[發明專利]電熔絲及其編程方法

在審

• 申請號: 201210290672.1
• 申請日: 2012-08-15
• 公開（公告）號: CN103633065A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 譚穎;張可鋼;陳廣龍
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L23/525
• 分類號: H01L23/525;H01L21/768
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 殷曉雪

技術領域

本發明涉及一種半導體器件，特別是涉及一種熔絲（fuse）元件。

背景技術

在半導體工業中，熔絲元件由于其多種用途而被廣泛地使用于集成電路之中。例如，在集成電路中設計多個具有相同功能的電路模塊作為備份，當發現其中的一個電路模塊有缺陷時，通過熔絲元件將其燒斷，而使用具有相同功能的另一個電路模塊取代。又如，設計一款通用的集成電路，根據不同用戶的需求，將不需要的電路模塊通過熔絲元件燒斷，這樣一款集成電路設計就可以以經濟的方式制造并適用于不同客戶。

金屬熔絲（metal?fuse）就是一種常用的熔絲元件，其切割方式有激光和電兩種。目前，電熔絲已逐漸取代傳統的激光熔絲。所述電熔絲是指由大量流過其中的電流引起的電遷移（electromigration，EM）來切割的熔絲。當直流電通過金屬時，金屬中產生的質量運輸現象就被稱為電遷移，即金屬中的離子遷移。

請參閱圖1a和圖1b，這是現有的電熔絲的版圖和垂直剖面圖。現有的電熔絲由位于下方的金屬層一、位于上方的金屬層二和連接兩者的通孔電極20所組成。所述金屬層一在圖中以左斜線填充，包括走線部11、熔絲連接部12和熔絲部13。所述走線部11的寬度顯著地大于熔絲部13的寬度，而熔絲連接部12的寬度則呈現漸變的狀態。所述金屬層二在圖中以右斜線填充，包括分別位于熔絲部13兩端的連線一31和連線二32。在金屬層一和金屬層二之間至少具有一層層間介質（ILD），也可能具有層間介質與金屬層的交叉堆疊結構。通孔電極20就是形成于所述層間介質之中，用于電學連接金屬層一和金屬層二，通常也是金屬材質。所述通孔電極20在圖中以網格線填充，用于連接熔絲部13兩端的走線部11（或熔絲連接部12）與各自對應的連線一31、連線二32。

電熔絲的編程是指在電熔絲的兩端施加不同電位，使直流電流通過電熔絲進而將電熔絲熔斷（切割）的過程?，F有的電熔絲都是以金屬的電遷移現象為原理實現的，它們都具有這樣的特點：如果一次編程未能將電熔絲切割，那么金屬材質的電熔絲的電阻將會顯著增大，在其后編程時再施加以往的編程電流已無法達到金屬電遷移的要求，因而無法進行二次編程或多次編程。該特點使得現有的電熔絲具有較高的失效率，一般為1%左右。

發明內容

本申請所要解決的技術問題是提供一種金屬材質的電熔絲，可以顯著地降低失效率。

為解決上述技術問題，本申請的電熔絲由位于下方的金屬層一、位于上方的金屬層二和連接兩者的通孔電極所組成；

所述金屬層一上具有多個串聯的熔絲部；

所述金屬層二上具有多根連線；

所述通孔電極連接每個熔絲部的一端與一根連線。

優選地，連線的數量等于通孔電極的數量，均為熔絲部的數量加一。

本申請所述的電熔絲的編程方法為：每次都在一個熔絲部的兩端施加不同電位，以使編程電流流過該熔絲部；對每一個熔絲部重復上述操作；最后在多個串聯的熔絲部的兩端施加不同電位，以判斷是否有電流經過；如果沒有電流經過則表明編程成功；反之表明編程失敗。

本申請所述的電熔絲由多個熔絲部串聯組成，雖然每個熔絲部都具有一定的失效率，但串聯后整體失效率將隨著串聯的熔絲部數量而成倍降低。

附圖說明

圖1a是現有的電熔絲的版圖示意圖；

圖1b是現有的電熔絲的垂直剖面示意圖；

圖2a是本申請的電熔絲的版圖示意圖；

圖2b是本申請的電熔絲的垂直剖面示意圖；

圖3a至圖3b是本申請的電熔絲的制造方法的各步驟版圖示意圖。

圖中附圖標記說明：

11為走線部；12位熔絲連接部；13位熔絲部；13a為第一熔絲部；13b為第二熔絲部；20為通孔電極；31為走線一；32為走線二；33為走線三。

具體實施方式

請參閱圖2a和圖2b，其分別是本申請的電熔絲的版圖和垂直剖面圖。本申請的電熔絲也是由位于下方的金屬層一、位于上方的金屬層二和連接兩者的通孔電極20所組成。

所述金屬層一在圖中以左斜線填充，包括走線部11、熔絲連接部12、第一熔絲部13a和第二熔絲部13b，并且按照走線部11、熔絲連接部12、第一熔絲部13a、熔絲連接部12、走線部11、熔絲連接部12、第二熔絲部13b、熔絲連接部12、走線部11的順序連接。所述走線部11的寬度顯著地大于第一熔絲部13a和第二熔絲部13b的寬度，而熔絲連接部12的寬度則呈現漸變的狀態。