TW228036B - - Google Patents

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228036 A6 B6 五、發明説明（/ ) 發明背景 發_服1圍— 本發明一般係關於使用於半導踊技術實現重複或定製布 線之保險絲，而較特定者係關於展現較低焴斷電流需求之 保險絲。 圼.前技__之„説服 積鵂電路記憶器中之重複性為改良產量之當前晶片與基 片製造策咯之一部份。藉提供重複電路於基片，積體電路 記憶器產量乃藉自窜路操作消除故陣或不需要之諸電路或 横姐而增加。該宵拖乃為焴斷保險絲，其允許重複記憶器 單元用Μ取代無功能之單元。在積體電路之製造中，提供 基片與横組之定製，Μ調適基片於特定之應用亦屬通常之 實胞。如此，單一之積體電路設計可Μ經滴製造且適於若 干常規之使用途。 保險絲經已用於較低性能之產品其Κ雷射_斷保險絲之 方法。此並非實用於高性能之產品中，故因此博斷保險絲 之較佳方法係藉高電流。典型上，保險絲或可熔性鍵線係 併含於積體電路之設計中，而諸保險絲或可熔性k線乃藉 通過導致其開路之充份強度電流，W選擇性燒斷。例如， 核發至Alberts等人之美國專利No. 3,9 5 9,047 ，揭示一 棰”成頸吠”之直式鐽線形式之金牖化保險絲结構，導致高 電流之集中加熱並使鏈線開路。一種基片上可程式之聚矽 保險絲纆揭示於IBM技術揭示公報1986年8月29卷3期 1 2 9 1，1 2 9 2頁，以及一種以電遷移燒斷之鎢/鋁保險絲係 -3 - 甲 4(210X 297乂发） ....................:.................................5t...........=..................打.............................床 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本页) 228036 A6 B6 五、發明説明（上） 說明IBM技術掲示公報1 988年10月31卷5期347 · 3 4 8頁。 高密度極大規揹堉體（VLSI)雷路之技術已推動至尺寸上 之極限。未來，以其中”成頸狀”或緊縮之方式，用Μ迫使 局部化電流Κ開路保險絲而形成保險絲，實驅極為困難。 加之，基片本身之”地段”（始終為一有價值之商品）由於 日漸增加之電晶體之密度而變成甚至益為”昂貴”。此意謂 所需Μ焴斷保險絲之電源供應與驅動器電晶體必須與基片 之功能性鼋路競爭基片丨之空間。例如，使用深次微米設 計，Ρ +聚矽直式保險絲需約10毫安/保險絲受燒斷開路。 结果·保險絲驅動器電晶體必須具有至少30微米之寬度及 痛5V伏特之供應電壓。於一應用中，直式電流燒斷保險綠 及其驅動器增加約1.9 %至基片地區，而所需使保險，絲燒 斷之高電壓乃使系统環境中可程式性之代價高昂。 所賻對具直式外形保險絲之受燒斷開路之相對高電流乃 限制保險絲驅動雷晶體及/或其供應電壓之最小之尺寸。 横姐層次之可程式性需較正常操作電壓為高之供應電壓及 極大驅動器電晶體。倘期望系统中（i η _ s y s t e ra )之可程式 性時，提供高於正常搡作電壓供馍斷直式保險絲'之代價極 昂。 Davis之美國專利No. 4,064,493核發至掲示一種低電 流可熔程式鐽線係有賴於電遷移而熵斷鏈線。鄰近集極-基極結面定位鏈線有肋於加熱_線，賴Μ減少所需開路鏈 線之電流。I) a ν i s所傾向之保險絲材料為鋁，供增強電遷 移效應。因此保險絲鏈棟之設計限制於材料及邮接半導體 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本页) •打· ·" 甲 4(210Χ 297 公犮） 228036

A B 五、發明說明（3 ) 接面二者Μ提供熱屋。此相當限制電路設計及限制Da v i s 保瞼絲鏈線之應用。 發明槪述 因此，其為木發明之主要目的乃為提供具較低熵斷電流 需求之保險絲賴以減少為驅動器電晶雅所需之電源供應電 壓與基片地區。 本發明之另一目的乃為提供可藉使用習用積體電路製造 技術而製造且並未強加特別需求於積體電路設計之保險絲 Ο 根撺本發明，提供一比具大約同等截面地區之直式保險 絲為少之燒斷開電流強度之外形的保險絲。該特定之外形 涉及一個或多個直角（或近乎直角）之彎件於保險絲線而 引起”急變”保險絲·詞。用Μ燒斷急變保險絲之櫬構涉及 霉流擁擠於彎件之角。電流之擁摘產生熔化區於保險絲鏈 線其迅速自内角傳播至彎件之外角。 根撺本發明，急變保險絲可藉使用習用之半導體製造技 術製作。保險絲之製造無需附加之掩蔽或處理步驟。較較 之材料為Ρ +聚矽，但例如包含鋁之其它材料（視'應用及保 險絲使用其中之集體雷路設計而定）亦可使用。特定之夕卜 形亦可定製Μ供特定之應用，但在任何情況下，外形應允 許精確置放保險絲馍斷開路之點（保險絲中彎件之角），藉 Κ避免偶發損壞至基Η上之其它裝置。由於對燒斷保險絲 之低雷壓與低電流之需求，故可使用較小之保險絲驅動器 Μ節省貴重之基Η地段並降低電源供應之需求。 ......................................................it..............................ίτ..............................sf (請先«讀背面之注意事項再填寫本页) 甲 4(210X 297 公沒） S28036 A6 B6 五、發明説明（4 ) ' 雖則於上述核發至D a v i s之美國專利N 〇 . 4 , 0 6 4 , 4 9 3 · 之保險絲外形包含育角彎件，然Davis保險絲基本上有所 不同，因其有賴於電遢移以開路保瞼絲及需供加熱之半導 體結面以加速遷移機構。儘管Davis保險絲中之直角胄件 ，然保險絲係期Μ焴斷於相交半導體接面之直式部段内而 並非於角。因而，D a ν i s未能認知雷流擁擠可能用作燒斷 之機構。根撺本發明，急變保險絲無需外部熱源故不如 Davis保險絲複雜-此為在日漸複雜與稠密之集體電路之 設計中之一項重要因素。加之，由於保險絲開路櫬構並非 有賴於電遷移，故聚矽K及其它導體均可用於製造保險絲 Ο 由於充分之電流可由正常操作之供應電壓獲得，故.本發 明乃允許低成本之系统中（in - system)程式規削。倘僅期 望棋姐層次可製程式性，則可實琨由保險絲與其驅動器所 佔用地區之節省，因可用較高程式規劃電壓係導因於驅動 器電晶體之縮減寬度需求。 附圔之槪述 上述與其它目的，特色及優點可自Μ本發明較1佳具體實 施例之詳细說明與參考附圖而更加瞭解，附圖中： 圖1為根據木發明較佳具體實胞例之急變保險絲之階式 外形之平面圖； 圖2為圖1急變保險絲之平面圖*示此外形之加強電流 密度於内角； 圖3為圖1急變保險絲之平面圖，示跨於保險絲之熔化 甲 4(210Χ 297 公沒） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本页) .装_ •打· 228036 A6 B6 五、發明説明（少） ' 分布； 圖4為資料圖示，示根據本發明及習用直式保險絲燒斷 急變保險絲之比較電流密度； 圖5為半導體襯底之截面圖，示製造急變保險絲之製法 t « 圖6為示於圖5之急變保險絲之平面圖； 匾7為在進一步處理後之圖5之半導體襯底之截面圖； 圔8為急變保.險絲與其互連之平面圖；K及 圖9為根據木發明愤斷急變保險絲之電路圖。 本發明較佳具髑管胞例之詳细說明 現參考附圖且特別參考圖1 •顯示根據本發明較佳具體 實胞例之保險絲10。此保險絲具供作保險絲第一接點.自由 斓12之第一水平支瞇11、第二垂直支瞇13、以及具作保險 絲第二接點自由端15之第三水平支牌14。此處，應行瞭解 者”水平”與”垂直”乃為界定兩9 0°彎件於保險絲鐽線之相 對名詞。此外形引致”急變”保險絲此專有名詞之使用。保 險絲之特徵為在遍及於保險絲支腿11、13與14之主袖上具 有基本上為均匀寬度之尺寸。如自以下說明而明'晰者，急 變保險絲僅需一個髯件，示於圖1中之第二彎件則鼷重複 。此外，髯件無需為9 0°但可在實用限度内大於或小於 90° 。 實驗製横顯示，圖1之保險絲可K約為相等截面地區 之直式保險絲所需之10%之输入電流密度而燒斷開路。該 理由經顯示於圖2。由於電流之擁擠，電流密度乃集中於 ......................................................¾..............................t..............................^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -7 - 甲 4(210X29"7 公沒）

3 犹 036 A6 B6 五、發明説明（Z ) 保險絲之内角。當至保險絲之電流增加時，電流密度即抵 達於内角而引起保險絲材料熔化。如示於圖3 ，凹口形成 於各内角。由凹口改變之保瞼絲外形引起甚至益為嚴重之 電流鐮擠於凹口 ，而此擁擠随而造成熔化漫延至保險絲之 寬度上。 圖4 Μ圖線示由圖2與3所表示鼋腦製模之比較資料。 所有之保險絲為.35微米寬且係由Ρ +聚矽作成。保險絲A 與保瞼絲B二者.具如圖線左上角所表示之相同外形|唯一 之差別則為”水平”支腿之長度L。急變保險絲A與B二者 均Μ於2xl05與3xlOB安培/公分2間之輸入電流密度燒斷 ，唯一之差別則為保險絲之電阻，係按電流密度增加。自 曲線圈•可見保險緣A與B之電阻在實際燒斷前實際.上稍 有降低。此種電阻之降低係由於保險絲材料正在燒斷前熔 化之故。對比之下，直式保險絲直至接近2 X 1 0 β安培/公 分2之電流密度抵逹時並不熵斷。 以下之說明僅說明根撺本發明製造急變保險絲之一種方 法。所說明之製法特別為Ρ +聚矽作成之保險絲，但精於半 導體製造技藝者應瞭解可使用不同之製法與不同1之材料-均鼷習用者。 «參考圖5與6 ，示製造過程中之中間階段分別之截面 與平面。圖5之截面係沿圖6中之部段線5 - 5所取。首先 ，絕緣層2 1形成於矽基底2 0之上。絕緣層例如為二氧化矽 Si02或四氮化，絕緣體之選擇主要為整個集體 電路設計之函數。其次*聚矽層22係藉使用CVD或PECVD ......................................................¾..............................ίτ..............................^ (請先《讀背面之注意事項再填寫本页) 甲 4(210Χ 297 公沒） 228036 A6 B6 五、發明説明（) 技術澱積。W使用掩蔽與習用腐蝕技術，急變保險絲模型 經界定產生示於_ 5與6之結構。 其次轉至圖7與8再次分別示集體電路結構之截面與平 面，第二絕緣蹰2 3拖加於第一絕緣層2 1與聚矽急變保險絲 22之上。急變保險絲22乃因而完全包封於兩絕緣層之間供 以保謅靠近保險絲（當其燒斷時）之集體電路裝置。如最佳 示於圖8中，製造保險絲之次一步驟乃為經由第二絕緣層 23開接觴孔24與25 W暴露急變保瞼絲之自由端。最後，金 鼷接點26與27經由掩蔽澱積K填充接觸孔並提供至相關電 路之連接。 圖9示根撺本發明之用於急變保險絲30之CMOS (互補金 靨氧化半導體）電路。急變保險絲3 0係藉由熵斷控制.電路 32而導通之N -式FET(場效）電晶體堍斷。提供一個電路 Μ偵測保險絲之狀態；亦即已燒斷或未燒斷。此電路為一 由一對互連反相器：? 3與3 4姐成之閂鎖。該閂鎖存儲保險絲 狀態之資訊。為讀取資訊，输出節點35藉使重置输入36為 高而拉低。重置输人36驅動串聯連接之互補對FET 37與 38，其汲極則連接至互連反相器33與34之重置節\點39。急 變保險絲30與FRT 37及38相串聯。在重置節點39藉使重置 输入36為髙而拉低後，重置输入36乃再次拉低。倘若保險 絲3 0尚未焴斷時，输出節點3 5經由F Ε Τ 3 7恢復至高。另一 方面倘若保險絲30業已焴斷，則使重置蝓入36回至低，將 保留输出節點3 5為低。输出節點3 5及其閂_之互補節點 4 1可與位址输入4 3用於比較器4 2以說明特定之保險絲閂鎖 ......................................................«-..............................打..............................$ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 甲 4(210Χ 297 公发） 328036 A6 B6 五、發明説明（& ) 姐合。 在保險絲之問销電路中，必須加K謹憤，在無狀況發生 之正常操作情況下，保險絲可以偶發熵斷。在示於圖9之 罨路中，此情況係賴此一事實而確保-即僅在電源接通時 始具有限之電流經過保險絲30於一短時間K置定閂鎖3 3、 3 4。視保險絲之吠態而定，输出3 5與4 1控制載有電流或阻 隔電流之雷晶體（比較器42)。並無電流在保險絲本身；然 而，在正常操作、中其它應用需小電流經過保險絲之Μ支援 Ο 倘若《由保險絲焴斷控制電路3 2使输入”燒斷”為髙，則 高電流流經電晶體31而馆斷保險絲30。雖則電路中之其它 電晶體具小尺寸，然電晶體3 1則較大以便載有必要燒.斷保 賒絲30之電流。然而，根據本發明，由於需極小之電流燒 斷急變保險絲，故電晶體31之大小相較於用於早前技藝者 可作顯著之縮減。此關重要者|蓋因縱然電晶體3 1之大小 已縮減，但其仍屬-大装置主控由其餘保險絲電路所消耗 之地區。在加入約1.9% 至基片地區之直式保險絲處之應 用中，根據本發明，急變保險絲之使用僅加入0/8¾至晶片 地區（是由於倘若5 V電源用以製定程式於横姐位準時•縮 減驅動器寬度需求之故）。此係50%之節省。 棋姐層次程式規剌之可能使用為諸如基片模式選擇之基 片擬人化。在椹姐層次之擬人化降低需要庫存模姐類型之 數目。横姐層次保險絲亦可用Μ恢復焴入故障。另一方面 ，倘驅動器保持於如直式保險絲之相同大小時，則急變保 {請先聞讀背面之注意事項再瑱寫本页) .装· •打. -10- 甲 4(210X 297 W 发) 228036 A6 B6 五、發明説明（f ) η 系 直需使程 於領線 (i於 過壓以次 精與鐽 中仍 超電丨層 然神 统 Η 有應擊統 ，精通。 系基 具供撞糸 明之藉處 之當 絲之區使 說圍可之 本許 險少地下 而範亦外 成允 保減片本 例利絲面 低性 變.含基成 施專險平 許式 急包之低 實請保一 允程 之 f 減在 體申之單 , 可 形點縮及 具之明除 式之 外儍而 Μ 佳隨發於 程中 式之體勝 較附本現 削统 階大晶入 一在，實 規系 具重電人 單可如而 應。。明之動引 照明例階 供削復發絲驅化 依發。步 3V規修本險小人·。 Ε 本腌 一 3 式之據保較礙能明知實之 Κ程障根斷於之可發認而面 可In)故，燒由次為本可改表 即te時而流及層劃則者修底 絲ys中故電 Μ 姐規雖道内基 險-S铳 式求横式 此域於 ......................................................¾..............................^..............................Φ. (請先«讀背面之注意事項再填寫本页) 甲 4(210Χ 297 公沒）

Claims (1)

1. A7 B7 C7 D7 六、申請專利範ffl (請先閑讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央揉準為印製 1 . 一棰用於半導體電 構，此保險絲結構 導條片之保險絲W 條片之特徴為在遍 上為均勻寬度之尺 中，由於電流擁擠 當至保險絲鏈線之 内角引起保释絲材 2 . 根據申請專利範圍 材料為P +聚矽。 3. 根據申請專利範圍 包封於兩層絕緣材 由端之孔中之電接 4 . 根據申請專利範圍 Μ兩彎件形成•其 流擁擠而燒斷。 5. 一棰製造用於半導 结構之方法，此保 ，包含下列步驟： 形成第一絕緣層 澱積傅導材料於 界定保險絲鏈線 徴為在遍及保險絲 寬度之尺寸，但具 絲結構，其中該條片係 包含形成於暴露條片自 絲結構，其中該條片係 ，於該處保險絲由於電 複或定製布線之保險絲 較低之燒斷會流之需求 -12 - 路以實施重裡或定製布線之保險絲結 圼琨較低之焴斷電流之需求，包含傳 料在半導體基底形成保險絲鏈線，該 及保險絲鐽線之一個主袖處具有基本 寸，但具至少一個彎件於保險絲鐽線 而使電流集中於保險絲鐽路之彎件， 蝓入雷流增加時•電流密度乃抵達於 料之熔化。 第]項之保險絲結構，其中該保險絲 第2項之保險 料之間，另外 點。 第1項之保險 提供兩重複點 體電路實施重 險絲结構圼現 於矽基底上； 該第一絕緣層； 於該傳導材料中，該保險絲鏈線之特 鏈線之一個主轴處具有基本上為均句 至少一個彎件於保險絲鏈線中，Μ便 乎 4(210X297公廣） 228036 A7 B7 C7 D7 六、申請專利範a 输之 之料 線材 鍵絲 絲險 險保 保起 至引 當角 及内 M於 , 達 中抵 集乃 流度 電密 使流 而電 擠時 嫌加 流增 電流 於電 由入 上 之 線 鐽 絲 險 保 該 與 層 緣 絕 1 第 該 於 層 緣 絕 二 第 ;積 化澱 熔 端 由 自 之 線 鏈0 險 .保 該 霓 暴 ;M 線層 鏈緣 絲絕 険二 保第 該該 封於 包孔 Μ開 藉 及Μ 6 為 料 材 導 傅 該 中 。其 孔’ 該法 於方 點之 接項 電 5 之第 線圍 鏈範 絲-利 險專 保請。 積申矽 澱據聚 根厂 (請先閱請背面之注意事項再填寫本頁) ’装. •打· .線· 經濟部中喪搮準局印鬈 甲 4(210X2971：廣） 3 11