[发明专利]接触插塞电熔丝结构及制造接触插塞电熔丝装置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电熔丝结构，特别是涉及一种半导体装置用的接触插塞 电熔丝结构及接触插塞电熔丝装置与只读存储器的制法。

背景技术

随着半导体工艺的微小化以及复杂度的提高，半导体元件也变得更容易 受各种缺陷或杂质所影响，而单一金属连线、二极管或晶体管等的失效往往 即构成整个芯片的缺陷。因此为了解决这个问题，现行技术便会在集成电路 中形成一些可熔断的连接线(fusible links)，也就是熔丝(fuse)，以确保集成电 路的可利用性。

一般而言，熔丝连接集成电路中的冗余电路(redundancy circuit)，一旦检 测发现电路具有缺陷时，这些连接线就可用于修复(repairing)或取代有缺陷的 电路。另外，目前的熔丝设计还可以提供程式化(programming elements)的功 能，以使各种客户可依不同的功能设计来程式化电路。而从操作方式来说， 熔丝大致分为热熔丝和电熔丝(eFuse)两种。所谓热熔丝，是通过激光切割 (laser zip)的步骤来切断；至于电熔丝则是利用电致迁移(electro-migration)的 原理使熔丝出现断路，以达到修补的效果。

多晶硅电熔丝的断开处位于多晶硅层。典型上，电熔丝的断开机制如图 1所示，电熔丝结构1的阴极与熔断装置(blowing device)2的晶体管的漏极 电连接，在电熔丝结构1的阳极上施加电压Vfs，在晶体管的栅极施加电压 Vg，在晶体管的漏极施加电压Vd，晶体管的源极接地。电流(I)由电熔丝结 构1的阳极流向电熔丝结构1的阴极，电子流(e^-)由电熔丝结构1的阴极流 向电熔丝结构1的阳极。进行熔断时所使用的电流有一段优选范围，电流太 低时，所得的阻值太低，会使电性迁移不完整，电流太高时，会导致电熔丝 热破裂。一般，对于65nm工艺的电熔丝结构的熔断电流为约13毫安培(mA)。

已知的多晶硅电熔丝结构可为例如图2及3所示。多晶硅电熔丝结构10 的形状为工字形，即具有窄颈部分，包含阳极12、阴极14、及熔丝本体16。 在阳极12上，有多个钨插塞18，在阴极14上，也有多个钨插塞20。由图3 的截面图观之，阳极12、阴极14、及熔丝本体16是由多晶硅层22及位于 多晶硅层22上的金属硅化物层24所形成。金属硅化物层24帮助各钨插塞 与各电极有良好的电性接触。阴极14上需要有多个钨插塞18以提供足够量 的电子流至阴极14，并流动至狭窄形状的熔丝本体16的多晶硅层22及金属 硅化物层24中，产生电致迁移现象，而使熔丝本体16断开。因为阴极需要 供多个插塞接触，以提供大量电子流，所以往往需要较大的尺寸。并且，因 为需要大量的电子流以足够将熔丝本体断开，所以也需要大的熔断装置(即， MOS晶体管)，以能够提供足够的电子流。因此，已知的多晶硅电熔丝装置 的尺寸大，难以应用于32nm半导体工艺节点中。再者，在32nm工艺中， 多使用金属栅极取代多晶硅栅极，因此，此等已知的多晶硅电熔丝结构的制 造也不能便利地与32nm工艺整合。

因此，仍需要一种新颖的电熔丝结构，其具有相对小的尺寸，并且可进 一步便利地使用金属栅极材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种接触插塞电熔丝结构，其可应用于例如电熔丝 装置及只读存储器结构中。应用于电熔丝装置时，其在阴极仅需要一个接触 插塞，并且需要的电流相对较小，因此接触插塞电熔丝结构加上致断装置的 整体尺寸可减小许多。再者，本发明的接触插塞电熔丝结构亦可便利的使用 与金属栅极一样的材料而与金属栅极同时来制作。应用于只读存储器结构 时，结构与工艺均简单，且烧录方便。

依据本发明的接触插塞电熔丝结构包括硅层及接触插塞。接触插塞包括 第一端及第二端，第一端与硅层接触。对接触插塞施加电压后，接触插塞与 硅层接触的第一端的处形成空洞而断开。