[实用新型]减少熔丝尖刺的修调结构

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体制造工艺技术领域，尤其涉及一种减少熔丝尖刺的修调结构。

背景技术

集成电路领域中，对于需要调整基准电压和基准频率的产品，在芯片中需要设计出被称为修调电阻(Trim resistor)的可调电阻结构，这些修调电阻结构按所需电路性能进行版图设计，经过生产制造后形成功能芯片，在芯片测试时采用合适的测试程序对修调电阻选择性烧断。烧断的结构、模块将不参与芯片的使用，从而通过对修调电阻的选取和结构的改变来达到电路设计者所需要的性能。

修调电阻通常分为熔丝类、齐纳二极管类及薄膜电阻激光修调类三种类别。其中熔丝类修调电阻由于烧断技术对工艺水平和测试精度要求相对简单，利于生产控制，技术也相对成熟而被广泛采用。熔丝类修调电阻根据材料主要分为金属和多晶两种，金属中主要以普遍用于布线的铝及其合金为主。铝的熔点相对较低(660℃)，当修调时周期为几毫秒，大小为几百毫安的电流脉冲就可以将熔丝熔断，熔丝开始汽化时大部分金属可熔化并排出，很容易编程，并且对于难熔金属熔丝也可以达到较可靠的修调作用。多晶熔丝熔点比铝高很多(1410℃)，并且很脆，在快速加热的过程中容易破裂，要求编程电流脉冲上升的时间足够短，在实际中使用较少。

熔丝类修调原理相同，结构类似，本实用新型以铝材料熔丝为代表的金属熔丝做背景技术的介绍。结合图1解释熔丝修调电阻的原理，在图1所示为传统的金属熔丝修调的正面结构示意图，其中10为金属铝形成的修调电阻，11a和11b为修调电阻的连接垫(Trim PAD)，10a和10b为修调电阻和连接垫的过渡区，12a和12b为修调电阻连接垫上的压点窗口，13为修调电阻上的压点窗口。其中修调电阻10上的压点窗口13利于熔断铝时的能量瞬间释放，利于金属蒸发，窗口的大小可根据具体的需要来定。修调电阻的测试一般采用的都是瞬间大电流，根据导体的物理特性，当电流密度很高(10⁴A/cm²以上)时将引起金属原子的逐渐位移，使金属出现空洞和堆积，这种现象称为电迁移，电迁移的出现加剧了电流密度的增加，根据导体的热导理论，电流流动的过程中电子撞击金属离子会产生热量，且热量和电流密度的大小成正比，电流密度越大越集中，产生的热量越大，当热量达到金属的熔点时，金属出现熔化蒸发，金属熔断后电路断路，从而达到修调的作用。

图2所示为图1中Z1区域放大的正面结构示意图，当在修调电阻连接垫11a、11b的两端加上瞬间大电流时，以电流从左往右为例，根据欧姆定律，电流从修调电阻连接垫11a流到过渡区10a时，电阻有效面积因导体有效横截面积变小，而使电流密度会变大为IR1；当电流从过渡区10a流到修调电阻10时，同样电阻有效面积因导体有效横截面积变小而使电流发生集中，因此电流密度变大成IR2；电流流进修调电阻10后电流密度变成最大IR；经过修调电阻10后电流密度根据导电特性逐步变成IR3和IR4，且电流密度关系遵从IR＞IR2、IR3＞IR1、IR4。根据导体的电迁移和热导理论，温度最高和电迁移程度最严重的区域为修调电阻10，其次修调电阻10分别和过渡区10a、10b连接的区域温度较高和电迁移程度较严重。根据半导体理论，铝和硅的固浓度受温度的变化而改变，在电路结构中，电子的流动和温度的升高还会导致铝尖刺(Hillock)的发生。如图2所示，当修调电阻10未熔断时，电流从左边流到右边，整个修调电阻结构是一电路回路，当电流IR和导体温度达到电迁移和铝尖刺发生需要的条件时，修调电阻结构中的修调电阻10、过渡区10a和10b已经开始出现了电迁移，温度升高，铝尖刺开始发生。当电流IR和导体温度达到修调电阻10熔断蒸发的条件时，修调电阻10熔断蒸发，整个修调电阻结构断路，电流瞬间切断，电流的能量瞬间停滞，在电流密度发生改变的区域存在很大的能量梯度，与此同时根据导体的温度传递特性，修调电阻10熔断的温度向过渡区10a和10b传递，加剧了电迁移的发生，使能量梯度更大，最终能量通过铝尖刺的方式释放出来。

图3所示为传统的金属熔丝类修调电阻熔断后的正面结构示意图，其中10c和10d分别是修调电阻10熔断后的两端，10e和10f分别为修调电阻10分别到过渡区10a和10b的连接区域发生的铝尖刺现象。

图4为图3中Z2区域放大的侧面结构示意图，其中00为半导体衬底，01为介质层，02为修调金属层，03为钝化层，10e和10f为铝尖刺示例，h1为铝尖刺突起高出钝化层的高度。h1的高度在实际中受具体的铝材料及钝化层的种类和厚度等工艺条件的影响，同时还由测试条件决定，通常h1的高度为修调金属层厚度的1～5倍。