CN104752396B - 电熔丝结构 - Google Patents

Abstract

一种电熔丝结构，包括：衬底；位于衬底上的介质层；位于介质层内的第一导电图案层、第二导电图案层、及位于第一导电图案层和第二导电图案层之间的导电插塞，其中：第一导电图案层包括：至少一个第一电熔丝单元，第一电熔丝单元包括：两个第一电极、和位于两个第一电极之间的多个第一熔丝，第一熔丝的第一端部、第二端部分别与两个第一电极连接；第二导电图案层包括：第二电极、和与第二电极连接的第二熔丝；导电插塞与第二熔丝、及至少一个第一电熔丝单元的一个第一熔丝接触电连接。解决了现有电熔丝结构熔断前后无法获得恒定的电阻值变化，给电路设计者带来不便，并给电路设计带来一定的局限性的问题。

Description

电熔丝结构

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种电熔丝结构。

背景技术

随着特征尺寸的持续降低，半导体器件越来越容易受到硅基底中杂质或缺陷的影响，单一二极管或MOS晶体管的失效往往会导致整个集成电路芯片的失效。为了解决所述问题，提高成品率，在集成电路芯片中往往会形成一些冗余电路。当制作工艺完成后发现部分器件不能正常工作时，可以通过电熔丝结构的熔断将失效电路与其他电路模块电学隔离，并利用冗余电路替换原来的失效电路。特别是在存储器的制造过程中，由于存储器单元的数量很多，难免会有部分存储器单元失效，因此往往会额外形成一些冗余的存储器单元，当制作完成后检测发现部分存储器单元失效时，可以利用电熔丝结构将冗余的存储器单元替换原来的失效存储器单元，而不需要将对应的存储器报废，提高了出厂成品率。

目前，常用的电熔丝结构通常为两种：激光熔丝（laser fuse）结构和电熔丝（electric fuse，简称E-fuse）结构。激光熔丝结构利用激光束切割熔丝，而电熔丝结构利用大电流将熔丝熔断或发生电迁移导致熔丝断路。随着半导体技术的发展，电熔丝结构逐渐取代了激光熔丝结构。

结合图1和图2所示，现有一种电熔丝结构包括：衬底1；位于衬底1上的介质层2；位于介质层2内的第一导电图案层3、位于第一导电图案层3上方的第二导电图案层4、及位于第一导电图案层3和第二导电图案层4之间的导电插塞5。其中，第一导电图案层3包括第一电极31、和与第一电极31连接的第一熔丝32；第二导电图案层4包括第二电极41、和与第二电极41连接的第二熔丝42，第二电极41、第一电极31中，一个作为电熔丝结构的阳极、另一个作为电熔丝结构的阴极；导电插塞5与第一熔丝32及第二熔丝42接触电连接。

电熔丝结构的作用之一是：电路可以通过测量电熔丝结构熔断前后的电阻值变化来触发电路发生变化。在上述电熔丝结构未熔断时，在第一电极31和第二电极41能够测得恒定的电阻值；但是，在上述电熔丝结构熔断后，根据熔断条件的不同，会在第一电极31和第二电极41测得不恒定的电阻值。由于现有电熔丝结构熔断前后无法获得恒定的电阻值变化，因此会给电路设计者带来不便，并会给电路设计带来一定的局限性。

发明内容

本发明要解决的问题是：现有电熔丝结构熔断前后无法获得恒定的电阻值变化，给电路设计者带来不便，并给电路设计带来一定的局限性。

为解决上述问题，本发明提供了一种电熔丝结构，包括：

衬底；

位于所述衬底上的介质层；

位于所述介质层内的第一导电图案层、第二导电图案层、及位于所述第一导电图案层和第二导电图案层之间的导电插塞，其中：

所述第一导电图案层包括：至少一个第一电熔丝单元，所述第一电熔丝单元包括：两个第一电极、和位于两个所述第一电极之间的多个第一熔丝，所述第一熔丝的第一端部、第二端部分别与两个所述第一电极连接；

所述第二导电图案层包括：第二电极、和与所述第二电极连接的第二熔丝；

所述导电插塞与所述第二熔丝、及至少一个所述第一电熔丝单元的一个第一熔丝接触电连接。

可选的，所述第一电熔丝单元中的所有第一熔丝具有公共的所述第一端部和第二端部。

可选的，所述第一导电图案层包括M个所述第一电熔丝单元，M个分别来自于不同第一电熔丝单元的第一熔丝相交，且相交位置位于所述第一熔丝的第一端部和第二端部之间，M大于等于2；

所述导电插塞与第一熔丝的所述相交位置接触电连接。

可选的，至少有两个所述第一电熔丝单元具有一个公共的第一电极。

可选的，一个所述第一电熔丝单元的所有第一熔丝、与另一所述第一电熔丝单元的所有第一熔丝具有公共的第一端部或第二端部。

可选的，所述第二导电图案层包括至少一个第二电熔丝单元，所述第二电熔丝单元包括：两个所述第二电极、和位于两个所述第二电极之间的多个所述第二熔丝，所述第二熔丝的第一端部、第二端部分别与两个所述第二电极连接；

所述导电插塞与至少一个所述第二电熔丝单元的一个第二熔丝接触电连接。

可选的，所述第二电熔丝单元中的所有第二熔丝具有公共的第一端部和第二端部。

可选的，所述第二导电图案层包括N个所述第二电熔丝单元，N个分别来自于不同第二电熔丝单元的第二熔丝相交，且相交位置位于所述第二熔丝的第一端部和第二端部之间，N大于等于2；

所述导电插塞与第二熔丝的所述相交位置接触电连接。

可选的，至少有两个所述第二电熔丝单元具有一个公共的第二电极。

可选的，一个所述第二电熔丝单元的所有第二熔丝、与另一所述第二电熔丝单元的所有第二熔丝具有公共的第一端部或第二端部。

可选的，所述第一导电图案层、第二导电图案层的材料为铝或铜。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

通过在电熔丝结构的第一导电图案层中设置包括多个第一熔丝的第一电熔丝单元，且至少有一个第一电熔丝单元的一个第一熔丝与导电插塞接触电连接，使得在电熔丝结构熔断时，虽然导电插塞的位置会被熔断，以致电熔丝结构熔断后无法在阳极和阴极测得恒定的电阻值、但是，由于第一电熔丝单元中仅有与导电插塞接触电连接的第一熔丝被熔断，而未与导电插塞接触电连接的第一熔丝不会被熔断，故在电熔丝结构熔断之后仍然能够在第一电熔丝单元的两个第一电极测得恒定的电阻值，进而使得电熔丝结构熔断前后可以在第一电熔丝单元的两个第一电极测得恒定的电阻值变化量，该电阻值变化量不会因熔断条件的不同而发生变化，因此会给电路设计者带来方便，使电路设计更为灵活。

附图说明

图1是现有一种电熔丝结构的俯视示意图，为简洁起见，电熔丝结构中的介质层未显示；

图2是沿图1中AA方向的截面图；

图3是本发明的一个实施例中电熔丝结构的俯视示意图，为简洁起见，电熔丝结构中的介质层未显示；

图4是沿图3中BB方向的截面图；

图5是图3中其中一个第一熔丝熔断后的平面结构示意图；

图6是本发明的另一实施例中电熔丝结构的俯视示意图，为简洁起见，电熔丝结构中的介质层未显示；

图7是图6中其中一个第一熔丝熔断后的平面结构示意图；

图8是本发明的又一实施例中电熔丝结构的俯视示意图，为简洁起见，电熔丝结构中的介质层未显示；

图9是图8中其中一个第一熔丝及其中一个第二熔丝熔断后的平面结构示意图。

具体实施方式

由前述可知，现有电熔丝结构仅具有两个电极，分别为阳极和阴极，两个电极之间通过导电插塞电连接。根据电熔丝结构的熔断机理可知，电熔丝结构熔断时，导电插塞的位置会被熔断，以致在电熔丝结构熔断后无法在两个电极测得恒定的电阻值。

鉴于此，本发明提出了一种改进的电熔丝结构，通过在电熔丝结构的第一导电图案层中设置包括多个第一熔丝的第一电熔丝单元，且至少有一个第一电熔丝单元的一个第一熔丝与导电插塞接触电连接，使得在电熔丝结构熔断时，虽然导电插塞的位置会被熔断，以致电熔丝结构熔断后无法在阳极和阴极测得恒定的电阻值、但是，由于第一电熔丝单元中仅有与导电插塞接触电连接的第一熔丝被熔断，而未与导电插塞接触电连接的第一熔丝不会被熔断，故在电熔丝结构熔断之后仍然能够在第一电熔丝单元的两个第一电极测得恒定的电阻值，进而使得电熔丝结构熔断前后可以在第一电熔丝单元的两个第一电极测得恒定的电阻值变化量，该电阻值变化量不会因熔断条件的不同而发生变化，因此会给电路设计者带来方便，使电路设计更为灵活。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

结合图3和图4所示，本实施例的电熔丝结构包括：

衬底10；

位于衬底10上方的介质层20；

位于介质层20内的第一导电图案层30、位于第一导电图案层30下方的第二导电图案层40、及位于第一导电图案层30和第二导电图案层40之间的导电插塞50。其中：

第一导电图案层30包括：一个第一电熔丝单元，所述第一电熔丝单元包括：两个第一电极310、和位于两个第一电极310之间的两个第一熔丝320，两个第一熔丝320具有公共的第一端部T1和第二端部T2，第一熔丝320的第一端部T1、第二端部T2分别与两个第一电极310连接；

第二导电图案层40包括：一个第二电极410、和一端与第二电极410连接的第二熔丝420；

导电插塞50与第二熔丝420、及其中一个第一熔丝320接触电连接。

在本实施例的电熔丝结构中，第一导电图案层30中的任一第一电极310、第二导电图案层40中的第二电极410中，一个作为电熔丝结构的阳极、另一个作为电熔丝结构的阴极。

在电熔丝结构未熔断时，在第一电熔丝单元的两个第一电极310能够测得恒定的第一电阻值。

结合图3和图5所示，在向电熔丝结构的阳极和阴极之间通入大电流后，所述第一电熔丝单元中与导电插塞50接触电连接的第一熔丝320，会在与导电插塞50接触电连接的位置熔断，而另一个未与导电插塞50接触电连接的第一熔丝320不会被熔断，第二熔丝420也会在与导电插塞50接触电连接的位置熔断。在电熔丝结构熔断后，在所述第一电熔丝单元的两个第一电极310能够测得与所述第一电阻值不相等的第二电阻值，所述第二电阻值为未熔断的第一熔丝320的电阻，因而不会受熔断条件的影响，因此，所述第二电阻值总是恒定的。

由上述可知，在本实施例的技术方案中，通过在电熔丝结构的第一导电图案层中设置包括两个第一熔丝的第一电熔丝单元，且其中一个第一熔丝与导电插塞接触电连接，使得在熔断电熔丝结构时，虽然导电插塞的位置会被熔断，以致电熔丝结构熔断后无法在阳极和阴极测得恒定的电阻值、但是，由于第一电熔丝单元中仅有与导电插塞接触电连接的第一熔丝被熔断，而未与导电插塞接触电连接的第一熔丝不会被熔断，故在电熔丝结构熔断之后仍然能够在第一电熔丝单元的两个第一电极测得恒定的电阻值，进而使得电熔丝结构熔断前后可以在第一电熔丝单元的两个第一电极测得恒定的电阻值变化量，该电阻值变化量不会因熔断条件的不同而发生变化，因此会给电路设计者带来方便，使电路设计更为灵活。

在本实施例的变换例中，第一导电图案层30中的所述第一电熔丝单元也可以包含三个或以上的第一熔丝320。在这种情况下，在电熔丝结构熔断时，在第一导电图案层30的两个第一电极测得的第二电阻值为未熔断的多个第一熔丝320的并联值。

在本实施例的变换例中，所述第一电熔丝单元中的所有第一熔丝320也可以具有各自独立的第一端部T1和第二端部T2；第一导电图案层30和第二导电图案层40的上下位置也可以对换。

在本实施例中，所述第一电熔丝单元中的两个第一熔丝320形状相同。在其他实施例中，所述第一电熔丝单元中的两个第一熔丝320形状也可以不相同。

需说明的是，所述第一电熔丝单元中第一熔丝320的形状并不能仅仅局限于本实施例的附图，它可以设置为任意形状。

继续参照图4所示，衬底10上形成有器件（未图示），如晶体管、电容、电阻等元件。

继续参照图3和图4所示，第一导电图案层30可以与金属互连结构中的较高层互连线同步形成；第二导电图案层40可以与金属互连结构中的较低层互连线同步形成；导电插塞50可以与金属互连结构中的导电插塞同步形成。

在本实施例中，第一导电图案层30和第二导电图案层40的材料为铜或铝。

在本实施例中，介质层20可以为一层介质层或多层介质层的叠层。

本发明的另一实施例提供了一种电熔丝结构，本实施例的电熔丝结构与前一实施例的电熔丝结构之间的区别在于：第一导电图案层。

如图6所示，在本实施例中，第一导电图案层30包括两个所述第一电熔丝单元。其中：

第一个所述第一电熔丝单元包括：第一电极310；第一电极311；位于第一电极310和第一电极311之间的第一熔丝321、第一熔丝322，第一熔丝321和第一熔丝322具有共同的第一端部T1和第二端部T2；

第二个所述第一电熔丝单元包括：两个第一电极，其中一个第一电极和第一个所述第一电熔丝单元的第一电极是公共的，为第一电极310，另一个为第一电极312；位于第一电极310和第一电极312之间的第一熔丝323、第一熔丝324，第一熔丝323和第一熔丝324具有共同的第一端部T1和第二端部T2；第一熔丝321、第一熔丝322、第一熔丝323和第一熔丝324具有公共的第一端部T1；

第一个所述第一电熔丝单元的第一熔丝322和第二个所述第二电熔丝单元的第一熔丝323相交，且相交位置位于第一熔丝322及第一熔丝323的第一端部T1、第二端部T2之间；

导电插塞50与第一熔丝322及第一熔丝323的所述相交位置接触电连接。

在本实施例的电熔丝结构中，第一导电图案层30中的任一第一电极、第二导电图案层40中的第二电极410中，一个作为电熔丝结构的阳极、另一个作为电熔丝结构的阴极。

在电熔丝结构未熔断时，不仅能够在第一个所述第一电熔丝单元的第一电极310和第一电极311测得恒定的第一电阻值，而且，也能够在第二个所述第一电熔丝单元的第一电极310和第一电极312测得恒定的第二电阻值。

结合图6和图7所示，在向电熔丝结构的阳极和阴极之间通入大电流后，同时与导电插塞50接触电连接的第一熔丝322和第一熔丝323，均会在与导电插塞50接触电连接的位置熔断，而未与导电插塞50接触电连接的第一熔丝321和第一熔丝324不会熔断。

在电熔丝结构熔断后，不仅能够在第一个所述第一电熔丝单元的第一电极310和第一电极311测得与所述第一电阻值不等的第三电阻值，而且，也能够在第二个所述第一电熔丝单元的第一电极310和第一电极312测得与所述第二电阻值不等的第四电阻值。所述第三电阻值为未熔断的第一熔丝321的电阻值，所述第四电阻值为未熔断的第一熔丝324的电阻值，因此，所述第三电阻值及第四电阻值大小均不会受熔断条件的影响，总是保持恒定。

由上述可知，在本实施例的技术方案中，通过在电熔丝结构的第一导电图案层中同时设置包括两个第一熔丝的两个第一电熔丝单元，且两个来自于不同第一电熔丝单元的第一熔丝相交，导电插塞与第一熔丝的所述相交位置接触电连接，使得电熔丝结构熔断时，两个第一电熔丝单元中与导电插塞接触电连接的第一熔丝同时会被熔断，使得电熔丝结构熔断前后在两个第一电熔丝单元的两个第一电极测得的电阻值均会发生变化，进而能够一次性获得两个电阻值变化量，电路可以分别根据所测得的两个电阻值变化量来同时触发电路发生两种变化。

在本实施例的变换例中，第一导电图案层中也可以包含M（大于等于3）个第一电熔丝单元，M个分别来自于不同第一电熔丝单元的第一熔丝相交，且相交位置位于所述第一熔丝的第一端部和第二端部之间，导电插塞与第一熔丝的所述相交位置接触电连接。在这种情况下，电熔丝结构熔断后能够一次性获得M个电阻值变化量，电路可以分别根据所测得的M个电阻值变化量来同时触发电路发生M种变化。

本发明的又一实施例还提供了一种电熔丝结构，本实施例的电熔丝结构与上述第一实施例的电熔丝结构之间的区别在于：第二导电图案层。

如图8所示，在本实施例中，第二导电图案层40包括一个第二电熔丝单元，所述第二电熔丝单元包括：两个第二电极410、和位于两个第二电极410之间的两个第二熔丝420，第二熔丝420的第一端部T1、第二端部T2分别与两个第二电极410连接；导电插塞50与其中一个第二子熔丝420接触电连接。

在本实施例的电熔丝结构中，第一导电图案层30中的任一第一电极310、第二导电图案层40中的任一第二电极410中，一个作为电熔丝结构的阳极、另一个作为电熔丝结构的阴极。

在电熔丝结构未熔断时，不仅在第一电熔丝单元的两个第一电极310能够测得恒定的第一电阻值，而且，也能够在第二电熔丝单元的两个第二电极410测得恒定的第二电阻值。

结合图8和图9所示，在向电熔丝结构的阳极和阴极之间通入大电流后，不仅所述第一电熔丝单元中与导电插塞50接触电连接的第一熔丝320会在与导电插塞50接触电连接的位置熔断，而且，所述第二电熔丝单元中与导电插塞50接触电连接的第二熔丝420也会在与导电插塞50接触电连接的位置熔断。所述第一电熔丝单元中未与导电插塞50接触电连接的第一熔丝320、及所述第二电熔丝单元中未与导电插塞50接触电连接的第二熔丝420不会被熔断。

在电熔丝结构熔断后，不仅能够在所述第一电熔丝单元的两个第一电极310测得与第一电阻值不相等的第三电阻值，而且，也能够在所述第二电熔丝单元的两个第二电极410测得与第二电阻值不相等的第四电阻值。所述第三电阻值为未熔断的第一熔丝320的电阻值，所述第四电阻值为未熔断的第二熔丝420的电阻值，因此，所述第三电阻值及第四电阻值大小均不会受熔断条件的影响，总是保持恒定。

由上述可知，在本实施例的技术方案中，通过同时在电熔丝结构的第一导电图案层中设置包括两个第一熔丝的第一电熔丝单元、在第二导电图案层中设置包括两个第二熔丝的第二电熔丝单元，且导电插塞与其中一个第一熔丝及其中一个第二熔丝接触电连接，使得电熔丝结构熔断时，在所述第一电熔丝单元的两个第一电极测得的电阻值、以及在所述第二电熔丝单元的两个第二电极测得的电阻值均会发生变化，进而能够一次性获得两个电阻值变化量，电路可以分别根据所测得的两个电阻值变化量来同时触发电路发生两种变化。

在本实施例的变换例中，第二导电图案层中也可以包含两个或以上的第二电熔丝单元。在这种情况下，第二导电图案层的结构可以参考前一实施例中第一导电图案层的结构，在此不再赘述。

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，各实施例中的相同部分可以参照前述实施例。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种电熔丝结构，其特征在于，包括：

衬底；

位于所述衬底上的介质层；

位于所述介质层内的第一导电图案层、第二导电图案层、及位于所述第一导电图案层和第二导电图案层之间的导电插塞，其中：

所述第一导电图案层包括：至少一个第一电熔丝单元，所述第一电熔丝单元包括：两个第一电极、和位于两个所述第一电极之间的多个第一熔丝，所述多个第一熔丝的第一端部、第二端部分别与两个所述第一电极连接；

所述第二导电图案层包括：第二电极、和与所述第二电极连接的第二熔丝；

所述导电插塞与所述第二熔丝、及至少一个所述第一电熔丝单元的一个第一熔丝接触电连接。

2.根据权利要求1所述的电熔丝结构，其特征在于，所述第一电熔丝单元中的所有第一熔丝具有公共的所述第一端部和第二端部。

3.根据权利要求1所述的电熔丝结构，其特征在于，所述第一导电图案层包括M个所述第一电熔丝单元，M个分别来自于不同第一电熔丝单元的第一熔丝相交，且相交位置位于所述第一熔丝的第一端部和第二端部之间，M大于等于2；

所述导电插塞与第一熔丝的所述相交位置接触电连接。

4.根据权利要求3所述的电熔丝结构，其特征在于，至少有两个所述第一电熔丝单元具有一个公共的第一电极。

5.根据权利要求3所述的电熔丝结构，其特征在于，一个所述第一电熔丝单元的所有第一熔丝、与另一所述第一电熔丝单元的所有第一熔丝具有公共的第一端部或第二端部。

6.根据权利要求1所述的电熔丝结构，其特征在于，所述第二导电图案层包括至少一个第二电熔丝单元，所述第二电熔丝单元包括：两个所述第二电极、和位于两个所述第二电极之间的多个所述第二熔丝，所述第二熔丝的第一端部、第二端部分别与两个所述第二电极连接；

所述导电插塞与至少一个所述第二电熔丝单元的一个第二熔丝接触电连接。

7.根据权利要求6所述的电熔丝结构，其特征在于，所述第二电熔丝单元中的所有第二熔丝具有公共的第一端部和第二端部。

8.根据权利要求6所述的电熔丝结构，其特征在于，所述第二导电图案层包括N个所述第二电熔丝单元，N个分别来自于不同第二电熔丝单元的第二熔丝相交，且相交位置位于所述第二熔丝的第一端部和第二端部之间，N大于等于2；

所述导电插塞与第二熔丝的所述相交位置接触电连接。

9.根据权利要求8所述的电熔丝结构，其特征在于，至少有两个所述第二电熔丝单元具有一个公共的第二电极。

10.根据权利要求8所述的电熔丝结构，其特征在于，一个所述第二电熔丝单元的所有第二熔丝、与另一所述第二电熔丝单元的所有第二熔丝具有公共的第一端部或第二端部。

11.根据权利要求1至10任一项所述的电熔丝结构，其特征在于，所述第一导电图案层、第二导电图案层的材料为铝或铜。