一种集成电路中的可逆熔丝结构，通过采用具有与过孔接触的相变材料短细线的熔丝单元以及能够使电流流经相变材料线（熔丝单元）的线结构获得。使电流流经熔丝单元，以通过将结晶态下的相变材料加热到熔点然后将该材料快速淬火至非晶态，使材料从低阻材料转变为高阻材料。通过使低电流流经熔丝单元以使高阻非晶材料转变为低阻结晶材料，获得可逆编程。集成合适的传感电路以读取熔丝中储存的信息，其中使用所述传感电路来启动或截止电路。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及集成电路领域，更具体地说，本专利技术涉及通过利用在半导体集成电路中的相变材料编程的可逆熔丝链接。
技术介绍
在集成电路存储器中的冗余是当前芯片制造术的一部分以提高产量。通过用芯片上的备份或冗余电路替代有故障单元，明显提高了集成电路存储器的产量。当前实践是熔断传导连接(熔丝)，从而允许使用冗余存储器单元替代无功能单元。另一普通实践提供专用芯片和模块以使芯片适用于特殊应用。通过在具有多个潜在应用的集成电路中选择性熔断熔丝，单个集成电路设计可以经济地制造并且适用于各种常规使用。当前的E-熔断技术能够提供芯片在许多级上的分级修复；在第一轮晶片最终测试(WFT)的第一修复，在第二轮WFT的第二修复，和在芯片封装的最终测试期间的第三修复。为实现此分级修复，或者在修复的每个阶段编程熔丝，或者将每级的数据保存为串直到编程所有熔丝的最后级。对于在修复的每个阶段编程熔丝的第一方法，必须建立额外冗余以允许在三个步骤中进行该修复。这有时效率低并且导致在要求额外冗余的多级重复修复。另一种选择，其中在最后测试级一次编程所有的熔丝，具有抑制在要求在较高级修复的级不必要地编程熔丝的的优点，从而缩减为获得相同修复的冗余的数量。然而，该修复只能做一次并且必须结合来自不同级测试的所有修复数据，妨碍在消费者或终端用户位置的任何修复或调整。另外，要求约10mA的编程电流和3.3到3.5V的电压。这样级别的电流要求宽的编程晶体管，消耗大量硅区域。如果此电流可以缩减，可以显著节约硅区域。在John D.Davis等人的名称为Programmable Chalcogenide FuseWithin A Semiconductor Device的美国专利号6,448,576 B1中描述了利用硫族化物材料和通过电阻加热器间接加热的可再编程熔丝，该专利转让给BAE Systems Information and Electronic Systems Integration，Inc.，这里通过参考引入其整个内容。
技术实现思路
本专利技术通过可逆编程熔丝结构获得了系统，装置，结构以及方法的技术优点。本专利技术的一个目的是提供可再编程(可逆编程)熔丝结构，利用相变材料，具有相关的控制电路以使熔丝单元的状态从高阻态转变到低阻态或从低阻态转变到高阻态；以及类似集成的合适传感电路，以读取熔丝中储存的信息，其中使用所述传感电路来启动或截止电路。熔丝单元由线构造的相变材料构成，其包括通过具有高导电相和低导电相的熔丝链接连接的阴极和阳极，与电流源连接。电流通过阴极和阳极流经传导熔丝链接，其中该电流和材料电阻率足够加热熔丝链接并引起改变系统的传导率的相变。可以将最初在高传导态的熔丝加热到超过在熔丝链接中的相变材料的熔点以将熔丝链接转变到低传导态。随后，通过将足够电流流经熔丝链接以引起构成熔丝链接的材料的结晶化，可以将熔丝转变回高传导态。此可再编程熔丝结构在几个方面提供了优于现有技术可再编程硫族化物材料熔丝结构的优点。提出的结构通过利用直接加热以及减小熔丝的截面区域，降低了改变熔丝的状态所需的施加电流和电压。另外，优选实施例提出的结构和方法减小了附加工艺步骤并且允许容易地使用铜加低K介质后段制程(BEOL)互连结构。优选实施例的方法仅使用现有的双镶嵌BEOL工艺并且仅增加一个附加的掩膜步骤以限定熔丝单元。间接加热对直接加热的模型表明如果不是所有相变熔丝单元都在当前或将来的可制造尺寸下，对于多数情况间接加热是不可行的。具有期望的电阻率和热稳定性以用于熔丝单元中的相变材料具有很低的热传导率，这可以抑制从外部加热元件的必须的热转移，如在US 6,448,576 B1中描述的。具有很小熔丝线单元(厚度小于30nm，宽度约80nm，具有包围单元的3侧的电阻加热)的希望结构模型预测为了将标准的Ge2Sb2Te5硫族化物材料从低阻(结晶)态转变到高阻(非晶)态，在电阻加热器中要求非常高的温度(约2000℃)。较厚熔丝线单元，例如现有技术中提出的(500nm的厚度)将不可能通过外部电阻加热器转变。基于在通过电阻加热器加热的模型中使用的希望小熔丝单元尺寸和材料；要求大于15mA的高电流以产生这样的高温。本专利技术的熔丝单元的类似的模型表明为了改变材料的相需要的电流显著减小(＜3mA＝，并且在结构中产生了更适当的温度(最高温度＜1000℃＝。同时该温度很好地在熔丝单元中隔离，阻止周围结构暴露于很高的温度。本专利技术的一个目标是提供在单或双镶嵌类型的低K介质加Cu互连结构中的可再编程熔丝结构。本专利技术的另一个目标是在熔丝层中提供可再编程熔丝结构，其中可再编程熔丝位于单或双镶嵌类型的低K介质加Cu互连结构中。本专利技术的另一个目标是提供可再编程熔丝结构，该结构要求与现有技术熔丝相比显著低的编程电流。本专利技术的另一个目标是提供制造本专利技术的结构的方法。附图说明图1是示意图，示出了在第一实施例中的熔丝结构的截面图。图2A、2C是示意图，示出了在第二实施例中的熔丝结构的顶视图。图2B、2D是示意图，示出了在具有提高产量和可靠性的可能修改的第二实施例中的熔丝结构的顶视图。图3是示意图，示出了在第三实施例中的熔丝结构的截面图。图4是示意图，示出了在第四实施例中的熔丝结构的截面图。图5是示意图，示出了用于模拟间接加热方法的结构和尺寸。具体实施例方式根据本专利技术的结构参考图1，在电互联结构中的可再编程熔丝结构，具有衬底3，线级介质层5，形成熔丝单元的相变材料短线15，在线级介质层中并部分延伸穿过线级介质层的厚度，在所述线级介质层顶部的薄覆盖介质层9，包括两个过孔13的过孔级介质层7，所述过孔13与形成熔丝单元的阳极和阴极的第一线级介质层中的相变材料的表面接触，以及在所述过孔级介质层上的第二线级介质层11，包括与在过孔级介质层中的过孔接触的线19。此可再编程熔丝结构具有相关的控制电路以使相变材料的状态从高阻态转变到低阻态或从低阻态转变到高阻态；以及类似集成的合适传感电路，以读取熔丝中储存的信息，其中使用所述传感电路以启动或截止电路。第一线级介质层5，过孔级介质层7，和第二线级介质层11可以是相同或不同的材料并且可以包括氧化物，低K介质材料或多孔低K介质材料。相变材料15可以包括掺杂或未掺杂GexSbyTez材料，掺杂或未掺杂GexSby材料，掺杂或未掺杂SbxTey材料，或在熔丝结构中可以控制的在一温度下材料的传导率改变的经受可逆相变的任意其它材料。在低于90℃的温度更优选低于120℃的温度下在10年时期内相变材料不应该经受结晶化。相变材料线具有从约50nm到约1000nm的长度，优选在100到300nm之间的长度，约10nm到约100nm的宽度，优选从约20nm到约50nm，以及从约5nm到约200nm的深度，优选从约10到约40nm。如上所述，在低于120℃下不发生结晶化，并且在低于约1000℃优选低于700℃下应该出现熔化。为了确保熔丝单元的状态长期的稳定优选更高的结晶化温度。因为编程时间不严格，可以在熔丝单元中使用具有更高的结晶化温度的材料以提高长期稳定性。这与要求非常快的切换时间的相变存储器单元不同。为了编程熔丝，与相变材料的线和过孔接触为电流流经相变材料提供了路径。比编程电流更低的电流可以流经该材料以探测本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可再编程熔丝结构，包括：相变材料短线，具有高阻态和低阻态；与所述相变材料线的过孔接触；控制电路，以使所述相变材料的状态从高阻态转变到低阻态或从低阻态转变到高阻态；以及类似集成的合适传感电路，以读取熔丝中储 存的信息，其中使用所述传感电路来启动或截止电路。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：C蒂贝格，RL威斯涅夫，刘小虎，SM罗斯纳格尔，GW伯尔，C科塔德拉曼，CH兰，
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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