專(zhuān)利名稱(chēng)：集成電路熔斷器和制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造，并且更具體地涉及集成電路熔斷器以及用于制造集成電路熔斷器的方法。
背景技術(shù)：
很多集成電路設(shè)計(jì)包括大的片上存儲(chǔ)器陣列。一個(gè)實(shí)例是數(shù)字信號(hào)處理器。為了提高產(chǎn)率，存儲(chǔ)器陣列可以制造有冗余的行和列以允許在制造之后修理。單個(gè)位故障可以通過(guò)更換包含該故障的列或行而修理。修理可以通過(guò)使用集成電路熔斷器而完成，集成電路熔斷器禁止有缺陷的列或行，以及使能存儲(chǔ)器陣列的備用列或行。
集成電路熔斷器也可以用于編程芯片的各種特征，如芯片ID和/或電路參數(shù)。模擬集成電路的熔斷器修整(trimming)例如描述于1995年1月24日授予Moyal等人的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5,384,727以及1995年5月2日授予Moyal等人的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5,412,594中。
芯片可以包括多個(gè)集成電路熔斷器。這樣的集成電路熔斷器應(yīng)當(dāng)具有極小尺度，應(yīng)該可靠地?zé)龜嗖⑶覒?yīng)該具有兩個(gè)截然不同的邏輯狀態(tài)。
在一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)手段中，通過(guò)使用激光能量以中斷金屬連續(xù)性來(lái)對(duì)金屬熔斷器編程。芯片修理的成本經(jīng)常是總制造成本的10％，但是由于不采用修理時(shí)大的產(chǎn)量損失，此成本被確定為是可接受的。
在另一現(xiàn)有技術(shù)手段中，熔斷器包括具有金屬表面層的多晶硅鏈。當(dāng)熔斷器待被編程時(shí)，電流通過(guò)金屬層，導(dǎo)致金屬遷移和熱破壞。電阻典型地從2歐姆每平方改變到30歐姆每平方，粗略地為數(shù)量級(jí)的改變。持續(xù)施加能量直至非多晶硅熱破壞。多晶硅熱破壞所需要的附加能量相當(dāng)大。另外，開(kāi)路狀況中的電阻是在10K歐姆范圍中。因此，熔斷器不是完全開(kāi)路的。另外，電阻可以隨時(shí)間而減小。多晶硅熔斷器例如在1999年10月26日授予Boyd等人的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5,973,977中描述，以及由D.Anand等人在“An On-Chip Self-Repair Calculation and Fusing Methodology，”IEEEDesign & Test of Computers，2003年9-10月，67-75頁(yè)中描述。
所有現(xiàn)有技術(shù)的集成電路熔斷器具有一個(gè)或多個(gè)缺點(diǎn)。因此，需要改進(jìn)的集成電路熔斷器以及制造集成電路熔斷器的方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種集成電路熔斷器。該集成電路熔斷器包括襯底中的P-型和N-型區(qū)，該P(yáng)-型和N-型區(qū)在結(jié)處鄰接；導(dǎo)電層，在P型和N型結(jié)上；以及對(duì)導(dǎo)電層的電路連接，用于響應(yīng)于熔斷器編程信號(hào)來(lái)施加充分的電能以在結(jié)處使導(dǎo)電層開(kāi)路。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于制造集成電路熔斷器的方法，該方法包括在襯底中形成在結(jié)處鄰接的P-型和N-型區(qū)；在P-型和N-型區(qū)上形成導(dǎo)電層；以及將導(dǎo)電層連接到電能源，用于響應(yīng)于熔斷器編程信號(hào)來(lái)施加充分的電能以在結(jié)處使導(dǎo)電層開(kāi)路。


為了更好地理解本發(fā)明，對(duì)附圖進(jìn)行參考，其通過(guò)引用結(jié)合在此并且其中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的集成電路熔斷器的簡(jiǎn)化橫截面圖；圖2是圖1的集成電路熔斷器的頂視圖；
圖3是說(shuō)明圖1和2的集成電路熔斷器的等效電路的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的集成電路熔斷器的頂視圖；以及圖5是圖4的集成電路熔斷器的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的集成電路熔斷器在圖1和2中示出。圖1是橫截面圖，以及圖2是頂視圖。N-阱10形成在P-型襯底12中。P-型區(qū)20和N-型區(qū)22形成在N-阱10中。P-型區(qū)20和N-型區(qū)22在結(jié)24處鄰接。P-型區(qū)20和N-型區(qū)22，也分別稱(chēng)為P-型擴(kuò)散和N-型擴(kuò)散，可以通過(guò)適當(dāng)摻雜離子的離子植入以及后續(xù)的退火而形成，用于產(chǎn)生摻雜離子的擴(kuò)散以形成半導(dǎo)體二極管。
導(dǎo)電層30形成在P-型區(qū)20和N-型區(qū)22上，以及特別地覆蓋結(jié)24。導(dǎo)電層30可以是金屬或金屬硅化物，如根據(jù)自對(duì)準(zhǔn)硅化物工藝形成的金屬硅化物。P-型區(qū)20上的導(dǎo)電層30通過(guò)接觸32連接到金屬互連線(xiàn)34。N-型區(qū)22上的導(dǎo)電層30通過(guò)接觸36連接到金屬互連線(xiàn)38。金屬互連線(xiàn)34和38可以是由絕緣層40從襯底12分開(kāi)的圖案化金屬層的部分。在實(shí)際的實(shí)踐中，金屬互連線(xiàn)34可以通過(guò)多個(gè)接觸32連接到導(dǎo)電層30，并且金屬互連線(xiàn)38可以通過(guò)多個(gè)接觸36連接到導(dǎo)電層30以增加電流承載能力。
如圖2中所示，P-型區(qū)20可以包括相對(duì)大面積的接觸部分20a以及相對(duì)窄的結(jié)部分20b。類(lèi)似地，N-型區(qū)22可以包括相對(duì)大面積的接觸部分22a以及相對(duì)窄的結(jié)部分22b。結(jié)部分20b和22b在結(jié)24處鄰接而且限定結(jié)24的寬度W。
根據(jù)自對(duì)準(zhǔn)硅化物工藝，金屬硅化物形成在P-型區(qū)20和N-型區(qū)22上，并且不形成在這些區(qū)之外。因此，導(dǎo)電層30(圖1)具有接觸部分20a以及22a之上相對(duì)大的面積，并且在結(jié)部分20b和22b之上是相對(duì)窄的。此配置允許接觸部分20a以及22a之上到導(dǎo)電層30的多個(gè)接觸。另外，導(dǎo)電層30在結(jié)24相對(duì)窄，以當(dāng)編程熔斷器時(shí)有助于導(dǎo)電層30的破壞，如下所述。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)電層30時(shí)，電流密度在結(jié)24上的窄部分中是最大的，從而傾向于破壞結(jié)24上的導(dǎo)電層30。
圖1和2的集成電路熔斷器的等效電路在圖3中示出。電阻器60和62分別代表P-型區(qū)20和N-型區(qū)22上導(dǎo)電層30的電阻?？勺冸娮杵?4代表結(jié)24上導(dǎo)電層30的電阻。二極管70對(duì)應(yīng)于P-型區(qū)20和N-型區(qū)22之間結(jié)24處的二極管。電阻器72和74分別代表P-型區(qū)20和N-型區(qū)22的體電阻。如圖3中進(jìn)一步示出的，電阻器62和74可以連接到供給電壓Vdd，以及電阻器60和72可以連接到晶體管開(kāi)關(guān)80。響應(yīng)于熔斷器編程信號(hào)，晶體管開(kāi)關(guān)80可以將電阻器60和72連接到參考電壓如地。再次參見(jiàn)圖1，供給電壓Vdd可以連接到金屬互連線(xiàn)38，并且晶體管開(kāi)關(guān)80可以連接到金屬互連線(xiàn)34。
使用中，圖1-3的集成電路熔斷器以閉合的狀態(tài)來(lái)制造，并且可被不可逆地編程到開(kāi)路狀態(tài)。在閉合狀態(tài)中，電流從金屬互連線(xiàn)38通過(guò)導(dǎo)電層30流到金屬互連線(xiàn)34。在開(kāi)路狀態(tài)中，當(dāng)二極管70反向偏置時(shí)，熔斷器具有金屬互連線(xiàn)38與金屬互連線(xiàn)34之間的高電阻。圖1-3的熔斷器通過(guò)使足以導(dǎo)致金屬遷移和破壞的電流通過(guò)導(dǎo)電層30來(lái)編程。這可以通過(guò)施加熔斷器編程信號(hào)到晶體管開(kāi)關(guān)80來(lái)實(shí)現(xiàn)，其從而將導(dǎo)電層30和P-型區(qū)20連接到地使得電流通過(guò)導(dǎo)電層30。因?yàn)閷?dǎo)電層30在結(jié)24上相對(duì)窄，如圖2中所示，金屬在結(jié)24上破壞。這使充當(dāng)具有高電阻的反向偏置二極管70(圖3)的P-型區(qū)20和N-型區(qū)22典型地處于100k歐姆的范圍。
現(xiàn)在描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成電路熔斷器的實(shí)例。P-型區(qū)20可以通過(guò)使用范圍從1015到1020原子每立方厘米(cm)劑量的雜質(zhì)原子的植入而形成。N-型區(qū)22可以通過(guò)使用范圍從1015到1020原子每立方厘米劑量的雜質(zhì)原子的植入而形成。P-型區(qū)20和N-型區(qū)22可以具有200埃等級(jí)的深度，并且結(jié)24的寬度W可以是在0.1-0.5微米(μm)的范圍中。導(dǎo)電層30可以是具有10-100埃厚度范圍的鎢。用于導(dǎo)電層30的其他適合材料包括鈦、鉑以及鈀。將理解這些參數(shù)僅通過(guò)實(shí)例方式給出并且不作為對(duì)本發(fā)明范圍的限制。
本發(fā)明的任選特征在圖1中示出。熱屏蔽50可以定位在結(jié)24上。熱屏蔽可以是金屬層，如例如集成電路的金屬互連層的圖案化區(qū)域。屏蔽50幫助將熱包含在熔斷器的局部區(qū)中，以促進(jìn)較低能量處的破壞。屏蔽50也用于保護(hù)集成電路的上級(jí)免遭該破壞熔斷器的熱。
根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的集成電路熔斷器在圖4和5中示出。圖4是頂視圖，以及圖5是橫截面圖。P-型區(qū)120和N-型區(qū)122形成在N-阱110中。P-型區(qū)120和N-型區(qū)122在結(jié)124處鄰接。對(duì)照?qǐng)D1-3的實(shí)施例，P-型區(qū)120和N-型區(qū)122不包括相對(duì)窄的結(jié)部分。取而代之，P-型區(qū)120和N-型區(qū)122沿它們的整個(gè)長(zhǎng)度鄰接以提供強(qiáng)壯的PN結(jié)。
在圖4和5的實(shí)施例中，覆蓋P-型區(qū)120和N-型區(qū)122的導(dǎo)電層130的大小和形狀由圖案化的掩模層限定。公知為RPO的掩模層可以用于硅化物導(dǎo)電層130的圖案化。該掩模層在圖4中通過(guò)對(duì)于未由導(dǎo)電層130覆蓋的區(qū)域進(jìn)行限定的掩模段140和142來(lái)表示。如圖4中所示，掩模段142錐形化至結(jié)124上的頂點(diǎn)146，而且掩模段144錐形化為結(jié)124上的頂點(diǎn)148。掩模段142和144之外的區(qū)域限定了由導(dǎo)電層130覆蓋的區(qū)域。因此，頂點(diǎn)146和148之間的間隔限定了結(jié)124上導(dǎo)電層130的寬度W。掩模段142和144的錐形保證了導(dǎo)電層130在結(jié)124上具有其最小寬度W。結(jié)果，當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)電層130時(shí)，電流密度在結(jié)124上的窄區(qū)中是最大的，并且導(dǎo)電層130趨向于在結(jié)124上破壞。
將理解可以通過(guò)控制掩模段142和144的大小和形狀來(lái)控制導(dǎo)電層130的大小和形狀。因此例如，頂點(diǎn)146和148之間的間隔以及掩模段142和144的錐形可以變化。另外，錐形可以是線(xiàn)性的或非線(xiàn)性的。
將理解實(shí)際的集成電路可以包括任意數(shù)量的所示類(lèi)型并在這里描述的集成電路熔斷器。這些熔斷器與其他電路組合以提供所需的功能性。
盡管已經(jīng)示出和描述當(dāng)前認(rèn)為是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的實(shí)施，對(duì)該領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)很明顯的是，可以在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下進(jìn)行各種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種集成電路熔斷器，包括襯底中的P-型和N-型區(qū)，所述P-型和N-型區(qū)在結(jié)處鄰接；導(dǎo)電層，在所述P型和N型結(jié)上；以及對(duì)所述導(dǎo)電層的電路連接，用于響應(yīng)于熔斷器編程信號(hào)來(lái)施加充分的電能以在所述結(jié)處使導(dǎo)電層開(kāi)路。
2.如權(quán)利要求1所述的集成電路熔斷器，其中所述P-型和N-型區(qū)分別包括P-型和N-型擴(kuò)散。
3.如權(quán)利要求1所述的集成電路熔斷器，其中所述P-型和N-型區(qū)形成在所述襯底中的N-阱中。
4.如權(quán)利要求1所述的集成電路熔斷器，其中所述導(dǎo)電層包括硅化物層。
5.如權(quán)利要求1所述的集成電路熔斷器，其中所述導(dǎo)電層包括金屬。
6.如權(quán)利要求1所述的集成電路熔斷器，其中所述導(dǎo)電層包括鎢。
7.如權(quán)利要求1所述的集成電路熔斷器，其中所述導(dǎo)電層成形為使得在施加電能時(shí)在所述結(jié)處開(kāi)路。
8.如權(quán)利要求1所述的集成電路熔斷器，其中所述結(jié)具有約0.5微米或更小的寬度。
9.如權(quán)利要求1所述的集成電路熔斷器，其中所述電路連接包括對(duì)集成電路供給電壓的連接。
10.如權(quán)利要求1所述的集成電路熔斷器，其中所述電路連接包括對(duì)所述結(jié)的相對(duì)側(cè)上所述導(dǎo)電層的電連接。
11.如權(quán)利要求1所述的集成電路熔斷器，還包括所述結(jié)上的屏蔽。
12.一種用于制造集成電路熔斷器的方法，包括在襯底中形成在結(jié)處鄰接的P-型和N-型區(qū)；在所述P-型和N-型區(qū)上形成導(dǎo)電層；以及將導(dǎo)電層連接到電能源，用于響應(yīng)于熔斷器編程信號(hào)來(lái)施加充分的電能以在所述結(jié)處使導(dǎo)電層開(kāi)路。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中形成P-型和N-型區(qū)分別包括形成P-型和N-型擴(kuò)散。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，包括在所述襯底中的N-阱中形成P-型和N-型擴(kuò)散。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中形成導(dǎo)電層包括形成硅化物層。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中形成導(dǎo)電層包括形成金屬層。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其中形成導(dǎo)電層包括形成鎢層。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其中形成導(dǎo)電層包括控制所述導(dǎo)電層的寬度和厚度以提供所需的熔斷器編程條件。
19.如權(quán)利要求12所述的方法，其中形成導(dǎo)電層包括控制所述導(dǎo)電層的形狀以提供所需的熔斷器編程條件。
20.如權(quán)利要求12所述的方法，其中形成導(dǎo)電層包括使用掩模層圖案化所述導(dǎo)電層以提供所需的熔斷器編程條件。
21.如權(quán)利要求12所述的方法，其中形成導(dǎo)電層包括圖案化所述導(dǎo)電層以提供所述結(jié)上的最小寬度。
22.如權(quán)利要求12所述的方法，其中形成導(dǎo)電層包括圖案化所述導(dǎo)電層以提高所述結(jié)上的電流密度。
23.如權(quán)利要求12所述的方法，其中連接所述導(dǎo)電層包括將所述導(dǎo)電層連接到所述集成電路的供給電壓。
24.如權(quán)利要求12所述的方法，其中連接所述導(dǎo)電層包括提供對(duì)所述結(jié)的相對(duì)側(cè)上所述P-型和N-型區(qū)以及所述導(dǎo)電層的連接。
25.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括在所述結(jié)上形成屏蔽。
26.一種集成電路熔斷器，包括P-型和N-型擴(kuò)散，在形成于襯底中的N-阱中，所述P-型和N-型擴(kuò)散在結(jié)處鄰接；硅化物層，在所述P-型和N-型擴(kuò)散上；以及對(duì)所述結(jié)的相對(duì)側(cè)上所述P-型和N-型擴(kuò)散以及所述硅化物層的電路連接，用于響應(yīng)于熔斷器編程信號(hào)來(lái)施加充分的電能以在所述結(jié)處使所述硅化物層開(kāi)路。
全文摘要
一種集成電路熔斷器，包括襯底中的P－型和N－型區(qū)，該P(yáng)－型和N－型區(qū)在結(jié)處鄰接；P型和N型結(jié)上的導(dǎo)電層；以及對(duì)導(dǎo)電層的電路連接，用于響應(yīng)于熔斷器編程信號(hào)來(lái)施加充分的電能以在結(jié)處使導(dǎo)電層開(kāi)路。也提供一種用于制造集成電路熔斷器的方法。
文檔編號(hào)H01L23/525GK1894793SQ200480037619
公開(kāi)日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月17日
發(fā)明者約翰·M·揚(yáng) 申請(qǐng)人:模擬裝置公司