Bildens des Zwischenebenenoxids und

Bilden einer zweiten Reaktionsmetallschicht über der zweiten Diffusionssperrschicht.