TWI803206B - Semiconductor device structure and semiconductor circuit having fuse elements - Google Patents
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Abstract
Description
本申請案主張美國第17/542,705號及第17/545,471號專利申請案之優先權(即優先權日為「2021年12月6日」及「2021年12月8日」),其內容以全文引用之方式併入本文中。This application claims priority to U.S. Patent Application Nos. 17/542,705 and 17/545,471 (i.e., with priority dates of "December 6, 2021" and "December 8, 2021"), the content of which is It is incorporated herein by reference in its entirety.
本揭露關於一種半導體元件結構及半導體電路,特別是關於一種具有熔絲元件的半導體元件結構及半導體電路。The present disclosure relates to a semiconductor device structure and a semiconductor circuit, in particular to a semiconductor device structure and a semiconductor circuit with a fuse element.
熔絲(fuse)和電子熔絲(e-fuse)通常用於記憶體元件,以將冗餘的記憶胞(cell)轉換為正常記憶胞。利用測試電路來判斷熔絲的狀態(即熔絲是否熔斷),因此使相應的記憶胞可以被確定為正常記憶胞或冗餘記憶胞。隨著技術的發展,半導體元件結構的記憶胞的尺寸不斷減小。由於半導體元件結構中每個部件(component)的尺寸不可能無限制地減少,因此找到其他方法來減少半導體元件結構的尺寸是至關重要。Fuses and e-fuses are commonly used in memory devices to convert redundant memory cells into normal memory cells. The test circuit is used to determine the state of the fuse (that is, whether the fuse is blown), so that the corresponding memory cell can be determined as a normal memory cell or a redundant memory cell. With the development of technology, the size of the memory cell of the semiconductor device structure is continuously reduced. Since the size of each component in the semiconductor device structure cannot be reduced without limit, it is very important to find other ways to reduce the size of the semiconductor device structure.
上文之「先前技術」說明僅係提供背景技術,並未承認上文之「先前技術」說明揭示本揭露之標的,不構成本揭露之先前技術,且上文之「先前技術」之任何說明均不應作為本案之任一部分。The above "prior art" description is only to provide background technology, and does not acknowledge that the above "prior art" description discloses the subject of this disclosure, and does not constitute the prior art of this disclosure, and any description of the above "prior art" shall not form part of this case.
本揭露的一個實施例提供一種半導體元件結構。該半導體元件結構包括一第一閘極結構、一第二閘極結構以及一第一主動區。該第一閘極結構沿一第一方向延伸並與一第一電晶體電性連接。該第二閘極結構沿該第一方向延伸,並與一第二電晶體電性連接。該第一主動區沿不同於該第一方向的一第二方向延伸,並跨越該第一閘極結構和該第二閘極結構。該第一閘極結構和該第一主動區共同形成一第一熔絲元件。該第二閘極結構和該第一主動區共同形成一第二熔絲元件。An embodiment of the disclosure provides a semiconductor device structure. The semiconductor element structure includes a first gate structure, a second gate structure and a first active region. The first gate structure extends along a first direction and is electrically connected with a first transistor. The second gate structure extends along the first direction and is electrically connected with a second transistor. The first active region extends along a second direction different from the first direction, and spans the first gate structure and the second gate structure. The first gate structure and the first active region jointly form a first fuse element. The second gate structure and the first active region jointly form a second fuse element.
本揭露的另一個實施例提供一種半導體元件結構。該半導體元件結構包括複數個熔絲元件、一參考電阻單元、一第一開關電路以及一鎖存電路。該參考電阻單元經配置以接收一第一電源訊號,並與該複數個熔絲元件電性耦合。該第一開關電路經配置以電性連接該參考電阻單元和該複數個熔絲元件。該鎖存電路經配置以讀取一第一節點的一評估訊號,該第一節點位於該參考電阻單元和該複數個熔絲元件之一之間。Another embodiment of the present disclosure provides a semiconductor device structure. The semiconductor element structure includes a plurality of fuse elements, a reference resistance unit, a first switch circuit and a latch circuit. The reference resistance unit is configured to receive a first power signal and is electrically coupled with the plurality of fuse elements. The first switch circuit is configured to electrically connect the reference resistance unit and the plurality of fuse elements. The latch circuit is configured to read an evaluation signal of a first node located between the reference resistance unit and one of the plurality of fuse elements.
本揭露的另一個實施例提供一種半導體元件結構。該半導體元件結構包括複數個熔絲元件、一參考電阻單元、一第一導電終端、第一開關電路以及一第二開關電路。該複數個熔絲元件中的每一個都具有一第一終端和一第二終端。該參考電阻單元經配置以接收一第一電源訊號,並與該複數個熔絲元件中的每一個的該第一終端電性耦合。該第一導電終端經配置以接收一第二電源訊號,並與該複數個熔絲元件中的每一個的該第二終端電性耦合。該第一開關電路經配置以將該複數個熔絲元件中的每一個的該第二終端與地電性耦合。該第二開關電路耦合在該參考電阻單元和地之間。因應於該第一電源訊號被施加到該參考電阻單元,該第一開關電路經配置以建立一第一導電路徑,該第一導電路徑通過該參考電阻單元和該複數個熔絲元件之一到地。因應於該第二電源訊號被施加到該第一導電終端,該第二開關電路經配置以建立一第二導電路徑,該第二導電路徑通過該複數個熔絲中之一到地。Another embodiment of the present disclosure provides a semiconductor device structure. The semiconductor device structure includes a plurality of fuse elements, a reference resistance unit, a first conductive terminal, a first switch circuit and a second switch circuit. Each of the plurality of fuse elements has a first terminal and a second terminal. The reference resistance unit is configured to receive a first power signal and is electrically coupled to the first terminal of each of the plurality of fuse elements. The first conductive terminal is configured to receive a second power signal and is electrically coupled to the second terminal of each of the plurality of fuse elements. The first switch circuit is configured to electrically couple the second terminal of each of the plurality of fuse elements with ground. The second switch circuit is coupled between the reference resistor unit and ground. In response to the first power signal being applied to the reference resistance unit, the first switch circuit is configured to establish a first conduction path through the reference resistance unit and one of the plurality of fuse elements to land. In response to the second power signal being applied to the first conductive terminal, the second switch circuit is configured to establish a second conductive path through one of the plurality of fuses to ground.
參考電阻單元呈現可變電阻。可變電阻可以根據製程變化引起的熔絲元件的不同電阻來調整。根據相應熔絲元件的實際電阻,參考電阻的電阻可以在製備完成後改變。因此,本揭露提供一種具有改進的靈活性的元件。由於元件具有參考電阻單元,不需要額外的光罩來修改參考電阻。此外,由於不需要重新啟動整個製造過程,生產時間得以縮短。The reference resistance unit exhibits variable resistance. The variable resistor can be adjusted according to the different resistance of the fuse element caused by the process variation. Depending on the actual resistance of the corresponding fuse element, the resistance of the reference resistor can be changed after fabrication. Thus, the present disclosure provides an element with improved flexibility. Since the component has a reference resistor unit, no additional photomask is required to modify the reference resistor. In addition, production time is reduced because the entire manufacturing process does not need to be restarted.
上文已相當廣泛地概述本揭露之技術特徵及優點,俾使下文之本揭露詳細描述得以獲得較佳瞭解。構成本揭露之申請專利範圍標的之其它技術特徵及優點將描述於下文。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解,可相當容易地利用下文揭示之概念與特定實施例可作為修改或設計其它結構或製程而實現與本揭露相同之目的。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者亦應瞭解,這類等效建構無法脫離後附之申請專利範圍所界定之本揭露的精神和範圍。The technical features and advantages of the present disclosure have been broadly summarized above, so that the following detailed description of the present disclosure can be better understood. Other technical features and advantages constituting the subject matter of the claims of the present disclosure will be described below. Those skilled in the art of the present disclosure should understand that the concepts and specific embodiments disclosed below can be easily used to modify or design other structures or processes to achieve the same purpose as the present disclosure. Those with ordinary knowledge in the technical field to which the disclosure belongs should also understand that such equivalent constructions cannot depart from the spirit and scope of the disclosure defined by the appended claims.
現在用具體的語言來描述附圖中說明的本揭露的實施例,或實例。應理解的是,在此不打算限制本揭露的範圍。對所描述的實施例的任何改變或修改,以及對本文所描述的原理的任何進一步應用,都應被認為是與本揭露內容有關的本領域普通技術人員通常會做的。參考符號可以在整個實施例中重複,但這並不一意旨一個實施例的特徵適用於另一個實施例,即使它們共用相同的參考符號。Embodiments, or examples, of the present disclosure illustrated in the drawings will now be described in specific language. It should be understood that no limitation of the scope of the present disclosure is intended herein. Any changes or modifications to the described embodiments, and any further applications of the principles described herein, are considered to be within the ordinary skill of the art to which this disclosure pertains. Reference signs may be repeated throughout the embodiments, but this does not necessarily mean that features of one embodiment are applicable to another embodiment, even if they share the same reference signs.
應理解的是,當一個元素被稱為"連接"或"耦合"另一個元素時,最初的元素可以直接連接到或耦合到另一個元素,或連接到其他中間的元素。It will be understood that when an element is referred to as being "connected" or "coupled" to another element, the original element can be directly connected or coupled to the other element or to other intervening elements.
應理解的是,儘管用語第一、第二、第三等可用於描述各種元素、元件、區域、層或部分。可用於描述各種元素、部件、區域、層或部分,但這些元素、部件、區域、層或部分不受這些用語的限制。相反,這些用語僅用來區分一個元素、元件、區域、層或部分與另一個區域、層或部分。因此,下面討論的第一元素、元件、區域、層或部分可以稱為第二元素、元件、區域、層或部分而不偏離本發明概念的教導。It will be understood that although the terms first, second, third etc. may be used to describe various elements, elements, regions, layers or sections. can be used to describe various elements, components, regions, layers or sections, but these elements, components, regions, layers or sections are not limited by these terms. On the contrary, these terms are only used to distinguish one element, component, region, layer or section from another region, layer or section. Thus, a first element, component, region, layer or section discussed below could be termed a second element, component, region, layer or section without departing from the teachings of the inventive concept.
本文使用的用語僅用於描述特定的實施例,並不打算局限于本發明的概念。正如本文所使用的,單數形式的”一"、"一個”和”該”旨在包括複數形式,除非上下文特別指出。應進一步理解,用語”包括”和”包含”在本說明書中使用時,指出了所述特徵、整數、步驟、操作、元素或元件的存在,但不排除存在或增加一個或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元素、元件或其組。The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the inventive concepts. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" are intended to include plural forms unless the context specifically dictates otherwise. It should be further understood that when the words "comprise" and "comprising" are used in this specification, they point out the existence of said features, integers, steps, operations, elements or elements, but do not exclude the existence or addition of one or more other features, An integer, step, operation, element, component, or group thereof.
應該注意的是,"大約"修改所採用的本揭露內容的成分、組分或反應物的數量,是指可能發生的數字數量的變化,例如,通過用於製造濃縮物或溶液的典型測量和液體處理程序。此外,測量程序中的疏忽錯誤、用於製造組合物或執行方法的成分的製造、來源或純度的差異等都可能產生變化。在一個方面,術語"大約"是指報告數值的10%以內。在另一個方面,術語"大約"是指報告數值的5%以內。在另一個方面,術語"大約"是指報告數值的10、9、8、7、6、5、4、3、2或1%以內。It should be noted that "about" the amount of an ingredient, component, or reactant employed to modify the present disclosure refers to variations in numerical quantities that may occur, for example, by typical measurements and liquid handler. In addition, inadvertent errors in measurement procedures, differences in the manufacture, source, or purity of ingredients used in making compositions or performing methods may produce variations. In one aspect, the term "about" means within 10% of the reported value. In another aspect, the term "about" means within 5% of the reported value. In another aspect, the term "about" means within 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, or 1% of the reported value.
圖1是示意圖,例示本揭露一些實施例之半導體元件結構的測試系統10。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a
根據圖1,測試系統10經配置以監測半導體元件結構11。在一些實施例中,測試系統10經配置以測試半導體元件結構11。半導體元件結構11可以包括一記憶體、記憶體元件(device)、記憶體晶粒(die)或記憶體晶片(chip)。在一些實施例中,半導體元件結構11可以包括一個或複數個記憶胞(memory cell)。半導體元件結構11可以在製備後進行測試,並在之後出貨。According to FIG. 1 , a
在一些實施例中,測試系統10可以構成一測試設備。測試系統10可以包括硬體和軟體部件(component),以為測試提供一合適的操作和功能環境。在一些實施例中,測試系統10可以包括訊號產生器12,監視器13和耦合器14。In some embodiments, the
訊號產生器12經配置以產生一測試訊號。在一些實施例中,訊號產生器12可以提供一電源訊號。應該理解的是,其他電源訊號,如資料訊號和電源訊號更可以提供給半導體元件結構11。The
監視器13經配置以判斷半導體元件結構11的狀態。監視器13可經配置以判斷半導體元件結構11的部件的狀態。回應訊號可以由監視器13識別,以確定半導體元件結構11的部件(例如,記憶胞)是一正常元件或是一冗餘元件。The
耦合器14經配置以將訊號產生器12耦合到半導體元件結構11。在一些實施例中,耦合器14可以通過一個或複數個探針15耦合到半導體元件結構11。探針15可以是探針頭(probe head)或探針組裝(probe package)(未顯示)的一部分。探針15可以與設置在半導體元件結構11上的一測試導電終端(墊)和/或鍵合墊電性耦合。該測試導電終端(墊)和/或鍵合墊提供與半導體元件結構11的一互連結構(例如,佈線)的電性連接。例如,一些探針可以耦合到與半導體元件結構11的一電源終端(如VDD)和一接地終端(如VSS)相關的墊。其他探針可以與半導體元件結構11的一輸入及輸出(I/O)終端(例如,資料訊號)相關聯的墊耦合。因此,測試系統10可在測試期間對半導體元件結構11施加電訊號並從半導體元件結構11獲得回應訊號。The
圖2是示意圖,例示本揭露一些實施例之半導體元件結構100a的示意圖。半導體元件結構100a可以包括一記憶體、記憶體元件、記憶體晶粒、記憶體晶片或其他部件。半導體元件結構100a可以是一記憶體、記憶體元件、記憶體晶粒或記憶體晶片的一部分。例如,該記憶體可以是一動態隨機存取記憶體(dynamic random access memory,DRAM)。在一些實施例中,該DRAM可以是一第四代雙倍資料率同步(DDR4)DRAM。在一些實施例中,該記憶體包括一個或複數個記憶胞(或記憶位元、記憶塊(block))。在一些實施例中,該記憶胞包括一熔絲元件(fuse element)。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a schematic diagram of a
半導體元件結構100a可以包括熔絲元件101、評估單元110、和狀態設定單元120。在一些實施例中,評估單元110可以包括參考電阻單元105、開關電路TD和TE、以及鎖存電路130。在一些實施例中,熔絲元件101和開關電路TA和TB可以做為評估單元110的一部分。在一些實施例中,狀態設定單元120可以包括熔絲元件101、導電終端122以及兩個開關電路TB和TC。The
參照圖2,參考電阻單元105具有終端105-1,經配置以接收電源訊號VDD。參考電阻單元105具有終端105-2,經配置以與熔絲元件101電性耦合。在一些實施例中,開關電路TB可以與熔絲元件101電性連接。開關電路TD可以與參考電阻單元105電性連接。在一些實施例中,開關電路TD可以與開關電路TB電性連接。在一些實施例中,開關電路TD可以電性連接在開關電路TB和參考電阻單元105之間。在一些實施例中,熔絲元件101可以通過開關電路TB和TC耦合到地。開關電路TA可以與熔絲元件101電性連接。開關電路TA可以電性連接到地。Referring to FIG. 2, the
在一些實施例中,鎖存電路130與參考電阻單元105電性耦合。鎖存電路130可以通過開關電路TB、TD和TE與熔絲元件101電性耦合。在一些實施例中,開關電路TE與參考電阻單元105電性連接。開關電路TE可以與鎖存電路130電性連接。在一些實施例中,開關電路TE可以與開關電路TD電性連接。一評估或一輸出訊號可以在鎖存電路130的導電終端VE處獲得。In some embodiments, the
參照圖2,導電終端122可以與熔絲元件101電性連接。導電終端122可以是一測試墊、探針墊、導電墊、導電終端,或其他合適的元件。在一些實施例中,導電終端122經配置以接收狀態設定訊號VB。在一些實施例中,開關電路TB可以與熔絲元件101電性連接。開關電路TC可以與開關電路TB電性連接。開關電路TB可以在開關電路TC和熔絲元件101之間電性連接。開關電路TC可以與地電性連接。Referring to FIG. 2 , the
在一些實施例中,每個開關電路TA、TB、TC、TD和TE可以是一開關、電晶體或其他可開關電路。In some embodiments, each switch circuit TA, TB, TC, TD and TE may be a switch, transistor or other switchable circuit.
圖2A是示意圖,例示本揭露一些實施例之半導體元件結構100a。在一些實施例中,開關電路TB和TC經配置以因應於狀態設定訊號VB而被開啟(turned on),以建立導電路徑111A。在一些實施例中,導電路徑111A可因應於狀態設定訊號VB而通過熔絲元件101到地。在一些實施例中,當狀態設定訊號VB被施加到導電終端122時,導電路徑111A依次通過熔絲元件101、開關電路TB和TC,並接地。此外,開關電路TA、TD和TE可經配置以關閉(turned off),因此使導電路徑111A可以通過熔絲元件101。FIG. 2A is a schematic diagram illustrating a
在一些實施例中,狀態設定訊號VB可以是一電壓訊號或一電流訊號。在一些實施例中,狀態設定訊號VB可以是具有超過半導體元件結構100a一正常操作電壓的電壓訊號。在一些實施例中,狀態設定訊號VB可以具有4-6V範圍內的電壓。在一個實施例中,狀態設定訊號VB可以具有在5-6V範圍內的電壓。當狀態設定訊號VB被施加時,熔絲元件101的狀態可以被改變。例如,狀態設定訊號VB可經配置以燒毀熔絲元件101的一個層(未顯示)。在熔絲元件101的該層被燒毀後,熔絲元件101該層的物理特性,如抗蝕性、密度或其他特性,會被改變。在一狀態設定操作之前,熔絲元件101可能具有相對較高的電阻。在該狀態設定操作之後,熔絲元件101可能具有相對較低的電阻。在本揭露內容中,該狀態設定操作之前的熔絲元件可稱為一"未熔斷(unblown)"的熔絲元件,而該狀態設定操作之後的熔絲元件可稱為一"熔斷(blown)"的熔絲元件。In some embodiments, the state setting signal VB can be a voltage signal or a current signal. In some embodiments, the state setting signal VB may be a voltage signal having a voltage exceeding a normal operating voltage of the
熔斷的熔絲元件101的電阻低於未熔斷的熔絲元件101的電阻。在一些實施例中,熔絲元件101可以是一反熔絲(anti-fuse)。例如,該反熔絲可以是一電子熔絲(e-fuse)。在一些實施例中,該反熔絲包括一多晶矽電子熔絲或其他類型的反熔絲。A blown
在一個實施例中,未熔斷的熔絲元件101的電阻可以在1.5M到20MΩ的範圍內。在另一個實施例中,未熔斷的熔絲元件101的電阻可以在5M至20MΩ的範圍內。在一些實施例中,未熔斷的熔絲元件101的電阻可以超過20MΩ。在該狀態設定操作之後,熔斷的熔絲元件101的電阻可以在大約2k到800kΩ。在一個實施例中,熔斷的熔絲元件101的電阻可以在大約2k到20kΩ。在另一個實施例中,熔斷的熔絲元件101的電阻可以超過100kΩ。在一些實施例中,熔絲元件101的電阻可以在大約100k至800kΩ。In one embodiment, the resistance of the
圖2B是示意圖,例示本揭露一些實施例之半導體元件結構100a。在一些實施例中,開關電路TA、TB和TD經配置以被開啟,以建立導電路徑111B。在一些實施例中,導電路徑111B可因應於電源訊號VDD而通過參考電阻單元105和熔絲元件101到地。在一些實施例中,開關電路TC經配置以被關閉,以便建立導電路徑111B。在一些實施例中,當電源訊號VDD被施加到參考電阻單元105的終端105-1時,導電路徑111B依次通過參考電阻單元105、開關電路TD和TB、熔絲元件101和開關電路TA到地。在一些實施例中,電源訊號VDD可以是一正常的操作電壓。在一些實施例中,由電源訊號VDD提供的電源可以小於狀態設定訊號VB的電源。例如,電源訊號VDD的電壓可以是1.2V左右。FIG. 2B is a schematic diagram illustrating a
在一些實施例中,在參考電阻105和熔絲元件101之間的節點W處產生訊號X,以因應於電源訊號VDD。參照圖2B,在節點W處產生的訊號X可以通過開關電路TD和TE傳送到鎖存電路130。In some embodiments, the signal X is generated at the node W between the
在一些實施例中,鎖存電路130經配置以讀取在參考電阻105和熔絲元件101之間的節點W處產生的訊號X。節點W在參考電阻105和熔絲元件101之間,其間具有或沒有其他耦合的元件。例如,節點W可以在開關電路TB和TD之間。在一個實施例中,節點W可以在開關電路TD和參考電阻單元105之間。在另一個實施例中,節點W可以在開關電路TB和熔絲元件101之間。在一些實施例中,訊號X可以包括一電壓訊號或一電流訊號。In some embodiments, the
在一些實施例中,開關電路TE經配置以被開啟,以將訊號X傳送到鎖存電路130。在一評估期間,當開關電路TA、TB、TD和TE經配置以被開啟,以建立導電路徑111B時,可以在節點W處獲得訊號X並傳輸到鎖存電路130。在一些實施例中,鎖存電路130可以讀取訊號X。在一些實施例中,鎖存電路130可以將訊號X轉換成訊號Y。例如,由鎖存電路130操作的訊號X的一轉換可以包括將一訊號轉換或反轉為另一訊號。在一個實施例中,由鎖存電路130操作的訊號X的該轉換可以包括一相位轉移。在另一個實施例中,由鎖存電路130操作的訊號X的該轉換可以包括一放大(amplification)。In some embodiments, the switch circuit TE is configured to be turned on to transmit the signal X to the
在一些實施例中,鎖存電路130可以將類比訊號X轉換成邏輯訊號Y。鎖存電路130可以將訊號X與一閾值(threshold)進行比較,並根據訊號X與該閾值的一比較結果,輸出訊號Y。例如,當訊號X超過該閾值時,鎖存電路130可以輸出一邏輯低訊號Y。相反,當訊號X低於該閾值時,鎖存電路130可以輸出一邏輯高訊號Y。在一些實施例中,訊號Y具有與訊號X相反的一邏輯值。例如,當訊號X是邏輯"0"時,訊號Y將是邏輯"1"。相反,當訊號X是邏輯"1"時,訊號Y將是邏輯"0"。在一些實施例中,鎖存電路130可以儲存訊號Y。In some embodiments, the
參照圖2B,鎖存電路130可以包括兩個反相器131和132。在一些實施例中,鎖存電路130可以包括兩個以上的反相器。在一些實施例中,鎖存電路130可以是另一種類型的鎖存電路。反相器131具有輸入終端IN_1和輸出終端OUT_1。反相器132具有輸入終端IN_2和輸出終端OUT_2。在一些實施例中,反相器131的輸入終端IN_1可以通過開關電路TE耦合到參考電阻單元105。反相器131的輸入終端IN_1可以通過開關電路TB、TD和TE耦合到熔絲元件101。反相器131的輸出終端OUT_1可以耦合到導電終端VE。在一些實施例中,反相器131的輸入終端IN_1可以連接到反相器132的輸出終端OUT_2。反相器131的輸出終端OUT_1可以連接到反相器132的輸入終端IN_2。也就是說,反相器132的輸入終端IN_2可以與導電終端VE耦合。反相器132的輸出終端OUT_2可以耦合到參考電阻單元105。反相器132的輸出終端OUT_2可以耦合到熔絲元件101。Referring to FIG. 2B , the
為了評估熔絲元件101的狀態(即熔絲元件101是否被熔斷),訊號X(或訊號Y)被監測。訊號X取決於熔絲元件101的電阻。訊號X與一預定訊號或一閾值進行比較。根據訊號X和該預定訊號的一比較結果,邏輯訊號Y可以在導電終端VE上輸出。當訊號X超過該預定訊號時,表示熔絲元件101沒有被熔斷。當訊號X未能超過該預定訊號時,表示熔絲元件101被熔斷。In order to evaluate the state of the fuse element 101 (ie, whether the
在一些實施例中,如果訊號X超過該預定訊號,鎖存電路130可以輸出一邏輯低訊號Y。也就是說,該邏輯低訊號Y表示熔絲元件101沒有被熔斷。當訊號X低於該預定訊號時,鎖存電路130可以輸出一邏輯高訊號Y,換句話說,該邏輯高訊號Y表示熔絲元件101被熔斷。In some embodiments, if the signal X exceeds the predetermined signal, the
可以在導電終端VE處獲得訊號Y,這樣就可以確定熔絲元件101的狀態。熔絲元件101的狀態可用來判斷半導體元件結構是一冗餘元件或是一正常元件。The signal Y can be obtained at the conductive terminal VE so that the state of the
圖2C是示意圖,例示本揭露一些實施例之當導電路徑111B建立時,半導體元件結構100a的一部分的等效電路20。等效電路20在開關電路TA、TB和TD開啟時配置,且在開關電路TC關閉時配置。換句話說,等效電路20代表導電路徑111B通過的一簡化的電路。FIG. 2C is a schematic diagram illustrating an
等效電路20包括兩個電阻RR和RF。在一些實施例中,電阻RR可以是參考電阻單元105的電阻。電阻器RF可以是熔絲元件101的電阻。在一些實施例中,電阻RR可以與電阻RF串聯。在電阻RR和電阻RF之間具有節點W。也就是說,圖2C中的節點W與圖2B中的節點相對應。在一些實施例中,電阻RR經配置以接收電源訊號VDD。例如,電源訊號VDD可以是1.2V的電壓。在一些實施例中,電阻RF與電阻RR和地相連。The
參照圖2C,訊號X可以是在節點W處獲得的電壓訊號,因此,訊號X可以根據公式1計算。
[公式1]
Referring to FIG. 2C , the signal X can be a voltage signal obtained at the node W, therefore, the signal X can be calculated according to
在公式1中,X代表訊號X的電壓;RR代表參考電阻單元105的電阻;RF代表熔絲元件101的電阻;VDD代表電源訊號。In
為了準確評估熔絲元件101的狀態,電阻RR可以低於未熔斷熔絲元件的電阻RF。此外,電阻RR可以超過熔斷熔絲元件的電阻RF。在一些實施例中,電阻RR可以介於未熔斷熔絲元件的電阻和已熔斷熔絲元件的電阻之間。In order to accurately assess the state of the
在一個實施例中,未熔斷的熔絲元件101的電阻可以在1.5M到20MΩ的範圍內。在另一個實施例中,未熔斷的熔絲元件101的電阻可以在5M至20MΩ的範圍內。在一些實施例中,未熔斷的熔絲元件101的電阻可以超過20MΩ。在該狀態設定操作之後,已熔斷的熔絲元件101的電阻可以是2k到800kΩ。在一個實施例中,熔斷的熔絲元件101的電阻可以是2k到20kΩ。在另一個實施例中,熔絲元件101的電阻可以超過100kΩ。在一些實施例中,熔斷的熔絲元件101的電阻可以是100k至800kΩ。In one embodiment, the resistance of the
在一些實施例中,該預定訊號的電壓小於電源訊號VDD的電壓。在一些實施例中,該預定訊號具有一電壓,它以分數的形式乘以電源訊號VDD。例如,如果該預定訊號的該電壓是電源訊號VDD的一半,例如1.2V,那麼該預定訊號的該電壓可以是0.6V。也就是說,當公式1的結果超過0.6V時,節點W處的訊號X將被判定為一邏輯高,表示熔絲元件101沒有被熔斷,而當小於0.6V時,節點W處的訊號X將被判定為一邏輯低,表示熔絲元件101被熔斷。In some embodiments, the voltage of the predetermined signal is lower than the voltage of the power signal VDD. In some embodiments, the predetermined signal has a voltage that is multiplied by the power signal VDD in fractional form. For example, if the voltage of the predetermined signal is half of the power signal VDD, such as 1.2V, then the voltage of the predetermined signal can be 0.6V. That is to say, when the result of
圖3是示意圖,例示本揭露一些實施例之半導體元件結構100b。半導體元件結構100b與圖1所示的半導體元件結構100a相似,不同的是,半導體元件結構100b可以包括熔絲結構140。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a
在一些實施例中,熔絲結構140可以包括複數個熔絲元件。在一些實施例中,熔絲結構140的熔絲元件可以形成一n×n陣列。例如,熔絲結構140可以包括形成第一列(row)的熔絲元件1411、1412、1413、...和141X。熔絲結構140可以包括形成第二列的熔絲元件1421、1422、1423、...和142X,X可以是1至n的正整數。熔絲結構140可以包括形成第三列的熔絲元件1431、1432、1433、...和143X。熔絲結構140可以包括形成第X列的熔絲元件14X1、14X2、14X3、...和14XX。此外,熔絲元件1411、1421、1431、...和14X1形成第一行(column)。熔絲元件1412、1422、1432、...和14X2形成第二行。熔絲元件1413、1423、1433、...和14X3形成第三行。熔絲元件141X、142X、143X、...和14XX形成第X行。In some embodiments, the
在一些實施例中,半導體元件結構100b可以包括複數個電晶體,例如電晶體TF1、TF2、TF3和TFX。電晶體TF1-TFX可經配置以開啟或關閉熔絲結構140的列。例如,電晶體TF1-TFX可以分別與熔絲元件1411-141X、1421-142X、1431-143X和14X1-14XX電性連接。電晶體,如TF1-TFX,可以在導電終端122和熔絲結構140之間電性連接。In some embodiments, the
在一些實施例中,半導體元件結構100b可以包括複數個電晶體,例如電晶體TG1、TG2、TG3和TGX。電晶體TG1-TGX可經配置以開啟或關閉熔絲結構140的行。例如,電晶體TG1-TGX可以分別與熔絲元件1411-14X1、1412-14X2、1413-14X3和141X-14XX電性連接。電晶體TG1-TGX可以在開關電路TD和熔絲結構140之間電性連接。In some embodiments, the
在一些實施例中,熔絲結構140共用一個開關電路TA。在一些實施例中,熔絲結構140共用一個開關電路TC。在一些實施例中,熔絲結構140共用一個開關電路TD。在一些實施例中,熔絲結構140共用一個參考電阻單元105。在一些實施例中,熔絲結構140共用一個鎖存電路130。與圖2所示的半導體元件結構100a相比,其中一個開關電路TA、TC或TD僅與一個熔絲元件101電性耦合,半導體元件結構100b可以具有一個相對較小的尺寸。In some embodiments, the
圖3A是示意圖,例示本揭露一些實施例之半導體元件結構100b。FIG. 3A is a schematic diagram illustrating a
在一些實施例中,電晶體(例如,電晶體TF1、TF2、TF3或TFX)之一、熔絲元件1411-14XX之一、電晶體(例如,電晶體TG1、TG2、TG3或TGX)之一以及開關電路TC經配置以因應於狀態設定訊號VB而被開啟,以建立導電路徑150A。在一些實施例中,導電路徑150A可因應於狀態設定訊號VB而通過熔絲元件1411-14XX中的一個到地。例如,當電晶體TF2和TG3被開啟時,導電路徑150A將依次通過電晶體TF2、熔絲元件1423、電晶體TG3和開關電路TC並到地。此外,開關電路TA、TD和TE可經配置以關閉,因此使導電路徑150A可以通過熔絲元件1411-14XX中的一個。In some embodiments, one of the transistors (eg, transistors TF1, TF2, TF3, or TFX), one of the fuse elements 1411-14XX, one of the transistors (eg, transistors TG1, TG2, TG3, or TGX) And the switching circuit TC is configured to be turned on in response to the state setting signal VB to establish the
在一些實施例中,狀態設定訊號VB可以是一電壓訊號或一電流訊號。在一些實施例中,狀態設定訊號VB可以是具有超過半導體元件結構100b一正常操作電壓的電壓訊號。在一些實施例中,狀態設定訊號VB可以具有4-7V範圍內的電壓,例如4V、4.5V、5V、5.5V、6V、6.5V或7V。當狀態設定訊號VB被施加時,熔絲元件1411-14XX之一的狀態可以被改變。例如,狀態設定訊號VB可經配置以燒毀熔絲元件1411-14XX之一的一閘極介電質層(未顯示)。在該狀態設定操作之前,熔絲元件1411-14XX可能具有相對較高的電阻。在該狀態設定操作之後,導電路徑150A經過的電晶體(例如,電晶體1423)與其他電晶體(例如,電晶體1411)相比,可能具有相對較低的電阻。In some embodiments, the state setting signal VB can be a voltage signal or a current signal. In some embodiments, the state setting signal VB may be a voltage signal having a voltage exceeding a normal operating voltage of the
圖3B是示意圖,例示本揭露一些實施例之半導體元件結構100b。FIG. 3B is a schematic diagram illustrating a
在一些實施例中,電晶體(例如,電晶體TF1、TF2、TF3或TFX)之一、熔絲元件1411-141X之一、電晶體(例如,電晶體TG1、TG2、TG3或TGX)之一以及開關電路TA和TD經配置以開啟,以建立導電路徑150B。在一些實施例中,導電路徑150B可因應於電源訊號VDD而通過參考電阻單元105和熔絲元件1411-141X中的一個到地。在一些實施例中,導電路徑150B依次通過參考電阻單元105、開關電路TD、電晶體(例如,電晶體TG1、TG2、TG3或TGX)之一、熔絲元件1411-141X之一、電晶體(例如,電晶體TF1、TF2、TF3或TFX)之一和開關電路TA到地。例如,當電晶體TF2和TG2被開啟時,導電路徑150B將依次通過開關電路TD、電晶體TG2、熔絲元件1422、電晶體TF2和開關電路TA並到地。在一些實施例中,開關電路TC經配置以關閉,以便建立導電路徑150B。In some embodiments, one of the transistors (eg, transistors TF1, TF2, TF3, or TFX), one of the fuse elements 1411-141X, one of the transistors (eg, transistors TG1, TG2, TG3, or TGX) And switch circuits TA and TD are configured to turn on to establish
在一些實施例中,電源訊號VDD可以是一正常的操作電壓。在一些實施例中,電源訊號VDD所提供的電源可以小於狀態設定訊號VB的電源。例如,電源訊號VDD可以具有1-1.5V範圍內的電壓,例如1V、1.1V、1.2V、1.3V、1.4V或1.5V。In some embodiments, the power signal VDD may be a normal operating voltage. In some embodiments, the power provided by the power signal VDD may be smaller than that of the state setting signal VB. For example, the power signal VDD may have a voltage in the range of 1-1.5V, such as 1V, 1.1V, 1.2V, 1.3V, 1.4V or 1.5V.
在一些實施例中,在參考電阻單元105和熔絲元件1411-14XX之一之間的節點W處產生訊號X,以因應於電源訊號VDD。參照圖3B,在節點W處產生的訊號X可以通過開關電路TD和TE傳輸到鎖存電路130。In some embodiments, the signal X is generated at the node W between the
在一些實施例中,鎖存電路130經配置以讀取在參考電阻單元105和熔絲元件1411-14XX之一之間的節點W處產生的訊號X。節點W在參考電阻單元105和熔絲元件1411-14XX之一之間,其間具有或沒有其他元件耦合。例如,節點W可以在電晶體(例如,電晶體TG1、TG2、TG3或TGX)之一和開關電路TD之間。在一個實施例中,節點W可以在開關電路TD和參考電阻單元105之間。在一些實施例中,訊號X可以包括一電壓訊號或一電流訊號。In some embodiments, the
在一些實施例中,開關電路TE經配置以被開啟,以將訊號X傳送到鎖存電路130。在一評估期間,當開關電路TA、TD和TE以及電晶體TGX和TFX經配置以開啟,以建立導電路徑150B時,可以在節點W處獲得訊號X並傳輸到鎖存電路130。In some embodiments, the switch circuit TE is configured to be turned on to transmit the signal X to the
為了評估其中一個熔絲元件1411-14XX的狀態(即,其中一個熔絲元件1411-14XX是否被熔斷),訊號X(或訊號Y)被監測。訊號X取決於其中一個熔絲元件1411-14XX的電阻。訊號X與一預定訊號或一閾值進行比較。根據訊號X和該預定訊號的一比較結果,一邏輯訊號Y可以在導電終端VE上輸出。當訊號X超過該預定訊號時,表示熔絲元件1411-14XX中的一個沒有被熔斷。當訊號X未能超過該預定訊號時,表示熔絲元件1411-14XX之一被熔斷。To assess the state of one of the fuse elements 1411-14XX (ie, whether one of the fuse elements 1411-14XX is blown), signal X (or signal Y) is monitored. The signal X depends on the resistance of one of the fuse elements 1411-14XX. The signal X is compared with a predetermined signal or a threshold. According to a comparison result of the signal X and the predetermined signal, a logic signal Y can be output on the conductive terminal VE. When the signal X exceeds the predetermined signal, it means that one of the fuse elements 1411-14XX is not blown. When the signal X fails to exceed the predetermined signal, it means that one of the fuse elements 1411-14XX is blown.
在一些實施例中,如果訊號X超過該預定的訊號,鎖存電路130可以輸出一邏輯低訊號Y。也就是說,該邏輯低訊號Y表示熔絲元件1411-14XX中的一個沒有被熔斷。當訊號X低於該預定訊號時,鎖存電路130可以輸出一邏輯高訊號Y,換句話說,該邏輯高訊號Y表示熔絲元件1411-14XX之一被熔斷。In some embodiments, if the signal X exceeds the predetermined signal, the
訊號Y可以在導電終端VE處獲得,因此可以判斷熔絲元件1411-14XX之一的狀態。熔絲元件1411-14XX之一的狀態可用來判定半導體元件結構是一冗餘元件或是一正常元件。The signal Y can be obtained at the conductive terminal VE, so that the state of one of the fuse elements 1411-14XX can be determined. The state of one of the fuse elements 1411-14XX can be used to determine whether the semiconductor device structure is a redundant element or a normal element.
例如,當如圖3A所示建立導電路徑150A時,熔絲元件1423被熔斷。在這種情況下,在參考電阻單元105和熔絲元件1423之間的節點W處產生的訊號X將不能超過該預定訊號。結果,鎖存電路130將輸出一邏輯高訊號Y。For example, when the
圖4是示意圖,例示本揭露一些實施例在圖3中之半導體元件結構100b的熔絲結構140的佈局。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the layout of the
在一些實施例中,半導體元件結構100b可以包括沿方向D1(例如X方向)延伸的複數個閘極結構(例如,閘極結構PO1、PO2、PO3、...和POX)。在一些實施例中,半導體元件結構100b可以包括沿方向D2(例如Y方向)延伸的複數個主動區(例如,主動區OD1、OD2、OD3、...和ODX)。主動區OD1、OD2、OD3和ODX中的每一個都可以跨越閘極結構PO1-POX。閘極結構PO1-POX之一和主動區OD1-ODX之一可以共同形成或定義一熔絲元件。例如,閘極結構PO1可以與主動區OD1重疊,因此,閘極結構PO1和主動區OD1的重疊區域可以定義熔絲元件1411。In some embodiments, the
在一些實施例中,每個閘極結構PO1-POX可以做為熔絲元件1411-14XX之一的一第一終端。在一些實施例中,閘極結構PO1-POX中的每一個可以分別與相應的電晶體TF1-TFX中的一個電性連接。在一些實施例中,每個主動區OD1-ODX可以做為熔絲元件1411-14XX之一的一第二終端。在一些實施例中,每個主動區OD1-ODX可以分別與相應的電晶體TG1-TGX之一電性連接。例如,閘極結構PO1可以做為熔絲元件1412的一第一終端,並與電晶體TF1電性連接。主動區OD2可以做為熔絲元件1412的一第二終端,並與電晶體TG2電性連接。In some embodiments, each gate structure PO1-POX can serve as a first terminal of one of the fuse elements 1411-14XX. In some embodiments, each of the gate structures PO1-POX may be electrically connected to a corresponding one of the transistors TF1-TFX. In some embodiments, each active area OD1-ODX can serve as a second terminal of one of the fuse elements 1411-14XX. In some embodiments, each active region OD1 - ODX may be electrically connected to one of the corresponding transistors TG1 - TGX respectively. For example, the gate structure PO1 can be used as a first terminal of the
圖5A是剖視圖,例示本揭露一些實施例沿圖4中A-A'線拍攝之半導體元件結構100b。FIG. 5A is a cross-sectional view illustrating a
如圖5A所示,半導體元件結構100b可以包括基底202、摻雜區204、閘極介電質層206、閘極電極208、和間隙子210。As shown in FIG. 5A , the
基底202可以是一半導體基底,如塊狀(bulk)半導體、絕緣體上的半導體(semiconductor-on-insulator,SOI)基底等。基底202可以包括一基本(elementary)半導體,包括單晶形式、多晶形式或無定形(amorphous)形式的矽或鍺;一化合物半導體材料,包括碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦和銻化銦中的至少一種。一合金半導體材料,包括SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP和GaInAsP中的至少一種;任何其他合適的材料;或其組合。在一些實施例中,該合金半導體材料基底可以是具有一梯度Ge特徵的SiGe合金,其中Si和Ge的組成從梯度SiGe特徵的一位置的比例變為另一位置的比例。在另一個實施例中,SiGe合金是在一矽基底上形成。在一些實施例中,SiGe合金可以被另一種與SiGe合金接觸的材料機械地拉緊。在一些實施例中,基底202可以有一多層結構,或者基底202可以包括一多層化合物半導體結構。The
摻雜區204可以設置在基底202內。在一些實施例中,摻雜區204可以是摻雜有一摻雜物的半導體材料。該摻雜物可以包括p型和/或n型摻雜物。在一些實施例中,p型摻雜物可以包括硼(B)、其他III族元素,或其任何組合。在一些實施例中,n型摻雜物可以包括砷(As)、磷(P)、其他V族元素,或其任何組合。在一些實施例中,摻雜區204可以定義主動區OD1-ODX。A doped
閘極介電質層206可以設置在基底202上並覆蓋在摻雜區204上。閘極介電質層206可以具有一單層或一多層結構。在一些實施例中,閘極介電質層206可以包括一介電質材料,如氧化矽、氮化矽、氧氮化矽(silicon oxynitride)、其他介電質材料,或其組合。在一些實施例中,閘極介電質層206是一多層結構,包括一介面層和一高k(介電常數大於4)介電質層。該介面層可以包括一介電質材料,如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、其他介電質材料,或其組合。該高k介電質層可以包括一高k介電材料,如HfO2、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO、其他合適的高k介電質材料,或其組合。在一些實施例中,該高k介電質材料還可以選自金屬氧化物、金屬氮化物、金屬矽酸鹽、過渡金屬氧化物、過渡金屬氮化物、過渡金屬矽酸鹽、金屬氮氧化物、金屬鋁酸鹽,以及它們的組合。The
閘極電極208經設置在閘極介電質層206上。閘極電極208可以包括多晶矽、矽鍺和至少一種金屬材料,包括Mo、Cu、W、Ti、Ta、TiN、TaN、NiSi、CoSi等元素和化合物,或本領域已知的其他合適的導電材料。在一些實施例中,閘極電極208包括一功函數(work function)金屬層,提供具有n型金屬功函數或p型金屬功函數的金屬閘極。p型金屬功函數材料包括例如釕、鈀、鉑、鈷、鎳、導電金屬氧化物或其他合適的材料。n型金屬功函數材料包括鉿鋯、鈦、鉭、鋁、金屬碳化物(例如,鉿碳化物、鋯碳化物、鈦碳化物和鋁碳化物)、鋁化物或其他合適的材料。閘極介電質層206和閘極電極208可以共同定義閘極結構PO1-POX。The
間隙子210可以設置在基底202上和閘極208的兩個相對的側面上。間隙子210可以包括一介電質材料,如氧化物、氮化物、氮氧化物和其他介電質材料。在一些實施例中,間隙子210可以包括一多層結構,如一氧化物-氮化物-氧化物結構。每個閘極結構PO1-POX可以藉由間隙子210和填充在間隙子210之間的其他介電質結構(未顯示)相互間隔開。The
如圖5A所示,電晶體TG2具有與主動區OD2電性連接的一第一終端和與開關電路TD電性連接的一第二終端。電晶體TF1-TFX中的每一個都具有與相應的閘極結構PO1-POX電性連接的一第一終端和與開關電路TA電性連接的一第二終端。As shown in FIG. 5A , the transistor TG2 has a first terminal electrically connected to the active area OD2 and a second terminal electrically connected to the switch circuit TD. Each of the transistors TF1-TFX has a first terminal electrically connected to the corresponding gate structure PO1-POX and a second terminal electrically connected to the switching circuit TA.
如圖5A所示,每個熔絲元件(例如,熔絲元件1412-14X2)可由沿主動區(例如,主動區OD2)、閘極介電質層206和閘極電極208的Z方向的一重疊部分來定義。As shown in FIG. 5A , each fuse element (eg, fuse element 1412 - 14X2 ) can be composed of a Z-direction along the active region (eg, active region OD2 ),
雖然在圖5A中沒有顯示,但可以考慮在閘極電極208和電晶體TF1-TFX之間電性連接一些導電線或導電通孔(未顯示)。同樣地,一些導電線或導電通孔(未顯示)可以在摻雜區204和電晶體TG1-TGX之間電性連接。Although not shown in FIG. 5A, it is contemplated that some conductive lines or conductive vias (not shown) are electrically connected between the
圖5B是剖視圖,例示本揭露一些實施例沿圖4中B-B'線拍攝之半導體元件結構100b。FIG. 5B is a cross-sectional view illustrating the
如圖5B所示,半導體元件結構100b可以包括將複數個主動區OD1-ODX彼此分開的隔離特徵212。在一些實施例中,隔離特徵212可以是淺溝隔離(shallow trench isolation,STI),並被嵌入到基底202中。隔離特徵212可以包括一介電質材料,如氧化物、氮化物、氮氧化物和其他介電質材料。As shown in FIG. 5B , the
如圖5B所示,閘極結構PO2,包括閘極介電質層206和閘極電極208,可經設置在複數個主動區OD1-ODX上。電晶體TF2具有與閘極結構PO2電性連接的一第一終端和與開關電路TA電性連接的一第二終端。電晶體TG1-TGX中的每一個都具有與相應的主動區OD1-ODX電性連接的一第一終端和與開關電路TD電性連接的一第二終端。As shown in FIG. 5B , the gate structure PO2, including the
圖6是示意圖,例示本揭露一些實施例之一半導體元件結構的一終端的佈局。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the layout of a terminal of a semiconductor device structure according to some embodiments of the present disclosure.
在一些實施例中,閘極結構PO可以具有開口181,從頂視圖中曝露出主動區OD的一部分。在一些實施例中,主動區OD可以有一個部分在開口181內的凸出部分182。閘極結構PO和主動區OD的突出部分182共同形成或定義熔絲元件141。在一些實施例中,至少一個導電終端160可以與閘極結構PO電性連接。在一些實施例中,至少一個導電終端170可以與主動區OD電性連接。閘極結構PO包括連接區160C,至少一個導電終端160經設置在該區域內。主動區OD包括連接區170C,至少一個導電終端170設置在其中。在一些實施例中,導電終端160可以與一電晶體(例如,電晶體TF1-TFX)電性連接。在一些實施例中,導電終端170可以與一電晶體(例如,電晶體TG1-TGX)電性連接。導電終端160和/或170可以包括一導電墊或其他合適的結構。In some embodiments, the gate structure PO may have an
參照圖6,連接區160C所占的區域遠大於熔絲元件141的區域,而連接區170C所占的區域遠大於熔絲元件141的區域。Referring to FIG. 6 , the area occupied by the
圖7是示意圖,例示本揭露一些實施例之半導體元件結構100c的佈局。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the layout of a
如圖7所示,閘極結構PO1-POX中的每一個都可以與相應的導電終端(例如,導電終端161,162,...,或16X)電性連接。在一些實施例中,導電終端161-16X可以交替地沿方向D1設置在主動區OD1-ODX的兩個相對的側面。例如,導電終端161和162沿方向D1設置在主動區OD1的兩個相對側。As shown in FIG. 7 , each of the gate structures PO1 -POX can be electrically connected to a corresponding conductive terminal (eg,
每個主動區OD1-ODX可以與相應的導電終端(例如,導電終端171,172,...,或17X)電性連接。在一些實施例中,導電終端171-17X可以沿方向D2交替排列在閘極結構PO1-POX的兩個相對側。例如,導電終端171和172沿方向D2設置在閘極結構PO1的兩個相對側。Each active area OD1-ODX can be electrically connected to a corresponding conductive terminal (eg,
在一些實施例中,導電終端161和162設置在其上的兩個相鄰的連接區160C沿方向D1設置在主動區域OD1-ODX的兩個相對側面上。例如,導電終端161和162所在的兩個相鄰的連接區160C,沿方向D1設置在主動區OD1的兩個相對側。In some embodiments, two
在一些實施例中,導電終端171和172設置在其上的兩個相鄰的連接區170C沿方向D2設置在閘極結構PO1-POX的兩個相對側面上。例如,導電終端171和172所在的兩個相鄰的連接區170C,沿方向D2設置在閘極結構PO1的兩個相對側。In some embodiments, two
如上所述,連接區160C或連接區170C所占的區域顯著地比熔絲元件141的區域多。因此,圖7中所示的安排可以有效地利用半導體元件結構100c的面積,因此可以減小半導體元件結構100c的尺寸。As mentioned above, the
本揭露的一個實施例提供一種半導體元件結構。該半導體元件結構包括一第一閘極結構、一第二閘極結構以及一第一主動區。該第一閘極結構沿一第一方向延伸並與一第一電晶體電性連接。該第二閘極結構沿該第一方向延伸,並與一第二電晶體電性連接。該第一主動區沿不同於該第一方向的一第二方向延伸,並跨越該第一閘極結構和該第二閘極結構。該第一閘極結構和該第一主動區共同形成一第一熔絲元件。該第二閘極結構和該第一主動區共同形成一第二熔絲元件。An embodiment of the disclosure provides a semiconductor device structure. The semiconductor element structure includes a first gate structure, a second gate structure and a first active region. The first gate structure extends along a first direction and is electrically connected with a first transistor. The second gate structure extends along the first direction and is electrically connected with a second transistor. The first active region extends along a second direction different from the first direction, and spans the first gate structure and the second gate structure. The first gate structure and the first active region jointly form a first fuse element. The second gate structure and the first active region jointly form a second fuse element.
本揭露的另一個實施例提供一種半導體元件結構。該半導體元件結構包括複數個熔絲元件、一參考電阻單元、一第一開關電路以及一鎖存電路。該參考電阻單元經配置以接收一第一電源訊號,並與該複數個熔絲元件電性耦合。該第一開關電路經配置以電性連接該參考電阻單元和該複數個熔絲元件。該鎖存電路經配置以讀取一第一節點的一評估訊號,該第一節點位於該參考電阻單元和該複數個熔絲元件之一之間。Another embodiment of the present disclosure provides a semiconductor device structure. The semiconductor element structure includes a plurality of fuse elements, a reference resistance unit, a first switch circuit and a latch circuit. The reference resistance unit is configured to receive a first power signal and is electrically coupled with the plurality of fuse elements. The first switch circuit is configured to electrically connect the reference resistance unit and the plurality of fuse elements. The latch circuit is configured to read an evaluation signal of a first node located between the reference resistance unit and one of the plurality of fuse elements.
本揭露的另一個實施例提供一種半導體元件結構。該半導體元件結構包括複數個熔絲元件、一參考電阻單元、一第一導電終端、第一開關電路和一第二開關電路。該複數個熔絲元件中的每一個都具有一第一終端和一第二終端。該參考電阻單元經配置以接收一第一電源訊號,並與該複數個熔絲元件中的每一個的該第一終端電性耦合。該第一導電終端經配置以接收一第二電源訊號,並與該複數個熔絲元件中的每一個的該第二終端電性耦合。該第一開關電路經配置以將該複數個熔絲元件中的每一個的該第二終端與地電性耦合。該第二開關電路耦合在該參考電阻單元和地之間。因應於該第一電源訊號被施加到該參考電阻單元,該第一開關電路經配置以建立一第一導電路徑,該第一導電路徑通過該參考電阻單元和該複數個熔絲元件之一到地。因應於該第二電源訊號被施加到該第一導電終端,該第二開關電路經配置以建立一第二導電路徑,該第二導電路徑通過該複數個熔絲中之一到地。Another embodiment of the present disclosure provides a semiconductor device structure. The semiconductor device structure includes a plurality of fuse elements, a reference resistance unit, a first conductive terminal, a first switch circuit and a second switch circuit. Each of the plurality of fuse elements has a first terminal and a second terminal. The reference resistance unit is configured to receive a first power signal and is electrically coupled to the first terminal of each of the plurality of fuse elements. The first conductive terminal is configured to receive a second power signal and is electrically coupled to the second terminal of each of the plurality of fuse elements. The first switch circuit is configured to electrically couple the second terminal of each of the plurality of fuse elements with ground. The second switch circuit is coupled between the reference resistor unit and ground. In response to the first power signal being applied to the reference resistance unit, the first switch circuit is configured to establish a first conduction path through the reference resistance unit and one of the plurality of fuse elements to land. In response to the second power signal being applied to the first conductive terminal, the second switch circuit is configured to establish a second conductive path through one of the plurality of fuses to ground.
雖然已詳述本揭露及其優點,然而應理解可以進行其他變化、取代與替代而不脫離揭露專利範圍所定義之本揭露的精神與範圍。例如,可用不同的方法實施上述的許多製程,並且以其他製程或其組合替代上述的許多製程。Although the present disclosure and its advantages have been described in detail, it should be understood that other changes, substitutions and substitutions can be made hereto without departing from the spirit and scope of the present disclosure as defined by the patent claims disclosed. For example, many of the processes described above can be performed in different ways and replaced by other processes or combinations thereof.
再者,本揭露案的範圍並不受限於說明書中所述之製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法與步驟之特定實施例。該技藝之技術人士可自本揭露的揭示內容理解以根據本揭露而使用與本文所述之對應實施例具有相同功能或是達到實質上相同結果之現存或是未來發展之製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法、或步驟。據此,此等製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法、或步驟係包括於本揭露案之揭露專利範圍內。Furthermore, the scope of the disclosure is not limited to the particular embodiments of the process, machine, manufacture, composition of matter, means, methods and steps described in the specification. Those skilled in the art can understand from the disclosure content of this disclosure that they can use existing or future developed processes, machinery, manufacturing, A composition of matter, means, method, or step. Accordingly, such processes, machinery, manufacture, material composition, means, methods, or steps are included in the scope of the patent disclosure of this disclosure.
10:測試系統10: Test system
11:半導體元件結構11:Semiconductor element structure
12:訊號產生器12: Signal generator
13:監視器13: Monitor
14:耦合器14: Coupler
15:探針15: Probe
20:等效電路20: Equivalent circuit
100a:半導體元件結構100a: Semiconductor device structure
100b:半導體元件結構100b: Semiconductor device structure
100c:半導體元件結構100c: Semiconductor Component Structure
101:熔絲元件101: Fuse element
105:參考電阻單元105: Reference resistance unit
105-1:終端105-1: Terminal
105-2:終端105-2: Terminal
110:評估單元110: Evaluation Units
111A:導電路徑111A: Conductive path
111B:導電路徑111B: Conductive path
120:狀態設定單元120: State setting unit
122:導電終端122: Conductive terminal
130:鎖存電路130: Latch circuit
131:反相器131: Inverter
132:反相器132: Inverter
140:熔絲結構140: Fuse structure
141:熔絲元件141: Fuse element
150A:導電路徑150A: Conductive path
150B:導電路徑150B: Conductive path
160:導電終端160: Conductive terminal
160C:連接區160C: Connection area
161~16X:導電終端161~16X: Conductive terminal
170:導電終端170: Conductive terminal
170C:連接區170C: Connection area
171~17X:導電終端171~17X: Conductive terminal
181:開口181: opening
182:凸出部分182: protruding part
202:基底202: base
204:摻雜區204: doping area
206:閘極介電質層206: gate dielectric layer
208:閘極電極208: gate electrode
210:間隙子210: Gap
212:隔離特徵212: Isolation feature
1411~141X:熔絲元件1411~141X: fuse element
1421~142X:熔絲元件1421~142X: fuse element
1431~143X:熔絲元件1431~143X: fuse element
14X1~14XX:熔絲元件14X1~14XX: fuse element
A-A':線A-A': line
B-B':線B-B': line
D1:方向D1: Direction
D2:方向D2: Direction
IN_1:輸入終端IN_1: input terminal
IN_2:輸入終端IN_2: input terminal
OD:主動區OD: active area
OD1~ODX:主動區OD1~ODX: active area
OUT_1:輸出終端OUT_1: output terminal
OUT_2:輸出終端OUT_2: output terminal
PO:閘極結構PO: gate structure
PO1~POX:閘極結構PO1~POX: gate structure
RF:電阻RF: Resistance
RR:電阻RR: resistance
TA:開關電路TA: switch circuit
TB:開關電路TB: switch circuit
TC:開關電路TC: switching circuit
TD:開關電路TD: switch circuit
TE:開關電路TE: switch circuit
TF1:電晶體TF1: Transistor
TF2:電晶體TF2: Transistor
TF3:電晶體TF3: Transistor
TFX:電晶體TFX: Transistor
TG1:電晶體TG1: Transistor
TG2:電晶體TG2: Transistor
TG3:電晶體TG3: Transistor
TGX:電晶體TGX: Transistor
VB:狀態設定訊號VB: Status setting signal
VDD:電源訊號VDD: power signal
VE:導電終端VE: conductive terminal
W:節點W: node
X:訊號X: signal
Y:訊號Y: signal
Z:方向Z: Direction
參閱實施方式與申請專利範圍合併考量圖式時,可得以更全面了解本申請案之揭示內容,圖式中相同的元件符號係指相同的元件。 圖1是示意圖,例示本揭露一些實施例之半導體元件結構的測試系統。 圖2是示意圖,例示本揭露一些實施例之半導體元件結構。 圖2A是示意圖,例示本揭露一些實施例之半導體元件結構。 圖2B是示意圖,例示本揭露一些實施例之半導體元件結構。 圖2C是電路圖,例示本揭露一些實施例在圖2B中之半導體元件結構的一部分的等效電路。 圖3是示意圖,例示本揭露一些實施例之半導體元件結構。 圖3A是示意圖,例示本揭露一些實施例之半導體元件結構。 圖3B是示意圖,例示本揭露一些實施例之半導體元件結構。 圖4是示意圖,例示本揭露一些實施例在圖3中之半導體元件結構的熔絲元件的佈局。 圖5A是剖視圖,例示本揭露一些實施例沿圖4中A-A'線拍攝之半導體元件結構。 圖5B是剖視圖,例示本揭露一些實施例沿圖4中B-B'線拍攝之半導體元件結構。 圖6是示意圖,例示本揭露一些實施例之半導體元件結構的一終端的佈局。 圖7是示意圖,例示本揭露一些實施例之半導體元件結構的佈局。 The disclosure content of the present application can be understood more comprehensively when referring to the embodiments and the patent scope of the application for combined consideration of the drawings, and the same reference numerals in the drawings refer to the same components. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a test system for semiconductor device structures according to some embodiments of the present disclosure. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the semiconductor device structure of some embodiments of the present disclosure. FIG. 2A is a schematic diagram illustrating the semiconductor device structure of some embodiments of the present disclosure. FIG. 2B is a schematic diagram illustrating the semiconductor device structure of some embodiments of the present disclosure. FIG. 2C is a circuit diagram illustrating an equivalent circuit of a part of the semiconductor device structure in FIG. 2B according to some embodiments of the present disclosure. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the semiconductor device structure of some embodiments of the present disclosure. FIG. 3A is a schematic diagram illustrating the semiconductor device structure of some embodiments of the present disclosure. FIG. 3B is a schematic diagram illustrating the semiconductor device structure of some embodiments of the present disclosure. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the layout of the fuse element of the semiconductor device structure in FIG. 3 according to some embodiments of the present disclosure. 5A is a cross-sectional view illustrating the structure of a semiconductor device taken along line AA' in FIG. 4 according to some embodiments of the present disclosure. 5B is a cross-sectional view illustrating the structure of a semiconductor device taken along line BB' in FIG. 4 according to some embodiments of the present disclosure. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the layout of a terminal of a semiconductor device structure according to some embodiments of the present disclosure. FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the layout of a semiconductor device structure according to some embodiments of the present disclosure.
100b:半導體元件結構 100b: Semiconductor device structure
105:參考電阻單元 105: Reference resistance unit
122:導電終端 122: Conductive terminal
130:鎖存電路 130: Latch circuit
131:反相器 131: Inverter
132:反相器 132: Inverter
140:熔絲結構 140: Fuse structure
1411~141X:熔絲元件 1411~141X: fuse element
1421~142X:熔絲元件 1421~142X: fuse element
1431~143X:熔絲元件 1431~143X: fuse element
14X1~14XX:熔絲元件 14X1~14XX: fuse element
IN_1:輸入終端 IN_1: input terminal
IN_2:輸入終端 IN_2: input terminal
OUT_1:輸出終端 OUT_1: output terminal
OUT_2:輸出終端 OUT_2: output terminal
TA:開關電路 TA: switch circuit
TC:開關電路 TC: switching circuit
TD:開關電路 TD: switch circuit
TE:開關電路 TE: switch circuit
TF1:電晶體 TF1: Transistor
TF2:電晶體 TF2: Transistor
TF3:電晶體 TF3: Transistor
TFX:電晶體 TFX: Transistor
TG1:電晶體 TG1: Transistor
TG2:電晶體 TG2: Transistor
TG3:電晶體 TG3: Transistor
TGX:電晶體 TGX: Transistor
VB:狀態設定訊號 VB: Status setting signal
VDD:電源訊號 VDD: power signal
VE:導電終端 VE: conductive terminal
W:節點 W: node
Y:訊號 Y: signal
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US17/542,705 | 2021-12-06 | ||
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- 2022-07-11 CN CN202210812374.8A patent/CN116247028A/en active Pending
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