CN104979356B - 半导体结构及切断其中存储单元区块连接的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种半导体结构，至少包括：半导体衬底及自左向右依次形成于所述半导体衬底上并通过隔离结构相互隔离的第一存储单元区块、第一晶体管、第二晶体管及第二存储单元区块；所述第一存储单元区块与所述第一晶体管连接；所述第二存储单元区块与所述第二晶体管连接；所述第一晶体管与所述第二晶体管通过一金属桥结构连接；所述金属桥结构两端上方连接有两个焊垫。本发明的半导体结构中，存储单元区块之间采用金属连接取代多晶硅连接，在需要切断连接时，可以通过在金属桥结构两端施加小电流，利用电迁移原理切断存储单元区块之间的连接，切断率为100%，可以有效提高器件的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造领域，涉及一种半导体结构及切断其中存储单元区块连接的方法。
背景技术
随着半导体工艺的微小化以及复杂度的提高，半导体器件也变得更容易受各种缺陷或杂质所影响，而单一金属连线、二极管或晶体管等的失效往往即构成整个芯片的缺陷。因此为了解决这个问题，现有技术便会在集成电路中形成一些可熔断的连接线（fusiblelinks），也就是熔丝（fuse），以确保集成电路的可利用性。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，因此熔丝元件具有修复或取代有缺陷的电路的功能。
熔丝元件还具有多种用途，例如，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。如通过熔断熔丝从500G的硬盘中划分出160G的区域，而使另外340G处于休眠状态。此外，熔丝还能够提供程序化的功能，即先将电路、器件阵列以及程序化电路在芯片上加工好，再由外部进行数据输入，通过程序化电路熔断熔丝以完成电路的设计；例如，在可编程只读存储器（Programmable ReadOnly Memory,PROM）中，通过熔断熔丝产生断路，即为状态“1”，而未断开的熔丝保持连接状态，即为状态“0”。
现有技术中，连接不同存储单元区块的连接结构通常采用多晶硅制成，通过施加高压脉冲使得多晶硅产生高热并熔断，从而断开不同存储单元区块之间的连接。但是这种结构并不可靠，熔断的多晶硅可能会掉落，从而使得存储单元区块重新连接起来。
因此，提供一种新的半导体结构以使存储单元区块之间能够在一定条件下彻底切断从而提高器件可靠性实属必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种半导体结构及切断其中存储单元区块连接的方法，用于解决现有技术中熔断结构断开不彻底，可靠性不高的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种半导体结构，至少包括：半导体衬底及自左向右依次形成于所述半导体衬底上并通过隔离结构相互隔离的第一存储单元区块、第一晶体管、第二晶体管及第二存储单元区块；所述第一存储单元区块与所述第一晶体管连接；所述第二存储单元区块与所述第二晶体管连接；所述第一晶体管与所述第二晶体管通过一金属桥结构连接；所述金属桥结构两端上方连接有两个焊垫。
可选地，所述第一晶体管的第一端与所述第一存储单元区块连接；所述第一晶体管的第二端与所述第二晶体管的第一端连接；所述第二晶体管的第二端与所述第二存储单元区块连接；所述第一晶体管的第一端及第二端分别为源极与漏极，或分别为漏极与源极；所述第二晶体管的第一端及第二端分别为源极与漏极，或分别为漏极与源极。
可选地，所述金属桥结构包括分别与所述第一晶体管及第二晶体管连接的两个导电柱，及连接两个导电柱的金属线。
可选地，所述金属线的长度范围是200～800微米。
可选地，所述金属线的材料为铝。
可选地，所述金属线在水平面上的投影为两端大中间小的哑铃型。
可选地，所述第一存储单元区块包括若干晶体管，其中一个晶体管一端与所述第一晶体管一端通过第一桥结构连接；所述第二存储单元区块包括若干晶体管，其中一个晶体管一端与所述第二晶体管一端通过第二桥结构连接。
可选地，所述第一桥结构包括两个导电柱及连接两个导电柱的第一导电块，所述第二桥结构包括两个导电柱及连接两个导电柱的第二导电块；所述第一导电块为金属或多晶硅，所述第二导电块为金属或多晶硅。
可选地，所述焊垫通过至少一层金属互连层与所述金属桥结构连接。
本发明还提供一种切断半导体结构中存储单元区块连接的方法，至少包括以下步骤：在两个焊垫之间通入预设电流并维持预设时间以使所述金属桥结构发生电迁移并推动金属原子向所述金属桥结构一端聚集从而使所述金属桥结构另一端形成空洞以致所述金属桥结构断开。
可选地，通入预设电流使流经所述金属桥结构的电流密度是1～5mA/cm2。
可选地，所述预设时间范围是10～300秒。
如上所述，本发明的半导体结构及切断其中存储单元区块连接的方法，具有以下有益效果：本发明的半导体结构中，存储单元区块之间通过两个晶体管及一个金属桥结构连接，该金属桥结构连接两个晶体管的源/漏极，且金属桥结构两端上方连接有两个焊垫。本发明的切断半导体结构中存储单元区块连接的方法通过在两个焊垫之间施加电流，使得金属线发生电迁移现象，电迁移过程中，电子动量推动金属线中的金属原子向一端移动，在金属线一端形成空洞，从而断开存储单元区块之间的连接，并且该过程不会影响硅化物对电路的连接。本发明可以有效防止断开的存储单元区块再次发生连接，断开效率为100%，可以显著提高器件的可靠性。
附图说明
图1显示为本发明的半导体结构的剖面结构示意图。
图2～图3显示为金属线电迁移的原理图。
图4显示为本发明的半导体结构中金属线在水平面上的投影示意图。
图5显示为本发明的半导体结构中金属线一端形成空洞使金属桥结构断开的示意图。
元件标号说明
1 半导体衬底
2 隔离结构
3 第一存储单元区块
4 第一晶体管
5 第二晶体管
6 第二存储单元区块
7 焊垫
8 导电柱
9 金属线
10 第一导电快
11 第二导电块
12 孔洞
13 聚集物
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种半导体结构，请参阅图1，显示为该半导体结构的剖面结构示意图，至少包括：半导体衬底1及自左向右依次形成于所述半导体衬底1上并通过隔离结构2相互隔离的第一存储单元区块3、第一晶体管4、第二晶体管5及第二存储单元区块6；所述第一存储单元区块3与所述第一晶体管连接4；所述第二存储单元区块6与所述第二晶体管5连接；所述第一晶体管4与所述第二晶体管5通过一金属桥结构连接；所述金属桥结构两端上方连接有两个焊垫7。
具体的，所述半导体衬底1为常规半导体衬底，如硅、锗、锗硅、SOI等，其中可以包括外围电路、其它存储单元区块等。所述隔离结构2为场氧化层（Fox），其用途是将各个器件隔离起来。所述第一晶体管4与所述第二晶体管5位于所述第一存储单元区块3与所述第二存储单元区块6之间，用于连接所述第一存储单元区块3与所述第二存储单元区块6。
具体的，所述第一晶体管4的第一端与所述第一存储单元区块3连接；所述第一晶体管4的第二端与所述第二晶体管5的第一端连接；所述第二晶体管5的第二端与所述第二存储单元区块6连接。
作为示例，所述第一晶体管4与所述第二晶体管5均包括源极漏极、源极及栅极，所述第一晶体管4的第一端及第二端分别为源极与漏极，或分别为漏极与源极；所述第二晶体5的第一端及第二端分别为源极与漏极，或分别为漏极与源极。
特别的，所述第一晶体管4与所述第二晶体管5通过一金属桥结构连接，该金属桥结构包括分别与所述第一晶体管4及第二晶体管5连接的两个导电柱8，及连接两个导电柱8的金属线9。其中，所述导电柱8形成于所述第一晶体管4与所述第二晶体管5的源极或漏极上，所述导电柱8的材料为钨、铜、铝等金属。所述导电柱8与所述第一晶体管4或所述第二晶体管5的源极或漏极的连接处可设有硅化物（图1中未示出）。
所述金属线9的长度范围是200～800微米，本实施例中，优选为400微米。所述金属线9的材料为铝或其它金属材料，本发明中优选采用铝作为金属线。
作为示例，所述金属线9在水平面上的投影为两端大中间小的哑铃型。其中，所述金属线9两端面积可以相等，也可以不相等。本实施例中，所述金属线9在水平面上的投影以非对称的哑铃型为例，如图4所示。
如图1所示，所述金属桥结构两端上方连接有两个焊垫7，用于在所述金属线9两端施加电流。所述焊垫7通过至少一层金属互连层与所述金属桥结构连接。作为示例，图1中示出了所述焊垫7通过三层金属互连层与所述金属桥结构连接的情形。
所述第一存储单元区块3包括若干晶体管，图1中仅示出了其中一个晶体管，该晶体管一端与所述第一晶体管4一端通过第一桥结构连接；同样，所述第二存储单元区块6亦包括若干晶体管，图1中仅示出了其中一个晶体管，该晶体管一端与所述第二晶体管5一端通过第二桥结构连接。
具体的，所述第一桥结构包括两个导电柱8及连接两个导电柱8的第一导电块10，所述第二桥结构包括两个导电柱8及连接两个导电柱8的第二导电块11；所述第一导电块10为金属或多晶硅，所述第二导电块11为金属或多晶硅。本实施例中，所述第一导电块10及所述第二导电块11均优选为金属。
本发明的半导体结构中，所述第一存储单元区块3与所述第二存储单元区块6通过所述第一晶体管4与所述第二晶体管5连接。其中，所述第一晶体管4与所述第二晶体管5通过一金属桥结构连接，连接处为所述第一晶体管4与所述第二晶体管5的源极或漏极。所述金属桥结构包括金属线9及连接于所述金属线9两端的两个焊垫7。当需要断开所述第一存储单元区块3与所述第二存储单元区块6的连接时，通过在两个焊垫7上施加电流并维持一段时间即可将所述金属线9断开，从而切断所述第一存储单元区块3与所述第二存储单元区块6的连接，且所述金属线9断开后不会再次连接上，从而保证100%的切断率，有效提高器件的可靠性。
本发明还提供一种切断上述半导体结构中存储单元区块连接的方法，至少包括以下步骤：在两个焊垫7之间通入预设电流并维持预设时间以使所述金属桥结构发生电迁移并推动金属原子向所述金属桥结构一端聚集从而使所述金属桥结构另一端形成空洞以致所述金属桥结构断开。
具体的，通入预设电流使流经所述金属桥结构的电流密度是1～5mA/cm2，所述预设时间范围是10～300秒。需要指出的而是，此处电流密度指的是流经所述金属线9的的电流密度。通过在两个焊垫之间施加电流，使所述金属线9中有直流电流通过，由于电场的作用，使得金属离子产生定向运动，即金属离子发生电迁移，产生质量的输运，在金属线一端产生空洞。由于不同的金属产生金属化电迁移的条件是不同的，因此加在所述焊垫7上的电流大小可以根据需要进行调整。
请参阅图2及图3，显示为金属线电迁移的原理图。其中，图2中的箭头方向为电子移动方向，图3显示为电迁移过程中，电子动量推动金属线中的金属原子向一端移动，在金属线一端形成空洞12，在金属线另一端形成聚集物13的示意图。
再请参阅图4及图5，分别显示为通电流前所述金属线9在水平面上的投影示意图及通电流后所述金属线9一端形成空洞12使金属桥结构断开的示意图。
在上述过程中，电迁移发生于所述金属线9中，不会影响硅化物对电路的连接。本实施例中，所述金属线9的长度优选为400微米，在该尺寸下，可以达到良好的电迁移效果。
本发明的半导体结构中，存储单元区块之间采用金属连接取代多晶硅连接，切断原理是电迁移而非高热熔断，利用电子动量推动金属原子充分移动，从而断开存储单元区块之间的连接，切断率为100%，而传统的多晶硅连接切断率仅为50%。
综上所述，本发明的半导体结构中，存储单元区块之间通过两个晶体管及一个金属桥结构连接，该金属桥结构连接两个晶体管的源/漏极，且金属桥结构两端上方连接有两个焊垫。本发明的切断半导体结构中存储单元区块连接的方法通过在两个焊垫之间施加电流，使得金属线发生电迁移现象，电迁移过程中，电子动量推动金属线中的金属原子向一端移动，在金属线一端形成空洞，从而断开存储单元区块之间的连接，并且该过程不会影响硅化物对电路的连接。本发明可以有效防止断开的存储单元区块再次发生连接，断开效率为100%，可以显著提高器件的可靠性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (11)
1.一种半导体结构，其特征在于，至少包括：
半导体衬底及自左向右依次形成于所述半导体衬底上并通过隔离结构相互隔离的第一存储单元区块、第一晶体管、第二晶体管及第二存储单元区块；
所述第一存储单元区块与所述第一晶体管连接；所述第二存储单元区块与所述第二晶体管连接；
所述第一晶体管与所述第二晶体管通过一金属桥结构连接，所述金属桥结构包括金属线，所述金属线在水平面上的投影为两端大中间小的哑铃型，其中所述金属线两端的面积不相等而呈非对称的哑铃型；
所述金属桥结构两端上方连接有两个焊垫，在两个焊垫之间通入预设电流并维持预设时间以使所述金属桥结构发生电迁移并推动金属原子向所述金属桥结构一端聚集从而使所述金属桥结构另一端形成空洞以致所述金属桥结构断开。
2.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于：所述第一晶体管的第一端与所述第一存储单元区块连接；所述第一晶体管的第二端与所述第二晶体管的第一端连接；所述第二晶体管的第二端与所述第二存储单元区块连接；所述第一晶体管的第一端及第二端分别为源极与漏极，或分别为漏极与源极；所述第二晶体管的第一端及第二端分别为源极与漏极，或分别为漏极与源极。
3.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于：所述金属桥结构包括分别与所述第一晶体管及第二晶体管连接的两个导电柱，所述导电柱与所述金属线相连接。
4.根据权利要求3所述的半导体结构，其特征在于：所述金属线的长度范围是200～800微米。
5.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于：所述金属线的材料为铝。
6.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于：所述第一存储单元区块包括若干晶体管，其中一个晶体管一端与所述第一晶体管一端通过第一桥结构连接；所述第二存储单元区块包括若干晶体管，其中一个晶体管一端与所述第二晶体管一端通过第二桥结构连接。
7.根据权利要求6所述的半导体结构，其特征在于：所述第一桥结构包括两个导电柱及连接两个导电柱的第一导电块，所述第二桥结构包括两个导电柱及连接两个导电柱的第二导电块；所述第一导电块为金属或多晶硅，所述第二导电块为金属或多晶硅。
8.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于：所述焊垫通过至少一层金属互连层与所述金属桥结构连接。
9.一种切断如权利要求1所述半导体结构中存储单元区块连接的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：在两个焊垫之间通入预设电流并维持预设时间以使所述金属桥结构发生电迁移并推动金属原子向所述金属桥结构一端聚集从而使所述金属桥结构另一端形成空洞以致所述金属桥结构断开。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：通入预设电流使流经所述金属桥结构的电流密度是1～5MA/cm2。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述预设时间范围是10～300秒。
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- 2014-04-01 CN CN201410129853.5A patent/CN104979356B/zh active Active
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