[发明专利]电子熔丝结构

说明书

技术领域

本发明是有关于一种微电子元件，特别是有关于一种利用电迁移(electro-migration)模式的电子熔丝(electrical fuse，e-fuse)结构。本发明的电子熔丝结构可应用于采用90纳米或更小尺寸技术的半导体集成电路中，提升了成品率(yield)及可靠性。

背景技术

随着超大规模集成电路(Very Large Scale Integration，VLSI)的特征尺寸持续压缩，维持好的成品率变得越来越困难。这就使得实现具有内建预留空间(built-in redundancy)的逻辑电路比以往更加重要，内建预留空间允许在一个电路元件出现故障时，通过切换到一个后备元件来补救。这种出于补救目的的电路切换通常由熔丝(fuse)来实现，对此已开发出多种不同的方法，包括利用外部激光烧毁金属丝(wire)的激光熔融法(laser fusing)以及利用电流熔断熔丝材料的电子熔融法。

激光熔丝的一个问题在于，其尺寸并不会随着微芯片配线与元件的变小而缩小。这是因为熔丝的尺寸与用来切断熔丝的光波长及光的分辨率极限(resolution limit)相关，上述光波长与分辨率极限是在新的芯片上构成晶体管时的光波长与分辨率极限的数倍。

由于电子熔丝(electrical fuse)的解决方案仅涉及少数几个配置局限(positioning restraint)，且不需要任何特定装置来实现熔断，因而这种方案尤其广泛应用于互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)制作过程中。一般来说，电子熔丝由覆盖有一层薄的钴硅化物或镍硅化物的极小条的多晶硅组成，与构成晶体管栅极的材料相同。熔丝通过一种称为电迁移(electro-migration)的效应而断开，电迁移过程中电流将小金属丝中的原子推离原来的位置。

图1是现有的电子熔丝布局的示意图。如图1所示，电子熔丝1具有三个块，包括阴极块12、阳极块14以及将阴极块12与阳极块14相连接的熔丝链接16。阴极块12、阳极块14以及熔丝链接16是同时设定且由多晶硅层与硅化物层组成。阴极块12上直接设有多个阴极接触插塞(contact plug)22。阳极块14上直接设有多个阳极接触插塞24。

一般地，阴极块12具有比阳极块14更大的表面积。此外，为了达到更好的储备效果，阴极块12上的第一行阴极接触插塞22与熔丝链接16之间的间距L1远大于阳极块14上的第一行阳极接触插塞24与熔丝链接16之间的间距L2。依据现有技术，在阴极块12的转换区域(transition region)26上不设置接触插塞，其中转换区域26位于第一行阴极接触插塞22与熔丝链接16之间。通常情况下，间距L1约为阴极接触插塞22的尺寸的5～10倍。一般认为，在硅化物层电迁移过程中，转换区域26可提供足够的硅化物来源。

熔丝中的多晶硅在室温下为弱导体。而钴硅化物或镍硅化物则为良导体，因此施加于多晶硅-硅化物条的大部分电子流(如箭头28所指示的方向)会通过硅化物。当达到足够高的电流时，会发生电迁移，硅化物中的原子开始随电流中的电子由阴极块12向阳极块14漂移，最终在材料上形成一个能隙(gap)。

同时，流过熔丝的电流的高密度使熔丝变热。一旦熔丝变热，硅化物中的电迁移增强，下面的多晶硅的导电性也随之变好而允许电流通过。因此，即使在硅化物上形成中断之后，电迁移仍在继续。电流移动一段时间后，电子熔丝1冷却下来，多晶硅再次成为弱导体，而且电子熔丝1永远处于断开状态。

然而，当上述现有技术中的电子熔丝1应用于高级制作工艺(如90纳米或更小线宽)时，其成品率与可靠性均会劣化。因此，需要提供一种改善的电子熔丝结构，以用于半导体集成电路。

发明内容

本发明的目的之一在于为应用于半导体集成电路中的多晶金属硅化(polycide)的电子熔丝(electrical fuse)结构提供改善的成品率(yield)与可靠性，以解决现有技术中成品率与可靠性劣化的技术问题，其中半导体集成电路采用90纳米或更小尺寸技术。

本发明的实施例提供一种电子熔丝结构，包含有：阴极块；位于阴极块上的多个阴极接触插塞(contact plug)；阳极块；位于阳极块上的多个阳极接触插塞；以及熔丝链接，用于将阴极块与阳极块相连接，其中多个阴极接触插塞的前一行设置于靠近熔丝链接的位置，以使得阴极块与熔丝链接之间的界面上形成高热量梯度。