半导体结构及其形成方法技术

本发明专利技术涉及半导体结构及其形成方法。提供了一种反熔丝结构，在该反熔丝结构中，在设置于互连电介质材料中的多个开口中的一个开口内嵌入反熔丝材料衬里。该反熔丝材料衬里位于同样存在于所述开口内的第一导电金属和第二导电金属之间。扩散阻挡衬里将所述第一导电金属与所述互连电介质材料的任何部分分开。所述反熔丝结构与互连结构横向邻近，该互连结构形成在与所述反熔丝结构相同的互连电介质材料中。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及。更具体地，本公开涉及包括位于互连电介质材料中的反熔丝结构的。
技术介绍
反熔丝结构已经在半导体工业中用于存储器相关的应用诸如，例如，现场可编程门阵列以及可编程只读存储器。大多数现有反熔丝结构具有夹置在两个不连续的导电材料之间的反熔丝材料层。在这种结构中，反熔丝结构/电路最初具有很高的电阻，但是在通过电学或光学装置编程之后，该高电阻结构/电路转变成较低电阻状态。用于在互连结构中集成反熔丝结构的现有技术工艺需要很多额外的掩模和蚀刻步骤，这增加了制造集成电路的总体成本。因此，需要一种成本有效的手段来在互连结构中集成反熔丝结构，这种手段不需要任何额外的掩模和蚀刻步骤。
技术实现思路
本公开提供了一种反熔丝结构，在该反熔丝结构中在设置于互连电介质材料中的多个开口中的一个开口内嵌入反熔丝材料衬里。该反熔丝材料衬里位于同样存在于所述开口内的第一导电金属和第二导电金属之间。扩散阻挡衬里将所述第一导电金属与所述互连电介质材料的任何部分分开。所述反熔丝结构与互连结构横向邻近，该互连结构形成在与所述反熔丝结构相同的互连电介质材料中。在本公开的一个方面中，提供了一种半导体结构。该半导体结构包括具有位于其中的至少一个开口的互连电介质材料。该半导体结构还包括位于所述至少一个开口中的反熔丝结构。该反熔丝结构包括位于所述至少一个开口中并且至少与所述互连电介质材料的侧壁表面直接接触的扩散阻挡衬里、位于所述至少一个开口中且位于该扩散阻挡衬里的暴露表面上的第一导电金属插塞。第一导电金属插塞包括从第一导电金属插塞的上表面向上延伸的垂直侧壁部分。该反熔丝结构还包括位于第一导电金属插塞的暴露表面以及垂直侧壁部分的暴露表面上的反熔丝材料衬里、以及位于反熔丝材料衬里的暴露表面上的第二导电金属插塞。根据本公开，扩散阻挡衬里、垂直侧壁部分、反熔丝材料衬里以及第二导电金属插塞中的每一者具有与互连电介质材料的最上表面共面的最上表面。在本公开的另一个方面中，提供了一种形成半导体结构的方法。本公开的方法包括:在互连电介质材料中形成至少一个开口 ；以及在所述至少一个开口中形成反熔丝结构。所述反熔丝结构的形成包括:在所述互连电介质材料的暴露的最上表面上并且至少在所述至少一个开口内形成连续的扩散阻挡材料层；在所述连续的扩散阻挡材料层的暴露表面上形成连续的第一导电金属层；进行回流退火，该回流退火使得连续的第一导电金属层的部分流入所述至少一个开口中以在所述至少一个开口中形成第一导电金属插塞，其中存在于所述至少一个开口内部和外部的所述连续的第一导电金属层的剩余部分保持与所述第一导电金属插塞接触；在所述第一导电金属插塞的暴露表面以及所述连续的第一导电金属层的剩余部分上形成连续的反熔丝材料层；在所述连续的反熔丝材料层的暴露表面上形成连续的第二导电金属层；以及除去位于所述至少一个开口外部的所述连续的第二导电金属层的一部分、所述连续的反熔丝材料层的一部分、所述连续的第一导电金属层的剩余部分以及所述连续的扩散阻挡材料层的一部分。【附图说明】图1是示出包括至少一个互连区域和至少一个反熔丝区域的互连电介质材料的图示表示(通过横截面视图)。图2是示出在至少一个互连区域中的互连电介质材料内形成至少一个第一开口并且在所述至少一个反熔丝区域中在所述互连电介质材料内形成至少一个第二开口之后、图1的结构的图示表示(通过横截面视图)，其中至少一个第一开口和至少一个第二开口同时形成并且彼此横向邻近。图3是示出在至少一个第一开口和至少一个第二开口中至少形成连续的扩展阻挡材料层之后的、图2的结构的图示表示(通过横截面视图)。图4是示出在连续的扩散阻挡材料层顶上形成连续的第一导电金属层之后的、图3的结构的图示表示(通过横截面视图)。图5是示出在执行用第一导电金属插塞部分填充至少一个第一和第二开口的回流退火之后的、图4的结构的图示表示(通过横截面视图)。图6是示出在该结构的至少一个互连区域中形成掩模之后的、图5的结构的图示表示(通过横截面视图)。图7是示出在结构的至少一个反熔丝区域中形成连续的反熔丝材料层之后的、图6的结构的图示表示(通过横截面视图)。图8是示出在结构的至少一个互连区域内除去掩模并且在至少一个互联区域和至少一个反熔丝区域中都形成连续的第二导电金属层之后的、图7的结构的图示表示(通过横截面视图)。图9是示出在执行平面化工艺之后的图8的结构的图画表示(通过横截面视图)。【具体实施方式】现在将通过参考下面的讨论和本申请的附图，更详细地描述本公开，本公开提供了包括位于互连电介质材料内的反熔丝结构的。注意，本申请的附图仅为了说明的目的提供，因此它们未按比例绘制。在附图和后面的描述中，相似的材料用相似附图标记指代。为了下文的描述，词语“上”、“下”、“右”、“左”、“垂直”、“水平”、“顶部”、“底部”及其派生词应当涉及在本申请的附图中取向的部件、层和/或材料。在下面的描述中，阐述了大量的特定细节，诸如特定结构、部件、材料、尺寸、处理步骤和技术，以便提供对本专利技术的彻底的理解。然而，本领域技术人员将理解，本公开可以在没有这些特定细节的情况下以可行的备选工艺选项来实践。在其它情况下，未详细描述公知的结构和处理步骤，以免使本公开的各种实施例模糊不清。具体而言，图1示出了包括互连电介质材料12的初始结构，该互连电介质材料12包括至少一个互连区域14和至少一个反熔丝区域16。术语“互连区域”表示其中存在互连结构的互连电介质材料的部分。互连结构包括形式为嵌入在互连电介质材料中的过孔和/或线的导电布线。导电布线将位于互连电介质材料之下的半导体器件连接到集成电路内的其它部件。术语“反熔丝区域”表示其中存在反熔丝结构的互连电介质材料的部分。反熔丝结构包括位于第一导电材料和第二导电材料之间的反熔丝材料。反熔丝结构最初具有很高的电阻，但是在通过电学或光学装置编程之后，该高电阻材料转变成较低电阻状态。互连电介质材料12可以位于衬底上(在本申请的附图中未示出)。未示出的衬底可以包括半导电材料、绝缘材料、导电材料或者其任何组合。当衬底由半导电材料构成时，可以使用诸如 S1、SiGe, SiGeC, SiC, Ge 合金、GaAs, InAs, InP 及其它 III/V 或 II/VI 化合物半导体的任何半导电材料。除了所列出的这些类型的半导电材料，本公开也想到了这样的情况，其中:半导体衬底是分层的半导体，诸如，例如Si/SiGe、Si/SiC、绝缘体上硅(SOI)或者绝缘体上硅锗(SGOI)。当衬底包含半导电材料时，可以在其上制造一个或多个诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)器件的半导体器件。当衬底是绝缘材料时,绝缘材料可以是有机绝缘体、无机绝缘体或者包含多层的它们的组合。当衬底是导电材料时，该衬底可以包括例如，多晶硅、导电金属、至少两种导电金属的合金、金属硅化物、金属氮化物或者包含多层的它们的组合。当衬底包含绝缘材料和导电材料的组合时，衬底可以代表多层互连结构的第一互连层。互连电介质材料12可以包括包含无机电介质或有机电介质的层间或层内电介质。在一个实施例中，互连电介质材料12可以是无孔的。在一个实施例中，互连电介质材料12可以是多孔的。多孔电介质是有利的，因为这种电介质材料的介电常数比同等的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构，包括：具有位于其中的至少一个开口的互连电介质材料；以及位于所述至少一个开口中的反熔丝结构，其中所述反熔丝结构包括：位于所述至少一个开口中且至少与所述互连电介质材料的侧壁表面直接接触的扩散阻挡衬里；位于所述至少一个开口中且位于所述扩散阻挡衬里的暴露表面上的第一导电金属插塞，其中所述第一导电金属插塞包括从所述第一导电金属插塞的最上表面向上延伸的垂直侧壁部分；位于所述第一导电金属插塞的暴露表面以及所述垂直侧壁部分的暴露表面上的反熔丝材料衬里；位于所述反熔丝材料衬里的暴露表面上的第二导电金属插塞，其中所述扩散阻挡衬里、所述垂直侧壁部分、所述反熔丝材料衬里以及所述第二导电金属插塞中的每一者具有与所述互连电介质材料的最上表面共面的最上表面。

【技术特征摘要】
2012.07.18 US 13/552,293;2012.08.16 US 13/587,5601.一种半导体结构,包括: 具有位于其中的至少一个开口的互连电介质材料；以及 位于所述至少一个开口中的反熔丝结构，其中所述反熔丝结构包括: 位于所述至少一个开口中且至少与所述互连电介质材料的侧壁表面直接接触的扩散阻挡衬里； 位于所述至少一个开口中且位于所述扩散阻挡衬里的暴露表面上的第一导电金属插塞，其中所述第一导电金属插塞包括从所述第一导电金属插塞的最上表面向上延伸的垂直侧壁部分； 位于所述第一导电金属插塞的暴露表面以及所述垂直侧壁部分的暴露表面上的反熔丝材料衬里； 位于所述反熔丝材料衬里的暴露表面上的第二导电金属插塞，其中所述扩散阻挡衬里、所述垂直侧壁部分、所述反熔丝材料衬里以及所述第二导电金属插塞中的每一者具有与所述互连电介质材料的最上表面共面的最上表面。2.根据权利要求1所述的半导体结构，其中，所述互连电介质材料具有大约4.0或更小的介电常数。3.根据权利要求2所述的半导体结构，其中所述互连电介质材料包括=SiO2;倍半硅氧烷；包含S1、C、O和H原子的掺C氧化物、热固性聚芳醚或其多层。4.根据权利要求3所述的半导体结构，其中所述互连电介质材料是多孔的。5.根据权利要求1 所述的半导体结构，其中所述扩散阻挡衬里包括Co、Ir、Pt、Pd、Ta、TaN、T1、TiN、Ru、RuN、RuTa, RuTaN, W 或 WN。6.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述第一导电金属插塞和所述垂直侧壁部分由相同的导电金属构成并具有整体的构造。7.根据权利要求6所述的半导体结构，其中所述第一导电金属插塞和所述垂直侧壁部分包括导电金属、包括至少两种导电金属的合金、导电金属硅化物或其组合。8.根据权利要求7所述的半导体结构，其中所述第一导电金属插塞和所述垂直侧壁部分包括导电金属，并且所述导电金属选自包括Cu、W、Al及其合金的组。9.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述反熔丝材料衬里包括绝缘体材料或者半导体材料。10.根据权利要求9所述的半导体结构，其中所述反熔丝材料衬里包括二氧化硅、二氧化铪、氧化镍、氧化钽、氧化铜、非晶碳化硅、非晶硅、类金刚石碳及其任何组合。11.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述第二导电金属插塞包括与所述第一导电金属插塞和所述垂直侧壁部分相同的导电金属。12.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述第二导电金属插塞包括与所述第一导电金属插塞和所述垂直侧壁部分不同的导电金属。13.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述第二导电金属插塞包括Cu、W、Al或其合金。14.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述反熔丝材料衬里将所述第二导电金属插塞与所述第一导电金属插塞和所述垂直侧壁部分二者分开。15.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述扩散阻挡衬里和所述反熔丝材料衬里都是U形的。16.根据权利要求1所述的半导体结构，还包括位于所述互连电介质材料的一部分中的互连结构，所述互连电介质材料的所述部分与包括所述反熔丝结构的所述互连电介质材料横向邻近。17.根据权利要求16所述的半导体结构，其中所述互连结构存在于至少一个其它开口中，所述至少一个其它开口被所述扩散阻挡衬里的另一部分、所述第一导电金属插塞的另一部分以及从所述第一导电金属插塞的另一部分的最上表面向上延伸的其它垂直侧壁部分、以及所述第二导电插塞的另一部分填充。18.根据权利要求17所述的半导体结构，所述扩散阻挡衬里的所述另一部分、所述其它垂直侧壁部分、以及所述第二导电金属插塞的所述另一部分具有与所述互连电介质材料的最上表面共面的最上表面。19.根据权利要求17所述的半导体结构，其中所述至少一个开口和所述至少一个其它开口具有相同的深度。20.一种形成半导体结构的方法，该方法包括: 在互连电介质材料中形成至少一个开口 ；以及 在所述至少一个开口中形成反熔丝结构，其中形成所述反熔丝结构包括: 在所述互连电介质材料的暴露的最上表面上并且至少在所述至少一个开口内形成连续的扩散阻挡材料层；...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨智超，S·M·盖茨，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：