[发明专利]形成用于集成电路的电断金属熔丝的结构和方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及集成电路(IC)装置的制造，并且尤其涉及形成用于集成电路的电断金属熔丝的结构和方法。

背景技术

在集成电路装置中，例如互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路，常常需要能够永久地存储信息，或者在制造之后形成集成电路的永久连接。熔丝或者形成可断开连接的装置经常用于这个目的。例如，熔丝也可用于编程冗余元件以替换同样的有缺陷元件。此外，熔丝可用于存储芯片识别或其它这样的信息，或者用于通过调整电流路径的电阻来调整电路的速度。

一种类型的熔丝装置被“编程”或者“断开”，在处理和钝化半导体装置之后，采用激光以通过暴露于高能量光而打开连接，由此(例如)激活冗余电路。这种特定类型的熔丝装置需要使激光精确对准在熔丝装置上，以避免损坏相邻装置。这种和其它类似途径可导致装置钝化层损坏，从而引起可靠性问题。例如，当熔丝材料移位时，断开熔丝的工艺可引起钝化层中出现孔。

另一种类型的熔丝装置基于硅化多晶硅(silicided polysilicon)的断裂、积聚或者电迁移。这些类型的熔丝包括硅化物层，其设置在多晶硅层上，并且被诸如氮化硅的绝缘层覆盖。硅化物层具有第一电阻，而多晶硅层具有大于第一电阻的第二电阻。在完整未损状态下，熔丝连接具有由硅化物层的电阻确定的电阻。在一般应用中，当施加编程电压时，在一段时间上在熔丝元件上提供必须的电流和电压，硅化物层开始随机受损，最终导致硅化物层的某些部分电性断开或者断裂。因此，熔丝连接具有由多晶硅层的电阻确定的所得电阻(即，编程的熔丝电阻随着第一电阻的阻值而增加)，然而，这种类型的熔丝装置可能导致周围结构损坏和/或遭受不可靠的检测，这是因为断裂工艺的不一致性以及在编程的电阻中典型提供的相对小变化。此外，这些类型的装置由于所需的编程电势(即，在必需的时间长度上的电流和电压水平)而与许多最新工艺一起使用可能是不可行的。

在又一种类型的熔丝中，即电迁移熔丝，经由阴极和阳极将电势施加到导电熔丝连接上，其中该电势的幅度和方向引起了从半导体熔丝的一个区域的硅化物电迁移，这减少熔丝连接的导电性。电迁移指的是，构成互连材料的金属原子(例如铜或者铝)的质量转移(mass transport)现象，作为通过互连材料的单向或者DC电流传导的结果。更具体地，电子流与金属离子发生碰撞，由此沿着电流行进的方向将其推进。通过响应于施加的电势在熔丝连接与阴极之间产生温度梯度而增强电迁移。即使对于电迁移熔丝，熔丝的编程仍然受多晶硅材料控制。由于多晶硅膜包括大量的缺陷，因此最终的电阻具有广泛的分布。这有时会导致编程的熔丝被错误地检测，从而导致芯片失效。

总之，集成电路熔丝传统上为通过暴露于高能量光而激光断开或者通过该结构引入的高电流而电学断开。典型地，当熔丝材料为金属时，采用激光来断开熔丝结构，而当熔丝材料为多晶硅时，采用高电流来电断熔丝结构。对于这两种编程机制，电断熔丝一般是优选的，这是因为可采用与用于测试独立芯片的相同晶片探针来将电信号施加到晶片。换句话说，激光断开熔丝需要附加工具设置，以及增加测试晶片的时间。另一方面，金属熔丝结构的有利之处尤其在于，它们对于其在集成电路装置中的位置而言很灵活。电断熔丝的另一个优点(相对于激光断开熔丝)是编程除了可以在装置的制造期间实施之外，还可以在现场实施。

因此，需要提供一种金属熔丝结构，其为电断，但不使用过大的电压和电流来完成编程。

发明内容

在示例性实施例中，通过用于集成电路装置的熔丝结构，可克服或者减少现有技术中的上述缺点和不足，该熔丝结构包括延长的金属互连层，限定在绝缘层中；金属盖层，仅形成在金属互连层的上表面的一部分上；以及电介质盖层，形成在金属盖层和该金属互连层的其上没有形成该金属盖层的剩余部分上；其中，其上没有形成该金属盖层的该金属互连层的剩余部分对电迁移失效机制敏感，从而便于通过经该延长的金属互连层施加电流而对该熔丝结构进行编程。

在另一个实施例中，一种用于集成电路装置的电断金属熔丝结构，包括：延长的铜互连层，限定在绝缘层中，并且在其侧表面和底表面上由衬垫层围绕；金属盖层，仅形成在该铜互连层的上表面的一部分上；以及电介质盖层，形成在金属盖层和该铜互连层上没有形成该金属盖层的剩余部分上；其中，该铜互连层上没有形成该金属盖层的剩余部分对电迁移失效机制敏感，从而便于通过经该延长的铜互连层施加电流而对该熔丝结构进行编程。