CN112242378A - 熔断反熔丝元件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种熔断反熔丝元件的方法。接收反熔丝元件,反熔丝元件包括第一导体、第二导体和设置在第一导体和第二导体之间的介电层,其中介电层具有崩溃电压。在第一时段内,施加第一电压于第一导体与第二导体之间,其中第一电压小于崩溃电压。在施加第一电压之后,在第二时段内,施加第二电压于第一导体与第二导体之间,以熔断反熔丝元件,其中第二电压大于崩溃电压。在施加电压以熔断反熔丝元件前,施加至少另一个小于介电层的崩溃电压的电压以在导体上累积电荷,对于熔断反熔丝元件是有利的,因此通过上述的方法,反熔丝元件可以具有稳定且足够低的崩溃后电阻。
Description
技术领域
本发明是关于一种熔断反熔丝元件的方法。
背景技术
集成电路(Integrated circuit,IC)装置通常在制造过程中完成所有的内部连接。然而,由于制造这种集成电路的制造时间长、开发成本高及制造工具成本高,用户会希望能够可以在工厂内编程或安装电路。这种电路称为可编程电路(programmablecircuits),通常包括可编程连结物(programmable links)。可编程连结物是在制造和封装集成电路装置后,为用户于经选定的节点处崩溃或形成的导电内连物,以启动或关闭各个经选定的电子节点。
可编程连结物的其中一类是熔丝元件(fuse element)。在IC装置中,通过在选定的交叉点处熔断熔丝元件来编程电路以产生开路(open circuit)。此外,另一种类型的可编程连结物是反熔丝元件(antifuse element),其执行与熔丝元件相反的功能。反熔丝元件起始自高电阻,被设计以形成永久的导电路径。更具体地,通过在选定的交叉点处熔断反熔丝元件对其进行编程,以在其中产生短路(short circuit)或相对低电阻的连结。然而,在传统的熔断工艺之后,反熔丝元件通常具有不稳定的崩溃后电阻(post-breakdownresistance)。鉴于上述,需要提供一种熔断反熔丝元件的新方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种熔断反熔丝元件的方法,其反熔丝元件可以具有稳定且足够低的崩溃后电阻。
本发明提供一种熔断反熔丝元件的方法。接收反熔丝元件,反熔丝元件包括第一导体、第二导体和设置在第一导体和第二导体之间的介电层,其中介电层具有崩溃电压。在第一时段内,施加第一电压于第一导体与第二导体之间,其中第一电压小于崩溃电压。在施加第一电压之后,在第二时段内,施加第二电压于第一导体与第二导体之间,以熔断反熔丝元件,其中第二电压大于崩溃电压。
在一些实施方式中,在第一时段内,第一电压是定值。
在一些实施方式中,在第二时段内,第二电压是定值。
在一些实施方式中,第二时段紧接在第一时段之后。
在一些实施方式中,第一时段等于第二时段。
在一些实施方式中,第一时段大于第二时段。
在一些实施方式中,在施加第一电压之后并且在施加第二电压之前,还包括在第三时段内,施加第三电压于第一导体与第二导体之间,其中第三电压介于第一电压和崩溃电压之间。
在一些实施方式中,在第三时段内,第三电压是定值。
在一些实施方式中,第一时段、第二时段和第三时段是相等的。
在一些实施方式中,第一时段大于第三时段,第三时段大于第二时段。
在一些实施方式中,第二时段等于第一时段和第三时段的总时段。
在一些实施方式中,第二时段大于第一时段和第三时段中的每一个。
在一些实施方式中,第一电压是崩溃电压的35%-45%,第三电压是崩溃电压的75%-85%,第二电压是崩溃电压的115%-125%。
在一些实施方式中,第一电压是崩溃电压的35%-45%,第三电压是崩溃电压的55%-65%,第二电压是崩溃电压的115%-125%。
在一些实施方式中,第一电压是崩溃电压的35%-45%,第三电压是崩溃电压的85%-95%,第二电压是崩溃电压的115%-125%。
在一些实施方式中,在施加第三电压之后且在施加第二电压之前,还包括在第四时段内,施加第四电压于第一导体与第二导体之间,其中第四电压介于第三电压与崩溃电压之间。
在一些实施方式中,在施加第四电压之后且在施加第二电压之前,还包括在第五时段内,施加第五电压于第一导体与第二导体之间,其中第五电压介于第四电压与崩溃电压之间。
在一些实施方式中,在施加第二电压之后,还包括在第六时段内,施加第六电压于第一导体与第二导体之间,其中第六电压大于第二电压。
应该理解的是,前述的一般性描述和下列具体说明仅仅是示例性和解释性的,并旨在提供所要求的本发明的进一步说明。
附图说明
本发明上述和其他实施例、特征及其他优点参照说明书内容并配合附图可得到更清楚的了解,其中:
图1是示意性地示出根据本发明各种实施方式的反熔丝元件的横截面图。
图2A至图7分别绘示出根据本发明的各种实施方式的电压-时间图。
图8绘示根据实施例和比较例的崩溃后电阻-电压图。
主要附图标记说明:
100-反熔丝元件,110-第一导体,120-第二导体,130-介电层,140-电压源,810、820-数据点。
具体实施方式
为了使本发明的叙述更加详尽与完备,可参照所附的附图及以下所述各种实施例,附图中相同的号码代表相同或相似的元件。
以下将以附图公开本发明的多个实施方式,为明确说明起见,许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而,应了解到,这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说,在本发明部分实施方式中,这些实务上的细节是非必要的。此外,为简化附图起见,一些公知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
本发明提供了一种熔断反熔丝元件的方法。图1是示意性地示出根据本发明各种实施方式的反熔丝元件的横截面图。图2A绘示出根据本发明的各种实施方式的电压-时间图。
如图1所示,提供或接收一个或多个反熔丝元件100。尽管图1仅示出了单个反熔丝元件100,但是应该理解,可以在晶圆上的半导体结构中提供或形成多个反熔丝元件100。此外,可以包括或设置诸如晶体管、电容器等其他半导体装置在反熔丝元件100附近。
反熔丝元件100包括第一导体110、第二导体120和设置在第一导体110和第二导体120之间的介电层130。在一些实施方式中,第一导体110和第二导体120分别包括金属或其他合适的导电材料,例如掺杂的半导体材料。掺杂的半导体材料可以是掺杂的多晶硅。在一些实施方式中,介电层130包括二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氧化硅-氧氮化硅-氧化硅(ONO)或其组合。在一些实施方式中,介电层130包括闸极氧化物(gate oxide,GOX)。在一些实施方式中,介电层130的厚度为25埃()至30埃。
随后,在第一导体110和第二导体120之间依序施加两个不同的电压。请参阅图2A以详细说明。在第一时段t1内,施加第一电压V1于第一导体110和第二导体120之间。介电层130具有崩溃电压(breakdown voltage)VB。第一电压V1小于崩溃电压VB。在施加第一电压V1之后,在第一导体110和第二导体120之间施加第二电压V2,以在第二时段t2内熔断反熔丝元件100,其中第二电压V2大于崩溃电压VB。
通常,反熔丝元件100在集成电路装置和工艺的领域内被用于实现多种目的,包括编程可变电路连接,或以冗余电路元件替换有缺陷的电路元件。在向第一导体110和第二导体120施加足够的电压和电流时,介电层130会崩溃。反熔丝元件100的介电层130上的电阻编码反熔丝元件100的“导通(on)”或“断开(off)”状态。在崩溃之后,介电层130上的崩溃后电阻显著降低,表明“导通”状态。反熔丝元件100的开关状态可通过电阻测量电路来读取。
应注意,因为第一电压V1小于如图2A所示的崩溃电压VB,所以电荷将累积在第一导体110和第二导体120上而不流经介电层130,在第一时段t1内,介电层130没有崩溃。随后,将大于崩溃电压VB的第二电压V2施加在第一导体110和第二导体120之间以使介电层130崩溃,此时,先前所累积的电荷流过介电层130以协助在介电层130中形成导电路径。因此,反熔丝元件100可以具有稳定且足够低的崩溃后电阻。更具体地,崩溃后电阻几乎不随不同的测量电压而变化。此外,即使介电层130的厚度不是非常均匀,反熔丝元件100仍然可以具有稳定且足够低的崩溃后电阻。
在一些实施方式中,第一电压V1和第二电压V2由图1中所示的电压源140提供。在一些实施方式中,如图2A所示,在第一时段t1内,第一电压V1是定值。在一些实施方式中,如图2A所示,在第二时段t2内,第二电压V2是定值。在一些实施方式中,如图2A所示,第二时段t2紧接在第一时段t1之后。在一些实施方式中,如图2A所示,第一时段t1等于第二时段t2,但不限于此。
请参考图2B。图2B绘示出根据本发明的各种实施方式的电压-时间图。图2B和图2A之间的区别在于,在图2B中,第一时段t1大于第二时段t2。
请参考图3A。图3A绘示出根据本发明的各种实施方式的电压-时间图。在一些实施方式中,如图3A所示,在施加第一电压V1之后并且在施加第二电压V2之前,在第三时段t3内,在第一导体110和第二导体120之间施加第三电压V3,其中第三电压V3介于第一电压V1和崩溃电压VB之间。
在一些实施方式中,第三电压V3由图1中所示的电压源140提供。在一些实施方式中,如图3A所示,在第三时段t3内,第三电压V3是定值。在一些实施方式中,如图3A所示,第三时段t3紧接在第一时段t1之后。在一些实施方式中,如图3A所示,第二时段t2紧接在第三时段t3之后。在一些实施方式中,如图3A所示,第一时段t1、第二时段t2和第三时段t3是相等的,但不限于此。在一些实施方式中,第一电压V1是崩溃电压VB的35%-45%,第三电压V3是崩溃电压VB的75%-85%,第二电压V2是崩溃电压VB的115%-125%。
请参考图3B。图3B绘示出根据本发明的各种实施方式的电压-时间图。图3B和图3A之间的区别在于,在图3B中,第一时段t1大于第三时段t3,并且第三时段t3大于第二时段t2。
请参考图3C。图3C绘示出根据本发明的各种实施方式的电压-时间图。图3C和图3A之间的区别在于,在图3C中,第二时段t2大于第一时段t1和第三时段t3中的每一个。在一些实施方式中,如图3C所示,第二时段t2等于第一时段t1和第三时段t3的总时段。在一些实施方式中,如图3C所示,第一时段t1等于第三时段t3。
请参考图4A。图4A绘示出根据本发明的各种实施方式的电压-时间图。如图4A所示,在一些实施方式中,第一电压V1为崩溃电压VB的35%-45%,第三电压V3为崩溃电压VB的55%-65%,第二电压V2是崩溃电压VB的115%-125%。
请参考图4B。图4B绘示出根据本发明的各种实施方式的电压-时间图。如图4B所示,第一电压V1为崩溃电压VB的35%-45%,第三电压V3为崩溃电压VB的85%-95%,第二电压V2是崩溃电压VB的115%-125%。
请参考图5。图5绘示出根据本发明的各种实施方式的电压-时间图。在一些实施方式中,如图5所示,在施加第三电压V3之后并且在施加第二电压V2之前,在第四时段t4内,在第一导体110和第二导体120之间施加第四电压V4,其中第四电压V4介于第三电压V3和崩溃电压VB之间。
在一些实施方式中,第四电压V4由图1中所示的电压源140提供。在一些实施方式中,如图5所示,在第四时段t4内,第四电压V4是定值。在一些实施方式中,如图5所示,第四时段t4紧接在第三时段t3之后。在一些实施方式中,如图5所示,第二时段t2紧接在第四时段t4之后。在一些实施方式中,如图5所示,第一时段t1、第二时段t2、第三时段t3和第四时段t4是相等的,但不限于此。
请参考图6。图6绘示出根据本发明的各种实施方式的电压-时间图。在一些实施方式中,如图6所示,在施加第四电压V4之后并且在施加第二电压V2之前,在第五时段t5内,在第一导体110和第二导体120之间施加第五电压V5,其中第五电压V5介于第四电压V4和崩溃电压VB之间。
在一些实施方式中,第五电压V5由图1中所示的电压源140提供。在一些实施方式中,如图6所示,在第五时段t5内,第五电压V5是定值。在一些实施方式中,如图6所示,第五时段t5紧接在第四时段t4之后。在一些实施方式中,如图6所示,第二时段t2紧接在第五时段t5之后。在一些实施方式中,如图6所示,第一时段t1、第二时段t2、第三时段t3、第四时段t4和第五时段t5是相等的,但不限于此。
请参考图7。图7绘示出根据本发明的各种实施方式的电压-时间图。在一些实施方式中,如图7所示,在施加第二电压V2之后,在第六时段t6内,在第一导体110和第二导体120之间施加第六电压V6,其中第六电压V6大于第二电压V2。
在一些实施方式中,第六电压V6由图1中所示的电压源140提供。在一些实施方式中,如图7所示,在第六时段t6内,第六电压V6是定值。在一些实施方式中,如图7所示,第六时段t6紧接在第二时段t2之后。在一些实施方式中,如图7所示,第一时段t1、第二时段t2、第三时段t3、第四时段t4、第五时段t5和第六时段t6是是相等的,但不限于此。
请参考图2A、2B、3A、3B、3C、4A、4B和图5。在一些实施方式中,在施加第二电压V2之后,在第六时段t6(未绘于这些图中)内在第一导体110和第二导体120之间施加第六电压V6(未绘于这些图中),其中第六电压V6大于第二电压V2。
测量崩溃后电阻
提供实施例和比较例。在实施例和比较例中,反熔丝元件100用于被熔断。反熔丝元件100包括第一导体110、第二导体120和设置在第一导体110和第二导体120之间的介电层130。介电层130是SiO2层,厚度为25埃,崩溃电压约为4.2V。在熔断反熔丝元件100之后,测量反熔丝元件100的崩溃后电阻。结果绘于图8。图8绘示根据实施例和比较例的崩溃后电阻-电压图。
在实施例中,在第一导体110和第二导体120之间施加一系列不同电压以熔断反熔丝元件100。请参阅图7以详细说明。电压V1、V3、V4、V5、V2和V6分别为1V、2V、3V、4V、5V和6V。时段t1、t3、t4、t5、t2和t6分别为5ms。在不同电压下测量反熔丝元件100的崩溃后电阻。通过上述操作熔断并测量五个反熔丝元件100。测量结果是图8中所示的数据点810。数据点810在各测量电压下几乎重叠。
另一方面,在比较例中,在3ms的时段内,在第一导体110和第二导体120之间施加6V的单一固定电压以熔断反熔丝元件100。在不同电压下测量反熔丝元件100的崩溃后电阻。通过上述操作熔断并测量三个反熔丝元件100。测量结果是图8中所示的数据点820。
请参考图8。从数据点810可以看出,实施例中的反熔丝元件100的崩溃后电阻几乎不随着不同的测量电压而变化。相反地,从数据点820可以看出,比较例中的反熔丝元件100的崩溃后电阻会随不同的测量电压变化。此外,在各测量电压下,实施例的反熔丝元件100的崩溃后电阻低于比较例的反熔丝元件100的崩溃后电阻。因此可知,实施例的反熔丝元件100具有稳定且足够低的崩溃后电阻。
鉴上述,在施加电压以在导体之间熔断包括导体和介电层的反熔丝元件之前,施加至少另一个小于介电层的崩溃电压的电压以在导体上累积电荷,对于熔断反熔丝元件是有利的,因此反熔丝元件可以具有稳定且足够低的崩溃后电阻。
尽管已经参考某些实施方式相当详细地描述了本发明,但是亦可能有其他实施方式。因此,前述权利要求的精神和范围不应限于此处包含的实施方式的描述。
对于所属技术领域的技术人员来说,显而易见的是,在不脱离本发明的范围或精神的情况下,可以对本发明的结构进行各种修改和变化。鉴于前述内容,本发明意图涵盖落入前述权利要求范围内的本发明的修改和变化。
Claims (18)
1.一种熔断反熔丝元件的方法,其特征在于,包括:
接收反熔丝元件,所述反熔丝元件包括第一导体、第二导体和设置在所述第一导体和所述第二导体之间的介电层,其中所述介电层具有崩溃电压;
在第一时段内,施加第一电压于所述第一导体与所述第二导体之间,其中所述第一电压小于所述崩溃电压;以及
在施加所述第一电压之后,在第二时段内,施加第二电压于所述第一导体与所述第二导体之间,以熔断所述反熔丝元件,其中所述第二电压大于所述崩溃电压。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述第一时段内,所述第一电压是定值。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述第二时段内,所述第二电压是定值。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第二时段紧接在所述第一时段之后。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一时段等于所述第二时段。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一时段大于所述第二时段。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在施加所述第一电压之后并且在施加所述第二电压之前,还包括在第三时段内,施加第三电压于所述第一导体与所述第二导体之间,其中所述第三电压介于所述第一电压和所述崩溃电压之间。
8.如权利要求7所述的方法,其特征在于,在所述第三时段内,所述第三电压是定值。
9.如权利要求7所述的方法,其特征在于,所述第一时段、所述第二时段和所述第三时段是相等的。
10.如权利要求7所述的方法,其特征在于,所述第一时段大于所述第三时段,所述第三时段大于所述第二时段。
11.如权利要求7所述的方法,其特征在于,所述第二时段等于所述第一时段和所述第三时段的总时段。
12.如权利要求7所述的方法,其特征在于,所述第二时段大于所述第一时段和所述第三时段中的每一个。
13.如权利要求7所述的方法,其特征在于,所述第一电压是所述崩溃电压的35%-45%,所述第三电压是所述崩溃电压的75%-85%,所述第二电压是所述崩溃电压的115%-125%。
14.如权利要求7所述的方法,其特征在于,所述第一电压是所述崩溃电压的35%-45%,所述第三电压是所述崩溃电压的55%-65%,所述第二电压是所述崩溃电压的115%-125%。
15.如权利要求7所述的方法,其特征在于,所述第一电压是所述崩溃电压的35%-45%,所述第三电压是所述崩溃电压的85%-95%,所述第二电压是所述崩溃电压的115%-125%。
16.如权利要求7所述的方法,其特征在于,在施加所述第三电压之后且在施加所述第二电压之前,还包括在第四时段内,施加第四电压于所述第一导体与所述第二导体之间,其中所述第四电压介于所述第三电压与所述崩溃电压之间。
17.如权利要求16所述的方法,其特征在于,在施加所述第四电压之后且在施加所述第二电压之前,还包括在第五时段内,施加第五电压于所述第一导体与所述第二导体之间,其中所述第五电压介于所述第四电压与所述崩溃电压之间。
18.如权利要求17所述的方法,其特征在于,在施加所述第二电压之后,还包括在第六时段内,施加第六电压于所述第一导体与所述第二导体之间,其中所述第六电压大于所述第二电压。
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