CN102543950A - 电熔丝结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电熔丝结构，其包含有第一金属条，其具有第一宽度W1，以及第一长度L1；第二金属条，其具有第二宽度W2，以及第二长度L2；以及至少一过孔元件，其具有一过孔宽度W0，其中过孔元件是将第一金属条的一端电连接至第二金属条的一端，又其中W1＜5W0。本发明的改良式的电熔丝结构可强化熔丝烧断过程中的电迁移现象，明显改善熔丝烧断过程的良率以及可靠度。

Description

电熔丝结构
技术领域
本发明是属于电熔丝的领域。特别是指一种过孔式(via-type)的电熔丝结构，在熔丝烧断程序时，具有较佳良率以及可靠度。
背景技术
电熔丝(electrical fuses，e-fuses)通常使用于存储器或可编程熔丝阵列的冗余电路，提供可编程能力。目前已存在有许多种形式的电熔丝，其通常包含有可被烧熔的连结部，及连接两终端部分。其中一种电熔丝可包含有介层插塞，介层插塞连接金属层阴极以及金属层阳极。利用电流的流通，该电熔丝可被烧断。
可编程熔丝阵列可与电子电路相连接，电子电路可能需要调整以提供适当的操作。根据每一个位于阵列中的电熔丝是否被烧断，可相对应地提供1或0的逻辑信号。而存在于可编程熔丝阵列的电熔丝只可被程式化一次。在电子电路的结构设计中，电熔丝是连接于电子元件间，利用场效应管提供电流，以烧断电熔丝。
然而，过去经过熔丝烧断程序的可编程熔丝阵列具较低的良率以及低可靠度。因此，有必要提供一种改良式的电熔丝结构，用以解决上述现有技术的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改良式的电熔丝结构，用以增进电熔丝在烧断程序的良率以及可靠度。
为达到上述目的，根据本发明的较佳实施方式，乃提供一种电熔丝结构，其包含有第一金属条，其具有第一宽度W1，以及第一长度L1；第二金属条，其具有第二宽度W2，以及第二长度L2；以及至少过孔元件，其具有过孔宽度W0，其中过孔元件是将第一金属条的一端电连接至第二金属条的一端，又其中W1＜5W0。
根据本发明的另一较佳实施方式，其提供一种电熔丝结构，其包含有第一金属条，其具有第一宽度W1，以及第一长度L1；第二金属条，其具有第二宽度W2，以及第二长度L2；连接垫，设于第一金属条与第二金属条之间；第一过孔元件，将第一金属条的一端电连接至连接垫；以及第二过孔元件，将第二金属条的一端电连接至连接垫，其中第一过孔元件及第二过孔元件具有过孔宽度W0，其中W1＜5W0。
本发明的改良式的电熔丝结构可强化熔丝烧断过程中的电迁移现象，明显改善熔丝烧断过程的良率以及可靠度。
附图说明
图1所绘示的是根据本发明的较佳实施方式的一种可编程电熔丝的俯视配置图。
图2所绘示的是沿着图1切线I-I’的截面图。
图3所绘示的是根据本发明的另一较佳实施方式的一种电熔丝结构。
图4所绘示的是根据本发明的另一较佳实施方式的一种电熔丝结构。
图5所绘示的是根据本发明的另一较佳实施方式的一种电熔丝结构的透视图。
图6所绘示的是根据本发明的另一较佳实施方式的一种电熔丝结构的透视图。
图7所绘示的是根据本发明的另一较佳实施方式的一种电熔丝结构的透视图。
具体实施方式
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来称呼特定的元件。本领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”是开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。此外，“耦接”一词在此是包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接电气连接于第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接到第二装置。
根据本发明，于此处所提及的术语“晶圆”、“基板”包含任何含有外露表面的结构，且可沉积一沉积层于该表面上，举例而言，形成一个集成电路(integrated circuit，IC)的结构。“基板”一词可被解读为包含半导体晶圆。其也可被视为处于制程中的半导体结构，并且可包含其他制造于其上的层。“晶圆”以及“基板”包含有掺杂及未掺杂的半导体、由基底半导体或绝缘层所支撑的外延半导体层、以及其他已知的半导体结构。于此处所使用的术语“水平”，定义为平行于半导体晶片或晶粒基板表面或主要平面的一平面，且不论该平面的摆向。“垂直”一词定义为垂直于上述“水平”的方向。其余的术语，例如，在...上、上、下、底部、顶端、侧面、较高、较低、以及在...下，都以水平面作为基准加以定义。
图1以及图2是根据本发明的较佳实施方式所绘示的一种电熔丝结构100。如图1及图2所示，电熔丝结构100包含有第一金属条102、第二金属条104以及过孔元件112，过孔元件112用以电连接第一金属条102以及第二金属条104。根据本发明的较佳实施方式，第一金属条102可为条状，但不限于此。第一金属条102可作为阴极熔丝连结，且可形成在金属内连线结构的较低层中，举例而言，形成在第一层金属(如图2所示：M1)中。
第一金属条102的一端可电连接至阴极端垫122。在本实施方式中，第一金属条102连接于阴极端垫122，以形成俯视时呈现T字形的图案。第二金属条104可作为阳极熔丝连结，且形成在金属内连线结构的较高层中。即上述的第二金属条104可形成于集成电路中的较高部分/结构，举例而言，第二金属层(如图2所示：M2)中。第二金属条104可包含细长状线状区104a，以及锥形区104b。
根据此较佳实施方式，锥形区104b是将阳极端垫124连接于细长状的线状区104a。然而，根据另一较佳实施方式，锥形区104b可被省略。
如图2所示，电熔丝结构100形成于基板上，例如，半导体基板、硅基板或其他类似的基板。多个电路元件(图未示)，例如，MOS晶体管、双极性晶体管或电容器，都可形成在基板10的表面10a上、表面10a内或顶部。第一内层介电层12设置在基板10上。第一金属条102以及阴极端垫122可形成在第一内层介电层12内。举例而言，如图1所示，第一金属条102以及阴极端垫122可为埋藏在第一内层介电层12内的镶嵌铜层。于此较佳实施方式中，扩散阻止层(图未示)可设置在镶嵌铜层以及第一内层介电层12之间。第一内层介电层12可包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、掺质硅玻璃、旋转涂布玻璃、低介电常数介电层或其他可替代的材料，且第一内层介电层12的材料不限于上述列举的项目。
第二内层介电层14设置在第一内层介电层12之上。第二内层介电层14可包含单层介电层或多层介电层，例如，包含设置于两氧化层之间的蚀刻停止层的复合式介电层。第二金属条104、阳极端垫124以及过孔元件112可以形成在第二内层介电层14内。举例而言，第二金属条104、阳极端垫124以及过孔元件112可为埋藏于第二内层介电层14内的双镶嵌(dual damascene)铜结构。过孔元件112可与第二金属条104一起形成，且过孔元件112位于中间层V1内，其中V1介于M1与M2间。第三介电层16可形成在第二内层介电层14之上，并且覆盖第二金属条104以及阳极端垫124。
参照回图1，线状第一金属条102具有线宽度W1以及长度L1，线状第二金属条104中的细长状线状区104a具有线宽度W2，且线状第二金属条104具有长度L2，且过孔元件112具有过孔宽度W0，根据本发明的较佳实施方式，可允许W1＜5W0，且W1＜2W0较佳，W1大致等于W0更佳。根据本发明的较佳实施方式，W2＜5W0，L1/W1＞5且L2/W2＞5。
图3所绘示的是根据本发明的另一较佳实施方式的一种电熔丝结构200。如图3所示，电熔丝结构200包含有第一金属条202、第二金属条204以及过孔元件212，过孔元件212用以电连接第一金属条202以及第二金属条204。根据本发明的较佳实施方式，第一金属条202可为螺旋状，但不限于此。同样地，第一金属条202可作为阴极熔丝连结，且可形成在金属内连线结构的较低层中，举例而言，M1。第二金属条204可作为阳极熔丝连结，且形成在金属内连线结构的较高层中，举例而言，M2。第二金属条204可包含细长状线状区204a，以及锥形区204b。
根据本发明的较佳实施方式，锥形区204b将阳极端垫224连接于细长状线状区204a。然而，锥形区104b也可以被加以省略。第一金属条202的末端透过过孔元件212电耦合至第二金属条204的末端。透过俯视观察，第一金属条202可与阳极端垫224相重合。重合区以虚线表示。
相较于图1，电熔丝结构100以及电熔丝结构200可大致占有集成电路晶片相同的面积及区域，且电熔丝结构200中的第一金属条202具有较长的熔丝连结长度。利用该独特的结构，可强化熔丝烧断过程中的电迁移现象，明显改善熔丝烧断过程的良率以及可靠度。此处需特别强调，第一金属条202以及第二金属条204的形状仅作为解说用途。在本发明中心思想所涵盖的范畴内，第一金属条202可包含其他形状，例如，卷曲形、多角形或不规则形。
图4所绘示的是根据本发明的另一较佳实施方式的一种电熔丝结构300。图4中的电熔丝结构300与图3中的电熔丝结构200的差别在于电熔丝结构300具有螺旋状第二金属条304。螺旋状第二金属条304不具有锥形区。第一金属条302的末端透过过孔元件312电连接第二金属条304的末端。第一金属条302与第二金属条304相重合的区域以虚线表示。
图5所绘示的是根据本发明的另一较佳实施方式的一种电熔丝结构500的透视图。为简洁起见，介电层被加以省略，仅绘示电熔丝结构500的骨架。如图5所示，电熔丝结构500包含有第一金属条502、第二金属条504、第一过孔元件512a、第二过孔元件512b，以及位于第一过孔元件512a与第二过孔元件512b之间的连结垫514。第一金属条502可作为阴极熔丝连结，且可形成在金属内连线结构的较低层中，举例而言，形成在第一层金属M1中。连结垫514可形成于M2内，而第二金属条504可形成于M3内。
第一过孔元件512a设置在第一金属条502以及连结垫514间，用以电连接第一金属条502的末端以及连结垫514。第二过孔元件512b设置在第二金属条504以及连结垫514间，用以电连接第二金属条504的一末端以及连结垫514。
同样地，第一金属条502具有线宽度W1以及长度L1，线状第二金属条504具有线宽度W2以及长度L2，且过孔元件512a、512b具有过孔宽度W0。根据本发明的较佳实施方式，可允许W1＜5W0，且W1＜2W0更佳，W1等于等于W0更佳。根据本发明的较佳实施方式，W2＜5W0，L1/W1＞5且L2/W2＞5。
图6所绘示的是根据本发明的另一较佳实施方式的一种电熔丝结构600的透视图。为简洁起见，乃省略介电层，仅绘示电熔丝结构600的骨架。如图6所示，电熔丝结构600包含有第一金属条602、第二金属条604、第一过孔元件612a、第二过孔元件612b，第三过孔元件612a’、第四过孔元件612b’、位于第一过孔元件612a以及第二过孔元件612b之间的第一连结垫614、位于第三过孔元件612a’以及第四过孔元件612b’之间的第二连结垫614’、以及顶端的连结金属线616，顶端连结金属线616用以电耦合第二过孔元件612b以及第四过孔元件612b’。第一金属条602以及第二金属条604皆可形成在金属内连线结构的较低层中，举例而言，M1。第一连结垫614以及第二连结垫614’可形成于M2内。顶端连结金属线616可形成于M3内。
第一过孔元件612a设置于第一金属条602以及第一连结垫614间，用以电连接第一金属条602的末端以及第一连结垫614。第二过孔元件612b设置于第一连结垫614以及顶端连结金属线616间，用以电连接顶端连结金属线616的末端以及第一连结垫614。第三过孔元件612a’设置于第二金属条604以及第二连结垫614’间，用以电连接第二金属条604的末端以及第二连结垫614’。第四过孔元件612b’设置于第二连结垫614’以及顶端连结金属线616间，用以电连接顶端连结金属线616的另一末端以及第二连结垫614。
同样地，第一金属条602具有线宽度W1以及长度L1，第二金属条604具有线宽度W2以及长度L2，且过孔元件612a、612b、612a’以及612b’具有过孔宽度W0。根据本发明的较佳实施方式，可允许W1＜5W0，且W1＜2W0较佳，W1大致等于W0更佳。根据本发明的较佳实施方式，W2＜5W0，L1/W1＞5且L2/W2＞5。顶端连结金属线616具有线宽度Wn以及长度Ln(其中n为介于3-8的正整数)。根据本发明的较佳实施方式可允许Wn＜5W0，且Wn＜2W0较佳，Wn大致等于W0更佳。根据本发明的较佳实施方式，Ln/Wn＞5。
图7所绘示的是根据本发明的另一较佳实施方式的一种电熔丝结构700的透视图。为简洁起见，省略介电层，仅绘示电熔丝结构700的骨架。如图7所示，电熔丝结构700包含有第一金属条702、第二金属条704、第一过孔元件712a、第二过孔元件712b，第三过孔元件712b’、位于第一过孔元件712a以及第二过孔元件712b之间的连结垫714、以及顶端连结金属线716，顶端连结金属线716乃用以电耦合第二过孔元件712b以及第三过孔元件712b’。在本实施方式中，第一金属条702可形成在金属内连线结构的较低层中，举例而言，M1中。而连结垫714以及第二金属条704皆可形成于金属内连线结构的较高层中，举例而言，M2中。而顶端连结金属线716可形成于M3内。
第一过孔元件712a设置于第一金属条702的末端以及连结垫714间，用以电连接第一金属条702的末端以及连结垫714。第二过孔元件712b设置于连结垫714以及顶端连结金属线716间，用以电连接顶端连结金属线716的末端以及连结垫714。第三过孔元件712b’设置于第二金属条704以及顶端连结金属线716间，用以电连接第二金属条704的末端以及顶端连结金属线716的另一末端。
同样地，第一金属条702具有线宽度W1以及长度L1，第二金属条704具有线宽度W2以及长度L2，且过孔元件712a、712b、以及712b’皆具有过孔宽度W0。根据本发明的较佳实施方式，可允许W1＜5W0，且W1＜2W0较佳，W1大致等于W0更佳。根据本发明的较佳实施方式，W2＜5W0，L1/W1＞5且L2/W2＞5。顶端连结金属线716具有线宽度Wn以及长度Ln(其中n为介于3-8的正整数)。根据本发明的较佳实施方式，可允许Wn＜5W0，且Wn＜2W0较佳，Wn大致等于W0更佳。根据本发明的较佳实施方式，Ln/Wn＞5。
本领域中技术人员应能理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对本发明做许多更动与改变。因此，上述本发明的范围具体应以后附的权利要求界定的范围为准。

Claims (22)

1.一种电熔丝结构，包含有：
第一金属条，其具有第一宽度W1；
第二金属条，其具有第二宽度W2；以及
至少一过孔元件，其具有过孔宽度W0，其中上述过孔元件是将上述第一金属条的一端电连接至上述第二金属条的一端，又其中W1＜5W0。
2.如权利要求1所述的电熔丝结构，其特征在于，W1＜2W0。
3.如权利要求1所述的电熔丝结构，其特征在于，W1大致等于W0。
4.如权利要求1所述的电熔丝结构，其特征在于，W2＜5W0。
5.如权利要求4所述的电熔丝结构，其特征在于，W2＜2W0。
6.如权利要求4所述的电熔丝结构，其特征在于，W2大致等于W0。
7.如权利要求1所述的电熔丝结构，其特征在于，上述第一金属条是形成在内连线结构中的较低层中。
8.如权利要求7所述的电熔丝结构，其特征在于，上述第二金属条是形成在上述内连线结构的较高层中。
9.如权利要求7所述的电熔丝结构，其特征在于，上述第一金属条及上述第二金属条是位于上述内连线结构的同一层中。
10.如权利要求1所述的电熔丝结构，其特征在于，上述第一金属条为螺旋状。
11.如权利要求1所述的电熔丝结构，其特征在于，L1/W1＞5且L2/W2＞5。
12.一种电熔丝结构，包含有：
第一金属条，其具有第一宽度W1，以及第一长度L1；
第二金属条，其具有第二宽度W2，以及第二长度L2；
连接垫，设于上述第一金属条与上述第二金属条之间；
第一过孔元件，将上述第一金属条的一端电连接至上述连接垫；以及
第二过孔元件，将上述第二金属条的一端电连接至上述连接垫，其中上述第一过孔元件及上述第二过孔元件具有过孔宽度W0，其中W1＜5W0。
13.如权利要求12所述的电熔丝结构，其特征在于，W1＜2W0。
14.如权利要求12所述的电熔丝结构，其特征在于，W1大致等于W0。
15.如权利要求12所述的电熔丝结构，其特征在于，W2＜5W0。
16.如权利要求15所述的电熔丝结构，其特征在于，W2＜2W0。
17.如权利要求15所述的电熔丝结构，其特征在于，W2大致等于W0。
18.如权利要求12所述的电熔丝结构，其特征在于，上述第一金属条是形成在内连线结构的较低层中。
19.如权利要求18所述的电熔丝结构，其特征在于，上述第二金属条是形成在上述内连线结构的较高层中。
20.如权利要求18所述的电熔丝结构，其特征在于，上述第一金属条及上述第二金属条是位于上述内连线结构的同一层中。
21.如权利要求12所述的电熔丝结构，其特征在于，上述第一金属条为螺旋状。
22.如权利要求12所述的电熔丝结构，其特征在于，L1/W1＞5且L2/W2＞5。
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