纳米熔断器结构布置例如包括其上形成有导电区域的半导体衬底；其最大直径小于约５０ｎｍ且最大长度小于约２５０ｎｍ的并形成在导电区域上的导电细长纳米结构；具有与纳米结构的细长外表面完全分隔开且完全围绕纳米结构的细长外表面的阻挡部分的阻挡层，该阻挡层和表面之间的空间基本上由真空构成，并且近乎等距离地分隔开，使得导电细长纳米结构可以响应于可在其中流动的在从大约４μＡ到大约１２０μＡ的范围内的电流而熔断。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体涉及纳米熔断器(nano-fuse)结构，并且更具体地涉 及包括纳米熔断器结构并具有对邻近器件或者其它结构的熔断器熔 断保护的布置。
技术介绍
随着电子电路尺寸的减小，对更高密度的有源和无源器件结构 的需求增加。已知各种纳米熔断器结构及其布置，例如包括可熔断 熔丝(link)，其具有约为_(±10%) 50nm且典型地约为20nm的最 大横截面直径。该熔丝包括一种或者多种导电材料，并且例如通过 在熔丝上流过过度电流而熔断。导电材料包括例如金属、金属硅化 物或者导电(例如，掺杂)半导体。图1示出了常规电可编程熔断 器(eFuse)布置的示意电路图，诸如连接至驱动晶体管的纳米熔断 器结构，其中Vdd大约3伏，并且其中大约4mA的电流I将会熔断 熔丝。例如在下列文献中讲授了常规的或者公知的熔断器、eFuse或者 纳米熔断器结构布置2003年9月23日授权的美国专利No. 6,624,499 B2， Kothandaraman等人的SYSTEM FOR PROGRAMMING FUSE STRUCTURE BY ELECTROMIGRATION OF SILICIDE ENHANCED BY CREATING TEMPERATURE GRADIENT; 2003年8 月26日授权的美国专利No. 6,611,039 B2， Thomas C. Anthony的 VERTICALLY ORIENTED NANO-FUSE AND NANO画RESISTOR CIRCUIT ELEMENTS,以及2006年3月7日授权的美国专利No. 7,009,222 B2 , Chao-Hsiang Yang 的 PROTECTIVE METAL STRUCTURE AND METHOD TO PROTECT LOW-K DIELECTRICLAYER DURING FUSE BLOW PROCESS,这里通过参考将它们的全 部内容引入。在熔断器熔丝熔断期间，金属或者其它颗粒材料(particulate material)从熔丝释放出(例如，熔断)，并且可能影响附近的器件 或者其它结构。而且，与熔断器熔丝接触的或者与其相距非常近的 材料会增加熔断或者断开熔断器熔丝所需的电功率或者电流。用于实现熔断器熔丝熔断效果的几种公知布置包括例如授予 Yang的专利No. US 7,009,222 B2公开了护圈(guard ring )，其包括 围绕最上面金属间电介质(IMD)层中熔断器部分的金属互连结构； 以及授予Anthony的专利No. US 6,611,039 B2^^开了围绕绝缘插头 的纳米熔断器隔离物(spacer),该绝缘插头可以被拔出以提供用于 熔化的或者蒸发的熔断器材料进入的空间。例如，参见授予Anthony 的'039专利的第5栏，第1-8行。尽管这些公知布置是有帮助的，但是从本专利技术人的角度来看， 这些公知布置并未被证明是完全满意的，因为本专利技术人认为例如熔断器熔丝的将要熔断的部分与诸如低k电介质材料的各种材料保持 密切物理纟妾触。除了诸如由于来自熔断器熔丝熔断或者断开期间释放出的颗粒 和其它材料的污染而影响所接触(例如，电介质)层的缺陷外，此 密切物理接触还影响熔断熔断器熔丝所需的功率或电流。本专利技术人认为这些以及其它缺陷在本专利技术中得以克服。
技术实现思路
因此，本专利技术的首要目的是提供一种纳米熔断器结构布置，其 降低熔断或者断开熔断器熔丝所需的电功率或者电流。本专利技术的另一目的在于提供一种纳米熔断器结构布置，其降低 由熔断器熔丝熔断释放出的材料引起的对围绕熔断器熔丝的器件或 者其它结构的不利影响。本专利技术的另外目的在于提供制造以及操作这样的纳米熔断器结构布置的方法。本专利技术的前述目的和其它目的在这样的纳米熔断器结构布置中实现，其包括其上形成有导电区域的半导体衬底；最大直径小于约 50 nm且最大长度小于约250 nm并形成在导电区域上的导电细长纳 米结构；具有与纳米结构的主要细长表面完全分隔开且完全围绕纳 米结构的主要细长表面的阻挡部分的阻挡层，阻挡部分和主要细长 表面之间的空间基本上由真空构成，并且近乎等距离分隔开，使得 导电细长纳米结构可以响应于可在其中流动的在从大约4jliA到大约 120pA范围内的电流而熔断。在本专利技术的另 一个实施方式中，该空间基本上由诸如空气或者 惰性气体的流体构成，而不是基本上由真空构成。本专利技术的实施方式包括纳米结构，其可以是纳米引线、纳米管 或者甚至用大马士革形成的导电体。纳米引线或者纳米管例如适当 地掺杂或者注入有诸如As、 P或者诸如Ni、 Ti或W的金属的导电 掺杂剂，和/或适当地设置(例如，镀覆)有诸如Ti、 Ta、 Ni或者W 的导电外层。阻挡部分形成例如圆柱形空腔或者通孔。本专利技术的实施方式包 括纳米结构，其被置于空腔内导电区域上的大约中心位置并从该位 开。 、'… 一 '-' '、-本专利技术还包括制造和操作纳米熔断器结构布置的方法。 有益地，由于纳米结构(诸如纳米引线或者纳米管)的主要部 分与周围阻挡层壁(例如电介质)通过基本上由真空或者适当绝缘 流体(例如，周围空气或者惰性气体)构成的空间分隔开，所以用 于熔断器熔丝熔断的功率或者电流的要求降低，并且对周围结构(例 如，电介质阻挡层)和任何邻近器件(例如，晶体管)的损害减轻。 但是，本专利技术人已经意识到美国专利申请公开No. US 2005/0104056 Al, 2003年6月18日提交、2005年5月19日乂>布的 Mizuhisa Nihei 的 ELECTRONIC DEVICE USING CARBONELEMENT LINEAR STRUCTURE AND PRODUCTION METHOD THEREOF,在此通过参考将其全部引入。Nihei的公开披露了一种 电子器件，其包括在过孔内部暴露的硅化物层上垂直生长的一个或者多个碳纳米管。例如，参见Nihei的公开的图4C、第段和第 段。附图说明通过以下结合附图的详细说明，本专利技术的各种特征和方面将变 得更加明白，附图中图1示出了常规半导体eFuse结构布置的一般示意电路图2A、 2B、 3A和3B是当执行用于制造根据本专利技术的如图12、 17和23所示的布置的最终实施方式的方法时形成的顺序中间结构 布置的顶部平面示意图和侧部剖面示意图4和图5是当执行用于制造根据本专利技术的布置的方法时形成 的又 一 个顺序中间结构布置的另外的侧部剖面示意图6A和图6B是根据本专利技术第一实施方式的又一个顺序中间结 构布置的另外的顶部平面示意图和侧部剖面示意图7、图8、图9、图10和图11是根据本专利技术第一实施方式的 另外的顺序中间结构布置的侧部剖面示意图12、图17和图23是分别根据本专利技术的第一、第二和第三实 施方式的最终结构布置；图13、图14、图15和图16是根据本专利技术第二实施方式的顺序 中间结构布置的侧部剖面示意图18、图19、图20、图21和图22是根据本专利技术第三实施方式 的顺序中间结构布置的侧部剖面示意图；以及图24是在熔断器熔丝熔断后的图12布置的侧部剖面示意图， 其中示出了颗粒材料或者熔断部分P。具体实施例方式现在转到附图，尤其转到图2至图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纳米熔断器结构布置，包括：半导体衬底，其上形成有导电区域；导电细长纳米结构，其具有在从大约１０ｎｍ到大约５０ｎｍ范围内的最大直径和在从大约１００ｎｍ到大约２５０ｎｍ的最大长度，并且形成在所述导电区域上；阻挡层，其 具有与所述纳米结构的细长外表面完全分隔开且完全围绕所述细长外表面的阻挡部分，所述阻挡层和表面之间的空间基本上由真空构成并且近乎等距离地分隔开，使得所述导电细长纳米结构可以响应于可流过所述纳米结构的在从大约４μＡ到大约１２０μＡ的范围内的电流而熔断。
【技术特征摘要】
US 2006-12-5 11/566,8651.一种纳米熔断器结构布置，包括半导体衬底，其上形成有导电区域；导电细长纳米结构，其具有在从大约10nm到大约50nm范围内的最大直径和在从大约100nm到大约250nm的最大长度，并且形成在所述导电区域上；阻挡层，其具有与所述纳米结构的细长外表面完全分隔开且完全围绕所述细长外表面的阻挡部分，所述阻挡层和表面之间的空间基本上由真空构成并且近乎等距离地分隔开，使得所述导电细长纳米结构可以响应于可流过所述纳米结构的在从大约4μA到大约120μA的范围内的电流而熔断。2. 根据权利要求1所述的布置，所述导电细长纳米结构包括导 电纳米引线，并且所述近乎等距离的空间在从大约5 nm到大约20 nm的范围内。3. 根据权利要求1所述的布置，所述导电细长纳米结构包括导 电掺杂剂。4. 根据权利要求1所述的布置，所述外表面包括金属硅化物。5. 根据权利要求1所述的布置，所述阻挡层包括电介质材料。6. 根据权利要求1所述的布置，所述阻挡层包括基本上由SiCHO 构成的低k电介质材料。7. 根据权利要求1所述的布置，所述阻挡层还包括设置在所述 空间之上的帽层。8. 根据权利要求7所述的布置，所述导电细长纳米结构延伸至 所述帽层中。9. 根据权利要求8所述的布置，所述帽层包括低k电介质材料。10. 根据权利要求2所述的布置，所述导电纳米结构包括碳纳米 管，所述碳纳米管的外部表面层包括从由金属和金属硅化物组成的 组中选择的材料。11. 根据权利要求IO所述的布置，所述外部表面层是从由Ni、 Co、 Pt或者Cu构成的组中选择的材料。12. 根据权利要求8所述的布置，所述纳米结构完全延伸穿过所 述帽层。13. 根据权利要求12所述的布置，还包括导电层，其设置在所 述帽层上并与所述纳米结构电接触。14. 根据权利要求1所述的布置，所述电流不大于60pA。15. —种纳米熔断器结构布置，包括 半导体衬底；电接触，其设置在所述衬底上；导电细长纳米结构，其形成在所述接触上，所述导电纳米结构具 有小于约20 nm...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨海宁，JA曼德尔曼，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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