专利名称：用于多层集成电路的半可熔连接系统及其制造方法
技术领域：
本发明一般涉及半可熔连接系统和方法，更具体地涉及用于多层集成电路的这种改进的半可熔连接系统和方法。
背景技术：
可熔连接通常被用在集成电路(IC)中以调整一个或一个以上的IC参数。典型的可熔连接具有完整状态和熔化状态。在完整状态下，可熔连接提供非常低的电阻，而在熔化状态下，可熔连接提供开路。可熔连接的应用例子是调整具有与电阻器串联的可熔连接的IC的偏移电压，配置电阻器使得可通过熔化适当连接来调整放大器的偏移输入和地之间的电阻。
典型的现有可熔连接系统包括大的MOS晶体管选择器电路，其提供大电流以熔化可熔连接元件。可熔连接的大晶体管浪费IC上的有用芯片空间。
克服与大选择器电路有关的问题的另一类可熔连接公知为半可熔连接。半可熔连接在完整状态下具有第一电阻而在熔化状态下具有第二较高电阻(不是开路)。典型的现有技术半可熔连接使用薄膜电阻器，其减小熔化可熔连接所需的电流量并因此减小IC上所用的空间量。半可熔连接的例子在美国专利No.6,246,243中被揭示，该专利并入此处以供参考。
美国专利’243一般包括半可熔连接元件、选择晶体管、连接到半可熔连接元件的有源电路、和互连层(如金属一层)以互连到半可熔连接元件和半可熔连接系统。然而，美国专利’243的设计要求半可熔连接和有源电路均连接到金属一层，该金属一层防止半可熔连接元件和有源电路在彼此上面排列。其设计还要求选择器电路与可熔连接元件在同一层上。结果是熔化连接元件、有源电路和选择器电路必须与金属一层横向排列在同一层上，浪费了有用的芯片空间。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种改善的半可熔连接系统和方法。
本发明进一步的目的是提供这样的半可熔连接系统和方法，其减小集成电路上使用的空间量。
本发明进一步的目的是提供这样的半可熔连接系统和方法，其消除需要在同一层上排列半可熔连接元件和有源电路。
本发明的进一步目的是提供这样的半可熔连接系统和方法，其消除需要在同一层上排开半可熔连接元件、有源电路和选择器电路。
本发明的进一步目的是提供这样的半可熔连接系统和方法，其中半可熔连接元件可在不同于有源电路所位于其上的层的层上。
本发明的进一步目的是提供这样的半可熔连接系统和方法，其中选择器电路可在半可熔连接元件的同一层上和/或有源电路的同一层上。
本发明的进一步目的是提供这样的半可熔连接系统，其中半可熔连接元件位于有源电路所位于的层上方或下方的层上。
本发明源自可通过在包括金属一层的第一层上提供有源电路，在包括金属二层的第二层上提供半可熔连接元件，以及互连金属一层和金属二层以提供半可熔连接元件电耦合至有源电路和第一或第二层上的选择器电路，以熔化半可熔连接元件，从而引起集成电路的有源电路中的参数改变，来实现更紧凑的半可熔连接。
本发明提供一种用于包括具有金属一层的第一层上的有源电路的多层集成电路的半可熔连接系统，包括具有金属二层的第二层上的半可熔连接元件，金属二层适于与金属一层互连，以及置于第一层上的选择器电路。
在优选实施例中，半可熔连接系统可包括耦合金属一层和金属二层的至少一个互连，用于提供半可熔连接元件和有源电路之间的电耦合。选择器电路可包括第二层上的半可熔连接元件阵列。选择器电路可选择半可熔连接元件阵列中的一个元件。选择器电路可包括晶体管。选择器电路可包括NMOS晶体管。半可熔连接元件可包括硅铬。第二层可位于第一层上方。半可熔连接元件可位于有源电路的上方。半可熔连接元件可位于有源电路和选择器电路的上方。半可熔连接元件可包括薄膜电阻器。有源电路可以熔化半可熔连接元件，从而引起集成电路的参数改变。选择器电路可以熔化半可熔连接元件，从而引起集成电路的参数改变。
本发明进一步提供一种用于多层集成电路的半可熔连接系统，该多层集成电路包括具有金属一层的第一层上的有源电路，该半可熔连接系统包括第二层上的半可熔连接元件，该第二层具有适于与所述金属一层互连的金属二层，和置于所述第一层上的选择器电路，所述有源电路和所述选择器电路中的一个用于熔化所述半可熔连接元件，从而引起所述集成电路中的参数改变。
本发明也具有用于多层集成电路的半可熔连接系统，该集成电路包括具有金属一层的第一层上的有源电路，该半可熔连接系统包括第二层上的半可熔连接元件，该第二层具有适于与金属一层互连的金属二层，第二层在第一层上方，耦合金属一层和金属二层的至少一个互连，其用于提供半可熔连接元件和有源电路之间的电耦合，和置于第一层上的选择器电路。
本发明也具有用于多层集成电路的半可熔连接系统，该集成电路包括具有金属一层的第一层上的有源电路，该半可熔连接系统包括第二层上的薄膜电阻器半可熔元件，该第二层具有适于与金属一层互连的金属二层，第二层在第一层上方，耦合金属一层和金属二层的至少一个互连，用于提供半可熔连接元件和有源电路之间的电耦合，以及选择器电路，包括置于第一层上以便熔化半可熔连接元件的选择晶体管。
本发明进一步提供制造用于多层集成电路的半可熔连接系统的方法，该方法包括以下步骤在硅衬底中形成有源电路和选择器，在衬底上方淀积第一介电层，在触点上方淀积金属一层，在金属一层上方淀积第二介电层，在第二介电层上形成具有薄膜电阻器主体的半可熔连接元件，在半可熔连接元件上方淀积第三介电层，在第三介电层中提供触点，在第三介电层上淀积金属二层，淀积第三介电层的钝化层，并提供金属一层和金属二层之间的互连。
在一个实施例中，制造用于多层集成电路的半可熔连接系统的方法进一步包括在第一和第三介电层上提供触点的步骤。
本领域技术人员将从下面优选实施例的说明和附图中了解本发明的其它目的，特征和优点，其中图1是典型的现有技术半可熔连接系统的电路图；图2是现有技术半可熔连接系统的示意截面图，其示出在IC芯片上横向隔开的半可熔连接装置和有源电路；图3是本发明用于多层集成电路的半可熔连接系统的示意截面图；图4A和4B是图3中所示的半可熔连接系统的示例电路图；和图5A-5H是截面侧视图，其示出制造本发明的用于多层集成电路的半可熔连接系统的方法所涉及步骤的一个例子。
具体实施例方式
除了优选实施例或下面揭示的实施例，本发明可有其它实施例或以不同方式实施或执行。也就是，可以理解本发明不局限于下面说明书或附图中给出的其对元件构造和布局的细节。
如上面背景技术部分所讨论的那样，现有技术半可熔连接系统10通常包括半可熔连接元件12和选择晶体管14(如，NMOS晶体管)。当半可熔连接12被选择将被熔化时，栅极16处的逻辑高电平信号激活晶体管14。漏极18中的电流熔化半可熔连接12，引起半可熔连接元件12的电阻改变。半可熔连接元件12的电阻改变可用来引起耦合到半可熔连接系统10的有源电路20的参数改变。
如图2中细节进一步所示，现有技术的系统10的设计将半可熔连接元件12、选择晶体管14和有源电路20排列在集成电路24的同一层22上。金属一层26被用来经导体28互连有源电路20和半可熔连接元件12，并经导体30将半可熔连接元件12互连到选择晶体管14。用金属一层26互连有源电路20、半可熔连接元件12和选择器晶体管14要求这些装置在集成电路24的层22上横向间隔排列。
相比较，图3中的本发明用于多层集成电路42的半可熔连接系统40包括安置在第一层46上的有源电路44。层46包括金属一层48。系统40还包括安置在第二层52上的半可熔连接元件50，第二层52具有金属二层54，其适于互连金属一层48。尽管如图3所示，带有半可熔连接50的层52被安置在带有有源电路44的层46上方，本发明不局限于此，因为带有有源电路44的层46可安置在带有半可熔连接元件50的层52上方。理想地，半可熔连接元件50是薄膜电阻器，其1.0微米宽，0.8微米长，和约0.005(50)微米厚。
导体56提供金属一层48和金属二层54之间的电气互连，并使得在半可熔连接元件50和有源电路44之间电气耦合。因此，半可熔连接元件50可安置在有源电路44上方，和/或有源电路44可置于半可熔连接元件50上方。结果与要求有源电路和可熔连接元件要安置在同一层上的现有技术半可熔系统比较，本发明的半可熔连接系统40利用的集成电路42上的芯片空间量显著减小。
选择器电路60通常被安置在第一层46上，并可供应电流以熔化半可熔连接元件50。然而，有源电路44中的任何电路可用来熔化半可熔连接元件50并引起IC 42的参数变化。系统40也可包括层52上的半可熔连接元件50(未示出)阵列，且选择器电路60可选择半可熔连接元件阵列中的各个半可熔连接元件。通常，半可熔连接元件50被安置在选择器电路60和有源电路44上方。由于半可熔连接元件50可安置在有源电路44和选择器电路60上方，因此消除了需要将选择器电路60、半可熔连接元件50和有源电路44都横向安置在同一层上，如现有技术。结果是，由半可熔连接系统40利用的芯片空间的量减小。选择器电路60(如晶体管，诸如NMOS晶体管)可连接到有源电路44和半可熔连接元件50，如图4A所示的配置。可替换地，选择器电路60可耦合到半可熔连接元件50和有源电路44，如图4B所示。
制造图4中本发明的半可熔连接系统40的方法包括在硅衬底80中形成图5A的有源电路44的步骤。然后在图5B中，介电层82被淀积到硅衬底80上。执行层82的平面化以使介电层82的表面84变平。用于平面化的技术可包括使用SOG(玻璃上旋涂)、化学机械抛光(CMP)或应用高度搀杂的介电层，该介电层然后在炉中回流，或任何其它本领域技术人员公知的技术。介电层82被用来将金属一层与硅装置电隔离。
图5C中示出，然后在介电层82中蚀刻触点孔86。图5D中示出，然后通过用阻挡层/粘结(glue)金属(如，TiW或Ti/Tin)加衬(lining)孔86，并用钨或类似的材料填充这些孔而形成触点90。然后在触点90上方淀积金属一层48并形成图案和刻蚀。金属一层48可包括铝铜合金(AlCu)层和/或氮化钛(TiN)层。图5E中示出，介电层92然后被淀积在金属一层44上以将金属一层44与金属二层隔离。如上所述，在介电层92的表面94上执行平面化。
图5F示出，用于半可熔连接元件50的薄膜电阻器主体98是通过首先在介电层92上淀积理想地由SiCr组成的层95，然后在层95上淀积由钛钨(TiW)组成的层96而形成的。层95和96被掩膜并蚀刻，以便形成薄膜电阻器主体98。
图5G示出，介电层100然后淀积在半可熔连接元件50和介电层92上方。触点102是以与上述触点相似的方式形成的。金属二层54然后淀积在介电层100上方。
图5H所示，然后在层100上方淀积钝化层102。理想地，钝化层102是介电材料，且可包括氧化硅和氮化硅层(未示出)。
虽然上述工艺用于两层金属，可重复该工艺以制造半可熔连接系统，其包括一个或以上的额外金属层。此外，在制造工艺中，虚线所示的导体56可集成到加工步骤中，从而在金属一层48和金属二层54之间提供电气互连，这使能电气耦合半可熔连接50和有源电路44。此外，或替换地，半可熔连接元件50可放在任意两个金属层之间。
虽然本发明特定的特征在某些图中示出，而在其它图中没有示出，这是为了方便，因为按照本发明，每个特征可与所有或任何其它特征组合。这里所用的词“含括”，“包含”，“具有”和“带有”被广泛和详尽地解释，且不局限于任何物理互连。而且，在目标应用中揭示的任何实施例不能被当作唯一可能的实施例。
本领域技术人员将想到其它实施例，且这些实施例在下面的权利要求中。
权利要求
1.一种用于多层集成电路的半可熔连接系统，多层集成电路包括具有金属一层的第一层上的有源电路，其包括第二层上的半可熔连接元件，所述第二层具有适于与所述金属一层互连的金属二层，和置于所述第一层上的选择器电路。
2.如权利要求1所述的半可熔连接系统，其进一步包括至少一个互连，其耦合所述金属一层和所述金属二层，用于提供所述可熔连接元件和所述有源电路之间的电气耦合。
3.如权利要求1所述的半可熔连接系统，进一步包括置于所述第二层上的半可熔连接元件阵列。
4.如权利要求1所述的半可熔连接系统，其中所述选择器电路选择所述半可熔连接元件阵列中的一个半可熔连接元件。
5.如权利要求3所述的半可熔连接系统，其中所述选择器电路包括晶体管。
6.如权利要求5所述的半可熔连接系统，其中所述选择器电路包括NMOS晶体管。
7.如权利要求1所述的半可熔连接系统，其中所述选择器电路包括NMOS晶体管。
8.如权利要求1所述的半可熔连接系统，其中所述半可熔连接元件包括硅铬。
9.如权利要求1所述的半可熔连接系统，其中所述第二层位于所述第一层上方。
10.如权利要求1所述的半可熔连接系统，其中所述半可熔连接置于所述有源电路上方。
11.如权利要求1所述的半可熔连接系统，其中所述半可熔连接置于所述有源电路和所述选择器电路上方。
12.如权利要求1所述的半可熔连接系统，其中所述有源电路熔化所述半可熔连接元件以引起所述集成电路的参数改变。
13.如权利要求1所述的半可熔连接系统，其中所述选择器电路熔化所述半可熔连接元件以引起所述集成电路选择器电路的参数改变。
14.如权利要求1所述的半可熔连接系统，其中所述半可熔连接元件包括薄膜电阻器。
15.一种用于多层集成电路的半可熔连接系统，该多层集成电路包括具有金属一层的第一层上的有源电路，该半可熔连接系统包括第二层上的半可熔连接元件，所述第二层具有适于与所述金属一层互连的金属二层，所述第二层在所述第一层上方；至少一个互连，其耦合所述金属一层和所述金属二层，以便提供所述半可熔连接元件和所述有源电路之间的电气耦合；和置于所述第一层上的选择器电路。
16.如权利要求15所述的半可熔连接系统，其中所述选择器电路包括晶体管。
17.如权利要求16所述的半可熔连接系统，其中所述选择器电路包括NMOS晶体管。
18.如权利要求15所述的半可熔连接系统，其中所述半可熔连接元件包括硅铬。
19.如权利要求15所述的半可熔连接系统，其中所述半可熔连接元件包括薄膜电阻器。
20.如权利要求15所述的半可熔连接系统，其中所述半可熔连接被置于所述有源电路上方。
21.如权利要求15所述的半可熔连接系统，其中所述半可熔连接被置于所述有源电路和所述选择器电路上方。
22.如权利要求15所述的半可熔连接系统，其中所述有源电路熔化所述半可熔连接元件，从而引起所述集成电路的参数改变。
23.如权利要求15所述的半可熔连接系统，其中所述选择器电路熔化所述半可熔连接元件，从而引起所述集成电路选择器电路的参数改变。
24.一种用于多层集成电路的半可熔连接系统，该多层集成电路包括具有金属一层的第一层上的有源电路，该半可熔连接系统包括第二层上的薄膜电阻器半可熔连接元件，该第二层具有适于与所述金属一层互连的金属二层，所述第二层在所述第一层上方；至少一个互连，其将所述金属一层耦合到所述金属二层，以提供所述半可熔连接元件和所述有源电路之间的电气耦合；和选择器电路，其包括置于所述第一层上的选择晶体管。
25.如权利要求24所述的半可熔连接系统，其中所述半可熔连接元件包括硅铬。
26.如权利要求24所述的半可熔连接系统，其中所述半可熔连接被置于所述有源电路上方。
27.如权利要求24所述的半可熔连接系统，其中所述半可熔连接被置于所述有源电路和所述选择器电路上方。
28.如权利要求24所述的半可熔连接系统，其中所述有源电路熔化所述半可熔连接元件以引起所述集成电路的参数改变。
29.如权利要求24所述的半可熔连接系统，其中所述选择器电路熔化所述半可熔连接元件以引起所述集成电路选择器电路的参数改变。
30.一种用于多层集成电路的半可熔连接系统，该多层集成电路包括具有金属一层的第一层上的有源电路，该半可熔连接系统包括具有金属二层的第二层上的半可熔连接元件，该金属二层适于与所述金属一层互连；和置于所述第一层上的选择器电路，所述有源电路和所述选择器电路中的一个用于熔化所述半可熔连接元件，从而引起所述集成电路中的参数改变。
31.一种用于制造用于多层集成电路的半可熔连接系统的方法，所述方法包括在硅衬底中形成有源电路和选择器；在所述衬底上方淀积第一介电层；在所述触点上方淀积金属一层；在所述金属一层上方淀积第二介电层；在所述第二介电层上形成具有薄膜电阻器主体的半可熔连接元件；在所述半可熔连接元件上方淀积第三介电层；在所述第三介电层上淀积金属二层；淀积所述第三介电层的钝化层；和在所述金属一层和所述金属二层之间提供互连。
32.如权利要求31所述的半可熔连接装置，其中所述薄膜电阻器主体包括硅铬和/或钛钨。
33.如权利要求31所述的半可熔连接装置，其中所述金属一层包括铝铜合金层和/或亚硝酸钛层。
34.如权利要求31所述的半可熔连接装置，进一步包括在所述第一和所述第三介电层中提供触点的步骤。
全文摘要
用于多层集成电路的半可熔连接系统和方法，多层集成电路包括具有金属一层的第一层上的有源电路，该半可熔连接系统包括具有金属二层的第二层上的半可熔连接元件，金属二层适于与金属一层互连，以及置于第一层上的选择器电路。
文档编号H01L23/62GK1871704SQ200480018747
公开日2006年11月29日 申请日期2004年7月2日 优先权日2003年7月2日
发明者丹尼斯·J.·多伊尔 申请人:阿纳洛格装置公司