CN103872011B - 电可编程熔丝结构 - Google Patents

电可编程熔丝结构 Download PDF

Info

Publication number
CN103872011B
CN103872011B CN201210552992.XA CN201210552992A CN103872011B CN 103872011 B CN103872011 B CN 103872011B CN 201210552992 A CN201210552992 A CN 201210552992A CN 103872011 B CN103872011 B CN 103872011B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuse
electrically programmable
cathode chamber
bonding pad
anode region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210552992.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN103872011A (zh
Inventor
张海洋
李天慧
舒强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Original Assignee
Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp filed Critical Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority to CN201210552992.XA priority Critical patent/CN103872011B/zh
Publication of CN103872011A publication Critical patent/CN103872011A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103872011B publication Critical patent/CN103872011B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)

Abstract

本发明提供一种电可编程熔丝结构，不同于现有技术一般采用矩形或正方形的阴极区，本发明提出采用椭圆形的阴极区，且该熔丝连接区域连接在椭圆的短轴端点，如此，实现了采用较小的阴极区面积最大程度承载爆裂残留物，使得残留物不易溅入周围电路，且由于面积较小，有利于器件小型化。

Description

电可编程熔丝结构
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种电可编程熔丝结构。
背景技术
随着半导体器件的微小化及复杂程度的提高，这些器件受各式缺陷或杂质的不利影响程度也随之提高，例如单一金属连接、二极管或晶体管的失效往往导致整个芯片的良率下降。针对上述问题，现有技术提出了在集成电路中形成一些备用单元以对缺陷区域进行修复或替换，该技术称之为冗余技术（Redundancy technology）。上述备用单元与主器件之间通过一些可熔断的连接线（fusible links），即熔丝（fuse）连接。该熔丝的选择性连接提供了在芯片制作完成后仍修改电路的可能。
现有的熔丝大致分为激光熔丝（Laser Fuse）与电熔丝（Electrical Fuse，eFuse）两种。激光熔丝的熔断需借助于激光脉冲实现激光切割（laser zip），电熔丝的熔断需借助于在其上施加电压，基于电子迁移现象伴随质量运输，熔丝中一些局部区域出现质量堆积，出现小丘或品须，另一些局部区域由于质量亏损出现空洞（void），该空洞会导致熔丝断裂。
可见，相对于激光熔丝，电熔丝可与现有的CMOS工艺兼容，且能根据芯片自身或外部条件的变化，例如编程等，自行调节其功能，无需人工干预，因而其性能被广泛关注。
更多关于熔丝结构的信息请参照公开号为US2008/0258255A1的美国专利文献。
图1为现有的处于备用状态的电可编程熔丝结构示意图，包括熔丝连接区11（也称熔丝），及被该熔丝连接区11连接的阳极区12、阴极区13。当需要进行修复时，在阳极区12与阴极区13之间形成电压差，当大电流通过熔丝连接区11由阳极区12涌入阴极区13时，如图2所示，熔丝连接区11易在与阴极区13的连接处发生断裂，当该断裂较为剧烈，例如爆裂时，会造成阴极区13的残留物14溅入周围电路，这会影响周围电路的可靠性，进而导致整个芯片的可靠性降低。
为解决上述问题，现有技术中一般采用面积较大的阴极区以承载该断裂残留物，这会不利于整个器件小型化。
基于此，本发明提供一种新的电可编程熔丝结构，以解决上述问题。
发明内容
本发明解决的问题是现有的熔丝结构在断裂时，阴极区的面积过小，残留物易溅入周围电路，造成芯片的可靠性降低，阴极区的面积过大，不利于整个器件小型化。
为解决上述问题，本发明提供一种电可编程熔丝结构，包括：
阳极区，其上具有第一接触窗，所述第一接触窗适于在所述熔丝结构的编程过程中耦接高电压；
阴极区，其上具有第二接触窗，所述第二接触窗适于在所述熔丝结构的编程过程中耦接低电压；
熔丝连接区，其一端连接阳极区，另一端连接阴极区；
其中，所述阴极区为椭圆状，所述熔丝连接区连接在该椭圆的短轴端点。
可选地，所述熔丝连接区垂直所述阴极区的边缘连接。
可选地，所述第二接触窗有多个。
可选地，所述第二接触窗的数目多于所述第一接触窗的数目。
可选地，所述阳极区、所述阴极区、所述熔丝连接区都为金属硅化物。
可选地，所述金属硅化物中的金属为钛、钨、钴或镍中的至少一种。
可选地，多个阴极区通过各自的熔丝连接区与同一阳极区相连。
可选地，所述阳极区为正方形或长方形，所述熔丝连接区与所述正方形或长方形垂直连接。
可选地，各自的熔丝连接区的粗细不同。
可选地，所述阴极区、所述阳极区、和所述熔丝连接区的硅化物形成于多晶硅之上，对应于阴极区和所述阳极区的所述多晶硅具有掺杂离子，对应于所述熔丝连接区的所述多晶硅无掺杂离子。
可选地，对应于阴极区的所述多晶硅的掺杂离子为P型元素，对应于阳极区的所述多晶硅的掺杂离子为N型元素。
可选地，所述熔丝结构周围具有哑元结构。
可选地，阴极区与阳极区之间设置多个不同粗细的熔丝连接区。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：1）不同于现有技术一般采用矩形或正方形的阴极区，本发明提出采用椭圆形的阴极区，且该熔丝连接区域连接在椭圆的短轴端点，如此，实现了采用较小的阴极区面积最大程度承载爆裂残留物，使得残留物不易溅入周围电路，且由于面积较小，有利于器件小型化。
2）可选方案中，熔丝连接区垂直所述阴极区的边缘连接，利用垂直交界面可以增强电子迁移作用，使得编程（断裂）更为容易。
3）可选方案中，在半导体工艺中，基于重复性的考虑，位于阴极区的第二接触窗与位于阳极区的第一接触窗的形状一样（例如为导电插塞时，导电插塞的直径相同），为了提高熔丝在靠近阴极区该段的爆裂的几率，本方案提出位于阴极区的第二接触窗的数目多于位于阳极区的第一接触窗的数目，以提高阴极区输送电子的能力。
4）可选方案中，所述阳极区、所述阴极区、所述熔丝连接区都为金属硅化物，利用金属硅化物作为熔丝结构的工艺为成熟工艺，因而，本发明的方案与现有技术兼容性强。
5）可选方案中，由于熔丝断裂发生在靠近阴极区的该段，且断裂会造成阴极区堆积残留物，而几乎不改变阳极区的性能及结构的特点，如此，将多个阴极区通过各自的熔丝连接区与同一阳极区相连，提高阳极区的利用率。
6）可选方案中，在5）可选方案基础上，各自的熔丝连接区的粗细不同，如此可以根据不同冗余电路的替换需求，设定各自熔丝断裂所需的电压。
7）可选方案中，所述熔丝结构周围具有哑元结构，如此，易于提高熔丝结构的制作过程所涉及的刻蚀工艺中的尺寸控制，避免低密度区域在高密度区域制程中表现不同。
附图说明
图1是现有的电可编程熔丝结构处于备用状态的结构示意图；
图2是图1中熔丝连接区的断裂结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的电可编程熔丝结构的俯视图；
图4是图3的结构的截面示意图；
图5是图3中熔丝连接区的断裂结构示意图；
图6是本发明实施例二提供的电可编程熔丝结构的俯视图；
图7是本发明实施例三提供的电可编程熔丝结构的俯视图；
图8是本发明实施例四提供的电可编程熔丝结构的俯视图；
图9是本发明实施例五提供的电可编程熔丝结构的俯视图；
图10是本发明实施例六提供的电可编程熔丝结构的俯视图。
具体实施方式
如前所述，不同于现有技术一般采用矩形或正方形的阴极区，本发明提出采用椭圆形的阴极区，且该熔丝连接区域连接在椭圆的短轴端点，如此，实现了采用较小的阴极区面积最大程度承载爆裂残留物，使得残留物不易溅入周围电路，且由于面积较小，有利于器件小型化。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。由于本发明重在解释原理，因此，未按比例制图。
实施例一
参照图3所示的俯视图，该电可编程熔丝结构包括：
阳极区22，其上具有第一接触窗25，所述第一接触窗25适于在所述熔丝结构的编程过程中耦接高电压；
阴极区23，其上具有第二接触窗26，所述第二接触窗26适于在所述熔丝结构的编程过程中耦接低电压；
熔丝连接区21，其一端连接阳极区22，另一端连接阴极区23；
其中，所述阴极区23为椭圆状，所述熔丝连接区21连接在该椭圆的短轴端点A。
第一接触窗25、第二接触窗26可以为接触孔或金属互连结构，本实施例以接触孔为例。
阳极区22、阴极区23及熔丝连接区21的材质都可以为导电材质，例如金属或多晶硅，本实施例中优选现有使用较多的金属硅化物。相应地，参照图3所示结构的截面图图4，熔丝结构在制作过程中，先在半导体衬底的场区氧化层（field oxide）（未图示）上自下而上依次淀积多晶硅层20、金属，后对该金属进行高温处理形成金属硅化物层。对该金属硅化物层进行选择性去除，一般为光刻后刻蚀去除，形成图3所示的俯视结构。之后在该图形化的阳极区22、阴极区23及熔丝连接区21上淀积介电层（未图示），随之在该介电层内形成分别电连接阳极区22、阴极区23的导电插塞25、26。
一个实施例中，金属硅化物层中的金属为钛、钨、钴或镍中的至少一种，图形化形成阳极区22、阴极区23及熔丝连接区21过程中，刻蚀气体为CF4、C3F8、C4F8中的一种。
上述熔丝结构的阳极区22为现有的结构，例如长方形或正方形，阴极区23为椭圆状，该椭圆具有长轴a，短轴b，短轴b具有两端点，当熔丝连接区21连接在该短轴b的两端点中的一个点A时，结合图5所示的熔丝断裂后的结构，可以看出，相对于连接在该椭圆的其它点，能最大程度承载爆裂残留物，如此实现了避免残留物溅入周围电路，实现了提高整个芯片的可靠性。同时，以承载相同区域24的爆裂残留物所需的椭圆面积与矩形或正方形面积而言，前者面积明显小于后者，换言之，该椭圆状的使用，可以减小阴极区面积，有利于器件小型化。
同样基于降低熔丝结构编程所需能耗的目的，熔丝连接区21与阴极区23位于A点的边缘垂直连接，上述垂直连接利用了垂直交界面可以增强电子迁移作用，使得熔丝连接区21更易断裂。
此外，熔丝连接区21更易断裂还可以通过下述方法实现：在对应于阴极区23和阳极区22的多晶硅层20进行离子掺杂，对应于熔丝连接区21的多晶硅层20不进行离子掺杂。上述掺杂的离子可以为N型元素或P型元素，其作用是降低相应区域22、23的电阻，提高导电能力，相对提高熔丝连接区21的电阻。
实施例二
本实施例二提供的电可编程熔丝结构大致与实施例一相同。区别在于，为增强熔丝连接区21在靠近阴极区23的该段断裂的几率，提高阴极区23输送电子的能力，换言之，阴极区23输送电子的能力强于阳极区22。
具体地，在半导体工艺中，基于重复性的考虑，位于阴极区23的第二接触窗26与位于阳极区22的第一接触窗25的形状一样（例如为导电插塞时，导电插塞的直径相同），即位于各极区22、23的接触窗25、26数目一样时，各极区22、23输送电子的能力相同。为提高阴极区23输送电子的能力，本方案采用位于阴极区23的第二接触窗26的数目多于位于阳极区22的第一接触窗25的数目。
例如如图6所示，阴极区23的第二接触窗26的数目为4个，位于阳极区22的第一接触窗25的数目为2个。
实施例三
本实施例三提供的电可编程熔丝结构大致与实施例一、二相同。区别在于，为使得熔丝连接区21更易断裂，如图7所示，在多晶硅层20中形成PN结，且当阳极区22施加高压时，PN结反偏，由于该反偏PN结的存在，多晶硅层20中无大的编程电流通过，大的编程电流从熔丝连接区21通过，更易于断裂。
相应地，阳极区22下方的多晶硅层20对应掺入N型离子，例如为P，As。阴极区23下方的多晶硅层20对应掺入P型离子，例如为B。
实施例四
电可编程熔丝结构在制作过程中，阳极区22、阴极区23、熔丝连接区21都为图案化工艺形成，其中涉及电路布局。现有技术中，布局的特征密度可以影响制造过程的一些行为，例如，相对于高密度区域，制造过程在低密度区域的表现不同。为降低上述特征密度的不一致性，如图8所示，本实施例在电可编程熔丝结构中设计一些哑元结构27。
除此之外，本实施例四提供的电可编程熔丝结构大致与实施例一、二、三相同。
实施例五
本实施例五提供的电可编程熔丝结构大致与实施例一至四相同。
由于熔丝连接区21的断裂发生在靠近阴极区23的该段，且断裂会造成阴极区23堆积残留物，而几乎不改变阳极区22的性能及结构的特点，基于此，本实施例提出将多个阴极区23通过各自的熔丝连接区21与同一阳极区22相连，提高阳极区22的利用率。
如图9所示，以一个阳极区32连接三个阴极区33、43、53为例，各自的熔丝连接区31、41、51的粗细还可以不同，如此可以根据不同冗余电路的替换需求，设定各自熔丝连接区31、41、51断裂所需的电压。
实施例六
本实施例六提供的电可编程熔丝结构大致与实施例一至四相同。区别在于，本实施例提供一种多编程的熔丝，即阳极区22与阴极区23之间设置多个不同粗细的熔丝连接区，如图10所示，例如熔丝连接区21a、21b、21c，各熔丝连接区断裂所需的电压不同。
本发明中，各实施例采用递进式写法，重点描述与前述实施例的不同之处，各实施例中的相同结构及制作方法参照前述实施例的相同部分。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (13)

1.一种电可编程熔丝结构，包括：
阳极区，其上具有第一接触窗，所述第一接触窗适于在所述熔丝结构的编程过程中耦接高电压；
阴极区，其上具有第二接触窗，所述第二接触窗适于在所述熔丝结构的编程过程中耦接低电压；
熔丝连接区，其一端连接阳极区，另一端连接阴极区；
其特征在于，所述阴极区为椭圆状，所述熔丝连接区连接在该椭圆的短轴端点。
2.根据权利要求1所述的电可编程熔丝结构，其特征在于，所述熔丝连接区垂直所述阴极区的边缘连接。
3.根据权利要求1所述的电可编程熔丝结构，其特征在于，所述第二接触窗有多个。
4.根据权利要求1或2所述的电可编程熔丝结构，其特征在于，所述第二接触窗的数目多于所述第一接触窗的数目。
5.根据权利要求1所述的电可编程熔丝结构，其特征在于，所述阳极区、所述阴极区与所述熔丝连接区都为金属硅化物。
6.根据权利要求5所述的电可编程熔丝结构，其特征在于，所述金属硅化物中的金属为钛、钨、钴与镍中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的电可编程熔丝结构，其特征在于，多个阴极区通过各自的熔丝连接区与同一阳极区相连。
8.根据权利要求1或7所述的电可编程熔丝结构，其特征在于，所述阳极区为正方形或长方形，所述熔丝连接区与所述正方形或长方形垂直连接。
9.根据权利要求7所述的电可编程熔丝结构，其特征在于，各自的熔丝连接区的粗细不同。
10.根据权利要求5或6所述的电可编程熔丝结构，其特征在于，所述阴极区、所述阳极区、和所述熔丝连接区的硅化物形成于多晶硅之上，对应于阴极区和所述阳极区的所述多晶硅具有掺杂离子，对应于所述熔丝连接区的所述多晶硅无掺杂离子。
11.根据权利要求10所述的电可编程熔丝结构，其特征在于，对应于阴极区的所述多晶硅的掺杂离子为P型元素，对应于阳极区的所述多晶硅的掺杂离子为N型元素。
12.根据权利要求1所述的电可编程熔丝结构，其特征在于，所述熔丝结构周围具有哑元结构。
13.根据权利要求1所述的电可编程熔丝结构，其特征在于，阴极区与阳极区之间设置多个不同粗细的熔丝连接区。
CN201210552992.XA 2012-12-18 2012-12-18 电可编程熔丝结构 Active CN103872011B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210552992.XA CN103872011B (zh) 2012-12-18 2012-12-18 电可编程熔丝结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210552992.XA CN103872011B (zh) 2012-12-18 2012-12-18 电可编程熔丝结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103872011A CN103872011A (zh) 2014-06-18
CN103872011B true CN103872011B (zh) 2016-08-31

Family

ID=50910397

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210552992.XA Active CN103872011B (zh) 2012-12-18 2012-12-18 电可编程熔丝结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103872011B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108493182B (zh) * 2018-03-08 2019-05-07 长鑫存储技术有限公司 电可编程熔丝结构以及半导体器件
CN109244061A (zh) * 2018-09-03 2019-01-18 上海华虹宏力半导体制造有限公司 电可编程熔丝结构及其形成方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1674272A (zh) * 2004-03-23 2005-09-28 台湾积体电路制造股份有限公司 一种电子熔线及形成该电子熔线的制造方法
US7304366B2 (en) * 2004-08-02 2007-12-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Self correcting multiple-link fuse
CN101261979A (zh) * 2007-03-09 2008-09-10 台湾积体电路制造股份有限公司 集成电路结构

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6580156B1 (en) * 2002-04-04 2003-06-17 Broadcom Corporation Integrated fuse with regions of different doping within the fuse neck
US20090243032A1 (en) * 2008-03-27 2009-10-01 Shi-Bai Chen Electrical fuse structure

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1674272A (zh) * 2004-03-23 2005-09-28 台湾积体电路制造股份有限公司 一种电子熔线及形成该电子熔线的制造方法
US7304366B2 (en) * 2004-08-02 2007-12-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Self correcting multiple-link fuse
CN101261979A (zh) * 2007-03-09 2008-09-10 台湾积体电路制造股份有限公司 集成电路结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN103872011A (zh) 2014-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN203398105U (zh) 半导体器件
EP3293761B1 (en) Semiconductor device and fabrication method thereof
US7458051B2 (en) ECO cell for reducing leakage power
TWI449156B (zh) 半導體裝置及其形成方法
CN103872011B (zh) 电可编程熔丝结构
US9196585B2 (en) Polysilicon fuse, semiconductor device having overlapping polysilicon fuse sections and method of severing polysilicon fuse
CN102130092A (zh) 熔丝器件及制备方法
CN101615606B (zh) 集成电路芯片焊垫及其制造方法及包含此焊垫的集成电路
CN102347309B (zh) 电熔丝结构及其形成方法
US9852983B1 (en) Fabricating method of anti-fuse structure
JP2013197566A (ja) 電力用半導体装置およびその製造方法
CN102364674B (zh) 接触孔刻蚀方法、集成电路制造方法以及集成电路
CN101692425A (zh) 一种新型esd保护的设计方法
JP2017055033A (ja) 半導体装置、半導体チップ及び半導体装置の製造方法
JP6636823B2 (ja) 半導体装置およびヒューズ切断方法
CN102610495A (zh) 半导体电阻器制造方法、半导体电阻器以及电子设备
CN103715172A (zh) 电熔丝及其制造方法
TWI666756B (zh) 一種電熔絲結構及其製造方法
JP7266467B2 (ja) ヒューズ素子、半導体装置、およびヒューズ素子の製造方法
US8860177B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
CN104347588B (zh) 电熔丝结构
CN109166841B (zh) 电可编程的多晶硅熔丝器件结构
CN104347590B (zh) 电熔丝结构
KR101096212B1 (ko) 반도체 소자의 안티퓨즈 및 그의 형성 방법
US10483201B1 (en) Semiconductor structure and method for manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant