带有杯状绝缘体的反熔丝器件的制作方法

本公开涉及形成在集成电路(ic)结构中的反熔丝，并且更具体地涉及通过镶嵌过程形成的反熔丝。

背景技术：

1、反熔丝是电可编程的两端器件。反熔丝在未编程状态下具有高电阻，并且在已编程状态下具有低电阻。对反熔丝进行编程将反熔丝从高电阻状态转换为带有永久低电阻导电路径的状态。通常，当反熔丝上的电压超过特定水平时执行编程。

2、反熔丝通常用于fpga(现场可编程门阵列)应用中。反熔丝fpga可提供各种优点，例如，与基于sram(静态随机存取存储器)或闪存存储器的fpga相比。例如，反熔丝fpga是非易失性的并且在上电时有效，可由于路由而表现出较短延迟，可使用比sram或闪存存储器小的电力，并且可更安全。基于反熔丝的fpga可特别适用于抗辐射应用，例如，空间和军事应用。

3、一种类型的常规反熔丝包括通过氧化物-氮化物-氧化物(ono)电介质层与n+掺杂区分离的多晶硅层。反熔丝能够在(a)未编程高电阻状态与(b)已编程状态(在已编程状态中，跨ono电介质层形成导电反熔丝链，从而限定低电阻状态)之间编程。

4、典型的反熔丝fpga具有各种缺点或缺陷。例如，常规反熔丝通常需要复杂的非标准制造过程(这可能导致较低的产量和较慢的技术演进)，例如，与sram fpga相比。又如，常规反熔丝设计通常构建在有源区与多晶硅区之间，这可能导致相对高的串联电阻和低的包装密度(例如，与构建在金属互连器上的反熔丝相比，以及与多层设计相比)。又如，一些常规反熔丝未被有效地包围，使得可释放可能损坏附近电路的能量的熔断熔丝可导致周围集成电路结构的良品率或可靠性问题。

技术实现思路

1、提供了集成反熔丝器件和形成集成反熔丝器件的方法。集成反熔丝器件可形成在相邻金属层之间。反熔丝器件可包括通过镶嵌过程形成的金属-绝缘体-金属(mim)结构，该镶嵌过程包括：在电介质区中形成桶开口，在桶开口中形成杯状底部反熔丝电极，在由杯状底部反熔丝电极限定的开口中形成杯状反熔丝绝缘体，以及在由杯状反熔丝绝缘体限定的开口中形成顶部反熔丝电极。

2、杯状反熔丝绝缘体的厚度可限定或影响反熔丝器件的击穿电压，即，对反熔丝器件进行编程所需的电压。因此，杯状反熔丝绝缘体可形成为带有限定厚度，该限定厚度提供反熔丝器件的期望击穿电压。例如，杯状反熔丝绝缘体可形成为带有预定厚度，该预定厚度提供低于15v、低于10v、低于7v或低于5v的击穿电压。在一些示例中，杯状反熔丝绝缘体的厚度小于例如在至的范围内，或者在至的范围内。

3、一个方面提供了一种集成电路器件，该集成电路器件包括反熔丝器件。反熔丝器件包括：杯状底部反熔丝电极；杯状反熔丝绝缘体，该杯状反熔丝绝缘体形成在由杯状底部反熔丝电极限定的开口中；和顶部反熔丝电极，该顶部反熔丝电极形成在由杯状反熔丝绝缘体限定的开口中。杯状反熔丝绝缘体的厚度小于

4、在一些示例中，杯状反熔丝绝缘体的厚度在至的范围内。在一些示例中，杯状反熔丝绝缘体的厚度在至的范围内。

5、在一些示例中，反熔丝器件具有低于15v的击穿电压。在一些示例中，反熔丝器件具有低于7v的击穿电压。

6、在一些示例中，杯状反熔丝绝缘体包含氧化硅(sio2)、氧化物-氮化物-氧化物(ono)、氮化物-氧化物-氮化物(non)或氧化铝(al2o3)。

7、在一些示例中，集成电路器件包括：底部反熔丝电极触点，该底部反熔丝电极触点形成在下部金属互连层中，其中底部反熔丝电极触点电连接到杯状底部反熔丝电极；和顶部反熔丝电极触点，该顶部反熔丝电极触点形成在上部金属互连层中，其中顶部反熔丝电极触点电连接到顶部反熔丝电极。

8、在一些示例中，集成电路器件包括晶体管，该晶体管包括掺杂源极区和掺杂漏极区，其中杯状底部反熔丝电极电连接到晶体管的形成在源极区上的硅化物区或形成在漏极区上的硅化物区。

9、另一方面提供了一种集成电路器件，该集成电路器件包括互连结构和反熔丝器件。互连结构包括：下部互连元件，该下部互连元件形成在下部金属层中；上部互连元件，该上部互连元件形成在上部金属层中；和互连通孔，该互连通孔形成在下部金属层与上部金属层之间的电介质区中，互连通孔将上部互连元件电连接到下部互连元件。反熔丝器件包括：杯状底部反熔丝电极，该杯状底部反熔丝电极形成在电介质区中；杯状反熔丝绝缘体，该杯状反熔丝绝缘体形成在由杯状底部反熔丝电极限定的开口中；和顶部反熔丝电极，该顶部反熔丝电极形成在由杯状反熔丝绝缘体限定的开口中。杯状反熔丝绝缘体的厚度小于

10、在一些示例中，杯状反熔丝绝缘体的厚度在至的范围内。在一些示例中，杯状反熔丝绝缘体的厚度在至的范围内。

11、在一些示例中，反熔丝器件具有低于15v的击穿电压。在一些示例中，反熔丝器件具有低于7v的击穿电压。

12、在一些示例中，杯状反熔丝绝缘体包含氧化硅(sio2)、氧化物-氮化物-氧化物(ono)、氮化物-氧化物-氮化物(non)或氧化铝(al2o3)。

13、在一些示例中，杯状底部反熔丝电极和互连通孔由相同共形材料形成。

14、在一些示例中，下部互连元件和底部反熔丝电极触点形成在下部金属互连层中，并且上部互连元件和顶部反熔丝电极触点形成在上部金属互连层中。

15、在一些示例中，集成电路器件包括晶体管，该晶体管包括掺杂源极区和掺杂漏极区，其中杯状底部反熔丝电极电连接到晶体管的形成在源极区上的硅化物区或形成在漏极区上的硅化物区。

16、另一方面提供了一种形成反熔丝器件的方法。该方法包括：在电介质区中形成桶开口；在电介质区之上沉积共形金属并延伸到桶开口中，以在桶开口中形成杯状底部反熔丝电极；在共形金属之上沉积带有小于的层厚度的绝缘体层，以在由杯状底部反熔丝电极限定的开口中限定杯状反熔丝绝缘体，杯状反熔丝绝缘体包括：横向延伸的反熔丝绝缘体基部，以及从横向延伸的反熔丝绝缘体基部向上延伸的竖直延伸的反熔丝绝缘体侧壁；在绝缘体层之上沉积顶部电极金属并延伸到由杯状反熔丝绝缘体限定的开口中；以及执行平面化过程以移除共形金属、绝缘体层和顶部电极金属在桶开口之外的上部部分。

17、在一些示例中，层厚度在至的范围内。

18、在一些示例中，层厚度在至的范围内。

19、在一些示例中，杯状反熔丝绝缘体包含氧化硅(sio2)、氧化物-氮化物-氧化物(ono)、氮化物-氧化物-氮化物(non)或氧化铝(al2o3)。

20、在一些示例中，该方法包括：在通过平面化过程限定的平面化上表面之上沉积电介质阻挡层，电介质阻挡层在杯状底部反熔丝电极的竖直延伸侧壁、竖直延伸的反熔丝绝缘体侧壁和顶部反熔丝电极之上延伸；在电介质阻挡层之上沉积上部电介质层；蚀刻上部电介质层和电介质阻挡层，以形成暴露顶部反熔丝电极的上表面的顶部反熔丝电极触点开口，其中电介质阻挡层充当蚀刻止挡件；以及填充顶部反熔丝电极触点开口，以形成电连接到顶部反熔丝电极的顶部反熔丝电极触点。

21、在一些示例中，反熔丝器件是在不向背景集成电路制造过程添加任何光掩膜过程的情况下形成的。