CN103633065A

CN103633065A - 电熔丝及其编程方法

Info

Publication number: CN103633065A
Application number: CN201210290672.1A
Authority: CN
Inventors: 谭颖; 张可钢; 陈广龙
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2012-08-15
Filing date: 2012-08-15
Publication date: 2014-03-12

Abstract

本申请公开了一种电熔丝，由位于下方的金属层一、位于上方的金属层二和连接两者的通孔电极所组成；所述金属层一上具有多个串联的熔丝部；所述金属层二上具有多根连线；所述通孔电极连接每个熔丝部的一端与一根连线。所述电熔丝的编程方法为：每次都在一个熔丝部的两端施加不同电位，以使编程电流流过该熔丝部；对每一个熔丝部重复上述操作；最后在多个串联的熔丝部的两端施加不同电位，以判断是否有电流经过；如果没有电流经过则表明编程成功；反之表明编程失败。本申请所述的电熔丝由多个熔丝部串联组成，虽然每个熔丝部都具有一定的失效率，但串联后整体失效率将随着串联的熔丝部数量而成倍降低。

Description

电熔丝及其编程方法

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，特别是涉及一种熔丝（fuse）元件。

背景技术

在半导体工业中，熔丝元件由于其多种用途而被广泛地使用于集成电路之中。例如，在集成电路中设计多个具有相同功能的电路模块作为备份，当发现其中的一个电路模块有缺陷时，通过熔丝元件将其烧断，而使用具有相同功能的另一个电路模块取代。又如，设计一款通用的集成电路，根据不同用户的需求，将不需要的电路模块通过熔丝元件烧断，这样一款集成电路设计就可以以经济的方式制造并适用于不同客户。

金属熔丝（metal fuse）就是一种常用的熔丝元件，其切割方式有激光和电两种。目前，电熔丝已逐渐取代传统的激光熔丝。所述电熔丝是指由大量流过其中的电流引起的电迁移（electromigration，EM）来切割的熔丝。当直流电通过金属时，金属中产生的质量运输现象就被称为电迁移，即金属中的离子迁移。

请参阅图1a和图1b，这是现有的电熔丝的版图和垂直剖面图。现有的电熔丝由位于下方的金属层一、位于上方的金属层二和连接两者的通孔电极20所组成。所述金属层一在图中以左斜线填充，包括走线部11、熔丝连接部12和熔丝部13。所述走线部11的宽度显著地大于熔丝部13的宽度，而熔丝连接部12的宽度则呈现渐变的状态。所述金属层二在图中以右斜线填充，包括分别位于熔丝部13两端的连线一31和连线二32。在金属层一和金属层二之间至少具有一层层间介质（ILD），也可能具有层间介质与金属层的交叉堆叠结构。通孔电极20就是形成于所述层间介质之中，用于电学连接金属层一和金属层二，通常也是金属材质。所述通孔电极20在图中以网格线填充，用于连接熔丝部13两端的走线部11（或熔丝连接部12）与各自对应的连线一31、连线二32。

电熔丝的编程是指在电熔丝的两端施加不同电位，使直流电流通过电熔丝进而将电熔丝熔断（切割）的过程。现有的电熔丝都是以金属的电迁移现象为原理实现的，它们都具有这样的特点：如果一次编程未能将电熔丝切割，那么金属材质的电熔丝的电阻将会显著增大，在其后编程时再施加以往的编程电流已无法达到金属电迁移的要求，因而无法进行二次编程或多次编程。该特点使得现有的电熔丝具有较高的失效率，一般为1%左右。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种金属材质的电熔丝，可以显著地降低失效率。

为解决上述技术问题，本申请的电熔丝由位于下方的金属层一、位于上方的金属层二和连接两者的通孔电极所组成；

所述金属层一上具有多个串联的熔丝部；

所述金属层二上具有多根连线；

所述通孔电极连接每个熔丝部的一端与一根连线。

优选地，连线的数量等于通孔电极的数量，均为熔丝部的数量加一。

本申请所述的电熔丝的编程方法为：每次都在一个熔丝部的两端施加不同电位，以使编程电流流过该熔丝部；对每一个熔丝部重复上述操作；最后在多个串联的熔丝部的两端施加不同电位，以判断是否有电流经过；如果没有电流经过则表明编程成功；反之表明编程失败。

本申请所述的电熔丝由多个熔丝部串联组成，虽然每个熔丝部都具有一定的失效率，但串联后整体失效率将随着串联的熔丝部数量而成倍降低。

附图说明

图1a是现有的电熔丝的版图示意图；

图1b是现有的电熔丝的垂直剖面示意图；

图2a是本申请的电熔丝的版图示意图；

图2b是本申请的电熔丝的垂直剖面示意图；

图3a至图3b是本申请的电熔丝的制造方法的各步骤版图示意图。

图中附图标记说明：

11为走线部；12位熔丝连接部；13位熔丝部；13a为第一熔丝部；13b为第二熔丝部；20为通孔电极；31为走线一；32为走线二；33为走线三。

具体实施方式

请参阅图2a和图2b，其分别是本申请的电熔丝的版图和垂直剖面图。本申请的电熔丝也是由位于下方的金属层一、位于上方的金属层二和连接两者的通孔电极20所组成。

所述金属层一在图中以左斜线填充，包括走线部11、熔丝连接部12、第一熔丝部13a和第二熔丝部13b，并且按照走线部11、熔丝连接部12、第一熔丝部13a、熔丝连接部12、走线部11、熔丝连接部12、第二熔丝部13b、熔丝连接部12、走线部11的顺序连接。所述走线部11的宽度显著地大于第一熔丝部13a和第二熔丝部13b的宽度，而熔丝连接部12的宽度则呈现渐变的状态。

所述金属层二在图中以右斜线填充，包括分别位于第一熔丝部13a两端的连线一31和连线二32，还包括分别位于第二熔丝部13b两端的连线二32和连线三33。连线一31在垂直方向上对应于第一熔丝部13a第一侧的走线部11（或熔丝连接部12）。连线二32在垂直方向上对应于第一熔丝部13a第二侧与第二熔丝部13b第一侧之间的走线部11（或熔丝连接部12）。连线三33在垂直方向上对应于第二熔丝部13b第二侧的走线部11（或熔丝连接部12）。

在金属层一和金属层二之间至少具有一层层间介质（ILD），也可能具有层间介质与金属层的交叉堆叠结构。所述通孔电极20就是形成于金属层一和金属层二之间的层间介质之中，用于电学连接金属层一和金属层二，通常也是金属材质。

所述通孔电极20在图中以网格线填充，用于连接第一熔丝部13a第一侧的走线部11（或熔丝连接部12）与连线一31，还连接第一熔丝部13a的第二侧与第二熔丝部13b的第一侧之间的走线部11（或熔丝连接部12）与连线二32，还连接第二熔丝部13b第二侧的走线部11（或熔丝连接部12）与连线三33。

本申请所述的电熔丝的制造方法包括如下步骤：

第1步，请参阅图3a，在金属层一上以光刻和刻蚀工艺形成走线部11、熔丝连接部12、第一熔丝部13a和第二熔丝部13b，并且按照走线部11、熔丝连接部12、第一熔丝部13a、熔丝连接部12、走线部11、熔丝连接部12、第二熔丝部13b、熔丝连接部12、走线部11的顺序依次连接。所述走线部11的宽度显著地大于第一熔丝部13a和第二熔丝部13b的宽度，而熔丝连接部12的宽度则呈现渐变的状态。

第2步，请参阅图3b，在金属层一上淀积层间介质，并以光刻和刻蚀工艺形成通孔，接着在这些通孔中填充金属以形成通孔电极20，例如采用钨塞工艺。所述通孔的位置是在第一熔丝部13a第一侧的走线部11（或熔丝连接部12）之上、第一熔丝部13a第二侧与第二熔丝部13b第一侧之间的走线部11（或熔丝连接部12）之上、第二熔丝部13b第二侧的走线部11（或熔丝连接部12）之上。

第3步，请参阅图2a和图2b，在层间介质之上形成金属层二，在金属层二上以光刻和刻蚀形成用于编程的连线一31、连线二32和连线三33。连线一31由通孔电极20电学连接第一熔丝部13a第一侧的走线部11（或熔丝连接部12）。连线二32由通孔电极20电学连接第一熔丝部13a第二侧与第二熔丝部13b第一侧之间的走线部11（或熔丝连接部12）。连线三33由通孔电极20电学连接第二熔丝部13b第二侧的走线部11（或熔丝连接部12）。

本申请所述的电熔丝的编程方法为：

第1步，在连线一31和连线二32上施加不同电位，使用于编程的直流电流通过第一熔丝部13a。在大多数情况下，第一熔丝部13a将被熔断（切割），未被成功切割的失效率约为1%。

第2步，在连线二32和连线三33上施加不同电位，使相同的用于编程的直流电流通过第二熔丝部13b。在大多数情况下，第二熔丝部13b将被熔断（切割），未被成功切割的失效率约为1%。

第3步，在连线一31和连线三33上施加不同电位，判断是否有电流通过。如果没有电流通过，则表明本申请所述的电熔丝编程成功；否则为编程失败。显然，当第一熔丝部13a和第二熔丝部13b只有均未被成功切割时才为编程失败，该失败概率为0.01%，反之编程成功概率为99.99%，与现有的电熔丝的编程成功率相比具有了成倍提升。

上述方法的第1步和第2步可以互换。

在相同的原理下，本申请所述的电熔丝可以由三个以上的熔丝部串联形成。编程时，每次均在一个熔丝部两端施加不同电位以将其熔断，最后在串联的多个熔丝部的两端施加不同电位以判断是否编程成功。

虽然本申请所述的电熔丝的初始目的是为了解决金属熔丝在电切割时的失效率较高的问题，但显然本申请所述的电熔丝也可用于非金属材质的情况。

本申请所述的电熔丝由n个的熔丝部串联形成，n为大于或等于2的自然数。假定单个熔丝部的编程失效率为a，那么本申请的电熔丝的编程失效率为aⁿ，成倍地降低了。

以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种电熔丝，由位于下方的金属层一、位于上方的金属层二和连接两者的通孔电极所组成；其特征是，

所述金属层一上具有多个串联的熔丝部；

所述金属层二上具有多根连线；

所述通孔电极连接每个熔丝部的一端与一根连线。

2.根据权利要求1所述的电熔丝，其特征是，所述连线的数量等于通孔电极的数量，均为熔丝部的数量加一。

3.根据权利要求1所述的电熔丝，其特征是，所述金属层一上还包括走线部和熔丝连接部；所述走线部的宽度显著大于熔丝部的宽度，所述熔丝连接部的宽度在两者之间渐变；每个熔丝部的两端都具有熔丝连接部。

4.根据权利要求3所述的电熔丝，其特征是，对于n个串联的熔丝部，n为大于或等于2的自然数；所述金属层一上，按照走线部、熔丝连接部、第一熔丝部、熔丝连接部、走线部、熔丝连接部、第二熔丝部、熔丝连接部、走线部、……的方式以此连接。

5.如权利要求1所述的电熔丝的编程方法，其特征是：每次都在一个熔丝部的两端施加不同电位，以使编程电流流过该熔丝部；对每一个熔丝部重复上述操作；最后在多个串联的熔丝部的两端施加不同电位，以判断是否有电流经过；如果没有电流经过则表明编程成功；反之表明编程失败。