电可再编程熔丝器件的制作方法

专利名称：电可再编程熔丝器件的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体集成电路领域，涉及用于集成电路的可再编程熔丝器件，尤其是指基 于SiSb材料和Sb材料的电可再编程熔丝器件。
背景技术：
使用可编程熔丝对逻辑和存储电路进行制造后修补是当前半导体工业中集成电路技术中 常用的手段。该修补手段向全内建自测试的未来扩展将可能需要更深入的熔丝的发展和使用， 这又导致对于与当前普遍使用的单次熔丝不同的可再编程器件的需求。
熔丝的主要原理是通过外部编程，实现电路的断开(或者开启)操作，或者通过熔丝电 阻的调节达到对待修复集成电路修复操作的目的。在集成电路器件的制造过程中，被检査出 的产品中的瑕疵单元需要通过熔丝技术进行修复，以提高产品的成品率。
目前常用的熔丝技术主要有两种 一种是利用激光对熔丝进行破坏性的编程(将熔丝烧 断)，其现已部分被在芯片内部的电技术所替代。另一种是采用电信号进行编程(包括破坏性
和非破坏性)。例如，在用于重新布线芯片逻辑的IBM熔丝技术中，采用破坏性的熔丝技术(电 迁移熔丝)，电迁移熔丝占据相对大的面积，并且需要高电流以熔断熔丝。并且，电迁移熔丝 是"一次性的"， 一旦熔丝被破坏，就无法可逆地回复到原状态中，即只能进行一次性的编 程，此后，再也不能对电路进行逆向的修改操作。此外，熔丝特性的变化相对的广阔，因此 需要通过鉴别电路感测每个熔丝的状态，并且数字结果存储在锁存器中，电迁移熔丝的熔断 相对的较慢，例如大约200us的量级。
随着熔丝技术的发展，非破坏性的编程方法越来越受到用户的欢迎,实有必要研发一种新 的熔丝材料实现对集成电路修复和调节。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电可再编程的熔丝器件，它是基于SiSb或者Sb材
料，采用上述两种材料作为熔丝，利用电信号实现对熔丝可逆的操作，从而可实现对集成电 路修复和调节的目的。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案 一种电可再编程熔丝器件，用于集成电路 器件，其特征在于所述的电可再编程熔丝器件采用Sb材料或SiSb材料作为熔丝。
作为本发明的优选技术方案之一，SiSb材料中的硅原子百分比在0%和90%之间。 作为本发明的优选技术方案之一，该电可再编程熔丝器件，采用电信号进行编程获得高 电阻和低电阻状态，通过熔丝电阻的变化实现电路的调节。
作为本发明的优选技术方案之一，该电可再编程熔丝器件在电信号的编程下实现多次、 可逆的高、低电阻转换。
作为本发明的优选技术方案之一，熔丝电阻不同阻值状态之间的转换是可逆的，熔丝阻
值连续可调。
本发明提供一种用于集成电路器件的电可再编程熔丝器件。采用SixSb咖i (0《x〈90)合 金作为熔丝材料，利用电信号对熔丝进行可逆的编程操作，熔丝器件单元的电阻可在高、低 电阻之间实现转换，从而实现对电路的修复操作。基于SiSb材料的熔丝器件的特点还在于对 尺寸效应不敏感，熔丝器件在大小尺寸下都可实现可靠工作(熔丝线宽在数纳米到数亳米之 间可调)，熔丝的低阻态具有较低的电阻值，高阻态具有较高的电阻值，是一种良好的熔丝器 件。


图1基于SiSb材料和Sb材料的电可再编程熔丝器件的示意图2A线型熔丝器件的熔丝与电极部分俯视图，2B为截面图3A基于SiSb (硅原子含量为6%)的线型熔丝从低电阻到高电阻的编程过程示意图， 采用编程的电信号为电压脉冲，电压脉冲宽度为13纳秒；3B为熔丝从高电阻转变到低电阻的 V-I曲线，在V-I扫描中，直流电流逐渐增加。
图4A蘑菇型熔丝器件的截面示意图；4B为图4A中虚线方框内部分的放大示意图，22和 29所示分布为下电极和上电极，图中电极22与熔丝材料28的接触的直径为200纳米。
图5基于纯锑蘑菇型熔丝器件的编程曲线示意图，从低电阻到高电阻的变化曲线，采用 编程的电信号为电压脉冲，电压脉冲宽度为10纳秒。
具体实施例方式
下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述
本发明采用SiSb或者Sb作为熔丝材料制造成熔丝器件，制成的熔丝在电信号的编程操
作下能够在低电阻(102欧姆到104欧姆)和极高电阻(107欧姆到101()欧姆)之间实现多个状
态的可逆转变。通过熔丝电阻值的调整，达到调节和修复集成电路的目的。例如，电阻处于
较低电阻时，电路就处于开启状态；当熔丝的电阻处于高电阻时，电路就处于断开状态。又 例如，通过熔丝的电阻值的调整达到调节晶体管状态的目的。
本发明中采用的SiSb材料中的硅含量的原子百分比在0%和90%之间，也可以釆用纯锑 (Sb)材料制造熔丝。
本发明提供的可再编程熔丝的特点还在于其大幅可调的器件尺寸，熔丝器件在较大的尺
寸范围内都能够工作。熔丝材料的厚度的可选择范围在i纳米到io微米之间，长度的可选择
范围在2纳米到2亳米之间，宽度的可选择范围在1纳米和1毫米之间。
实施例1 线状熔丝及其编程
1. 采用半导体工艺制造熔丝器件，得到熔丝部分结构的俯视图如图2A所示，截面图如图2B 所示，图中ll为硅衬底，12为A1电极，13为SiSb (硅原子含量为5%), 14为氧化硅。 本实施例中，Al电极和SiSb层厚度为30纳米，氧化硅厚度为30纳米，熔丝的长度为100 微米，宽度为30微米。
2. 低电阻到高电阻的编程。将熔丝设定要低阻态后，再采用脉冲宽度为13ns的电压脉冲进 行编程。从图3A可见，在电压约为2V左右时，熔丝器件的电阻从低阻瞬间转变为高阻， 说明熔丝器件具有极高的编程速度。图3A显示熔丝器件的高、低电阻态的阻值分别为108 和103欧姆左右，相差约五个数量级。
3. 高电阻到低电阻的编程。要实现熔丝器件从高阻到低阻的转变，则可以采用直流的电流源。 V-I测试表明，逐步增加电流，当电流超过l微安时，熔丝器件快速从高电阻态转变为低 电阻态，如图4B所示。
实施例2 蘑菇型熔丝及其编程
1. 通过标准的CMOS工艺制造出蘑菇型的熔丝阵列，熔丝的示意截面图如图4A所示，示意图 中用虚线方框标出的部分即为熔丝部分。
2. 制造出的熔丝部分的截面图如图4B所示，图中，22为W电极，24为氧化硅绝缘层，28为 Sb材料，29为TiN电极。其中，W电极22的直径为200纳米，Sb材料层的厚度为180 纳米，TiN电极29的厚度为50纳米左右。TiN电极、Sb层与W电极形成了蘑菇形的结构。
3. 对上述得到的熔丝器件进行编程，将熔丝设定要低阻态后，再采用一个10ns脉冲宽度的 电压脉冲进行编程，从图5可见，在电压约为0.75V左右时，熔丝器件的电阻从低阻瞬间 转变为高阻。从图5中还可以看到，熔丝器件的高、低电阻态的阻值分别为108和103欧姆 左右，相差五个数量级左右。
在电信号的编程下，熔丝在不同电阻态之间进行多次的、高速的、可逆的转变，高、低 电阻阻值具有较大的差异，图l所示为上述熔丝器件的一种类型的示意图，通过改变熔丝的电 阻调整场效应晶体管的状态。
综上所述，本发明提供了一种用于集成电路器件的熔丝器件，其特点是采用SiSb合金材 料或者Sb材料作为熔丝材料，基于上述材料的熔丝(无论是线型还是蘑菇形)都能够实现高、 低电阻的可逆转换，并且高、低电阻具有较大差异。尽管仅详细描述了某些优选实施例而非 限制本发明的技术方案，对于本领域的技术人员显见，在不偏离由所附权利要求界定的本发 明的范围的情形下进行某些改良和变化的特征均不脱离本发明精神和范围，均应涵盖在本发 明的专利申请范围当中。
权利要求
1.一种电可再编程熔丝器件，用于集成电路器件，其特征在于所述的电可再编程熔丝器件 采用Sb材料或SiSb材料作为熔丝。
2. 如权利要求1所述的电可再编程熔丝器件，其特征在于SiSb材料中的硅原子百分比大于0%小于等于90%。
3. 如权利要求1或2所述的电可再编程熔丝器件，其特征在于该电可再编程熔丝器件，采用电信号进行编程获得高电阻和低电阻状态，通过熔丝电阻的变化实现电路的调节。
4. 如权利要求1或2所述的电可再编程熔丝器件，其特征在于该电可再编程熔丝器件在电信号的编程下实现多次、可逆的高、低电阻转换。
5. 如权利要求1或2所述的电可再编程熔丝器件，其特征在于熔丝电阻不同阻值状态之间的转换是可逆的，熔丝阻值连续可调。
全文摘要
本发明涉及一种电可再编程熔丝器件，用于集成电路器件，其采用Si_xSb_100-x(0≤x＜90)合金作为熔丝材料，利用电信号对熔丝进行可逆的编程操作，熔丝器件单元的电阻可在高、低电阻之间实现转换，从而实现对电路的修复操作。基于SiSb材料的熔丝器件的特点还在于对尺寸效应不敏感，熔丝器件在大小尺寸下都可实现可靠工作(熔丝线宽在数纳米到数毫米之间可调)，熔丝的低阻态具有较低的电阻值，高阻态具有较高的电阻值，是一种良好的熔丝器件。
文档编号H01L23/52GK101364588SQ20081004187
公开日2009年2月11日 申请日期2008年8月19日 优先权日2008年8月19日
发明者波 刘, 宋志棠, 封松林, 挺 张 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所