[发明专利]具有腔体的金属丝熔丝结构

说明书

本发明一般涉及制造集成电路。特别是，本发明涉及在集成电路中利用熔丝链增加电路密度和／或减少衬底损伤的改进技术。

半导体集成电路(IC)及其制造技术是众所周知的。在典型的集成电路中，在硅衬底上可以制造大量的半导体器件。为了达到所要求的功能，通常提供多个导体将所选器件耦连在一起。

在某些集成电路中，导电链耦合到制造后可以利用激光或电力切断或烧断的熔丝。在动态随机存取存储器(DRAM)电路中，例如，在制造期间可以利用熔丝保护某些晶体管栅叠层不意外带电。一旦IC制造基本完成，可以熔断或切断熔丝使DRAM电路运行，好象保护电路从没存在。此外，可以利用熔丝链重新布置导线，从而修改电路的功能。

激光熔丝链通常是利用激光能量能够迅速熔开的金属丝。激光能量使链材料部分蒸发和部分熔化。通常，熔丝链是薄的并且由铝或多晶硅构成，或它可以由和芯片导体相同的金属构成。工作时，预定弧(光点)的短脉冲激光能量撞击在链上。

电熔丝链包括利用电力能够熔开的金属丝，该电力引起部分链材料蒸发，熔化或相反，形成电中断或“断开”。通常，由金属导体(例如，铝)或多晶硅形成电熔丝链。在操作中，利用短脉冲电力，使熔丝断开。

因为不需要熔断每个链，重要的是确保相邻的熔丝不被反射光或热能所熔断。现在利用两种方法保证仅仅熔断所要求的熔丝和不意外熔断相邻的熔丝。第一种方法简单的把熔丝隔离二个或三个光点直径距离。第二种方法在相邻的熔丝之间设置金属壁。这两种方法都导致大的熔丝间距，显著地占用了芯片面积。

在熔丝链是由和芯片导体相同的材料构成；变得更厚；由包括耐熔金属(钨和各种硅化物)层的复合层构成；或由高反射金属(铜／铝)构成等情况下，利用激光熔断熔丝变成更难。

增加逻辑芯片的速度要求是使用这些熔丝链材料的驱动力。通常，可以利用熔丝设置DRAM电路冗余阵列元件的使能位和地址位。

图1表示具有主存储阵列102的典型动态随机存取存储器集成电路。为了易于替换主存储阵列102中的有缺陷的主阵列元件，提供如图所示的冗余阵列104。熔丝阵列106中的多个熔丝通过熔丝锁存阵列108和熔丝解码电路110耦合到冗余阵列104。为了替换有缺陷的主存储器元件，可以熔断或切断熔丝阵列106中的单个熔丝，根据解码电路按照需要设置其值为“1”或“0”。

在运行期间，通常把熔丝阵列106的各熔丝的值在加电时载入熔丝锁存阵列108。然后在运行时利用熔丝解码电路110解码这些数值，因此易于用冗余阵列104的特定冗余元件替换特定的有缺陷的主存储阵列元件。现有技术中利用冗余阵列元件替代有缺陷的主存储器阵列元件的技术是众所周知的，为了简洁起见，下面不进行详细的讨论。

如上所述，利用激光束或电力可以选择地烧断或切断熔丝阵列106中的熔丝链。一旦烧断，熔丝则从高导电状态变到高阻(即不导电)状态。烧断的熔丝阻止电流通过，表示电通路处于开路状态。参看图2A，熔丝阵列元件106的熔丝链202，204，206，208表示它们处于没烧断(即导电状态)状态。如图2B所示，利用激光束或电力切断或烧断一个熔丝链204，从而禁止电流通过。

已经发现，利用激光束设置，切断或烧断熔丝链，可能使熔丝链下面的区域或相邻熔丝链易受激光的损伤，主要由于在熔丝设置工作期间吸收激光能量。因为可能受激光损伤，通常在熔丝链下面的区域不设置半导体器件(例如，晶体管)，在常规系统中远离熔丝。

即使在熔丝链或其它邻近的熔丝链的下面没有有源器件，衬底本身也可能受到激光引起的某种程度的损伤。这是因为作为典型衬底材料的硅容易吸收激光能量，特别是短波激光能量。因为这种原因，在常规系统中利用诸如红外激光等相对长波激光进行设置熔丝操作。

即使红外激光有助于使下面衬底受激光损伤最小，利用具有相对长波的激光包含了某些不希望的危害。例如，红外激光相对长的波长在设置熔丝操作期间在衬底上形成相对大的斑点，它限制其后相互之间设置熔丝链的距离。具有例如大约1微米波长的红外激光，在衬底上产生的光点可能是大约2倍波长或大约2到2．5微米宽。

下面参看图3A和3B来说明相对长波激光的缺点。图3A是包括熔丝链202，204，206，208的熔丝阵列106的一部分的横截面图。如图3A所示，熔丝链202，204，206，208由钝化层302密封。衬底304位于熔丝链下面，如图所示。应当注意，为了易于说明，高度简化图3A所示的内容，熔丝阵列106可以包括其它常规层和／或众所周知的部件。