专利名称：保险丝及断开保险丝的方法
技术领域：
本发明涉及一种保险丝及断开保险丝的方法，更具体地涉及一种能够电断开和重构电路的保险丝以及断开该保险丝的方法。
背景技术：
诸如DRAM、SRAM的存储器件或逻辑器件等之类的半导体器件包含大量器件，并且由于制造工艺的各种因素导致部分电路或存储单元经常不能正常工作。在这种情况下，如果有缺陷的部分电路或存储单元使得整个器件有缺陷，将降低制造成品率，导致制造成本的增加。为了防止这种情况发生，近来在半导体器件中，有缺陷的电路或有缺陷的存储单元被转换为冗余电路或冗余存储单元，以使得电路或存储单元正常，从而挽救有缺陷的半导体器件。
某些半导体器件包括整体成型的多个不同功能的电路，从而具有可切换的功能，另外一些半导体器件包括制造好的指定电路，从而具有可调整的器件特性。
通常，通过安装包括多个保险丝的保险丝电路以及在进行测试或其它工序之后断开保险丝，重构这种半导体器件。
公知断开保险丝的方法包括在形成保险丝的多晶硅层中通入高电流以使其产生自热从而熔断保险丝的方法，在由多晶硅层和硅化物层构成的保险丝中通入电流以集聚硅化物从而增加保险丝的电阻的方法(参见，例如日本公开未审查专利申请No.Hei 11-512879)以及其它方法。
但是，通入电流以熔断保险丝的方法需要用高电流来熔断多晶硅，并且使得用以控制电流的晶体管和用以施加电流的互连很大，因此这种方法难以减小保险丝电路的尺寸。在熔断保险丝时发生的爆炸常使保险丝上的层间绝缘膜产生裂纹。如果这种裂纹生长的话，最坏的情况是延伸至保险丝附近的互连层，结果导致互连层断开等问题。为防止层间绝缘膜产生裂纹，有效地方法是设置保护环，但这种保护环会增加保险丝电路的面积。
在集聚硅化物的方法中，必需形成具有硅化物层的保险丝。只有硅化物层集聚，而下面的多晶硅层保持不变。因而，保险丝部分的电阻增加至多约为10倍，所以难以判断保险丝的断开。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种保险丝及断开保险丝的方法，这种保险丝能够防止层间绝缘膜产生裂纹，而不增大保险丝电路，并且能够在保险丝断开前后具有较大的电阻变化。
根据本发明的一个方案，提供一种保险丝，包括包含硅层的互连部分；第一接触部分，连接至该互连部分的一端并包含金属材料；以及第二接触部分，连接至该互连部分的另一端并包含金属材料。
根据本发明的另一方案，提供一种保险丝，包括包含硅层的互连部分；第一接触部分，连接至该互连部分的一端并包含金属材料；以及第二接触部分，连接至该互连部分的另一端并包含金属材料，在断开之后，构成该第二接触部分的至少一部分金属材料迁移至该互连部分，并且该互连部分与该第二接触部分电断开。
根据本发明的又一方案，提供一种保险丝，包括互连部分，包括硅层和形成于该硅层上的金属硅化物层；第一接触部分，连接至该互连部分的一端；以及第二接触部分，连接至该互连部分的另一端，在断开之后，构成该金属硅化物层的至少一部分金属材料迁移至该互连部分，并且该互连部分与该第二接触部分电断开。
根据本发明的再一方案，提供一种半导体器件，包括保险丝，该保险丝包括包含硅层的互连部分；第一接触部分，连接至该互连部分的一端并包含金属材料；以及第二接触部分，连接至该互连部分的另一端并包含金属材料。
根据本发明的再一方案，提供一种断开保险丝的方法，该保险丝包括包含硅层的互连部分；第一接触部分，连接至该互连部分的一端；以及第二接触部分，连接至该互连部分的另一端并包含金属材料，电流从该第一接触部分经由该互连部分流向该第二接触部分，以使该第二接触部分的金属材料迁移至该硅层，从而改变该互连部分与该第二接触部分之间的连接电阻。
根据本发明的再一方案，提供一种断开保险丝的方法，该保险丝包括互连部分，包括硅层和形成于该硅层上的金属硅化物层；第一接触部分，连接至该互连部分的一端；以及第二接触部分，连接至该互连部分的另一端，电流从该第一接触部分经由该互连部分流向该第二接触部分，以使构成该金属硅化物层的金属材料迁移至该第一接触部分的一端，从而改变该互连部分与该第二接触部分之间的接触电阻。
根据本发明，保险丝包括包含硅层的互连部分；连接至该互连层的一端的第一接触部分；以及连接至该互连部分的另一端并包含金属材料的第二接触部分，并且电流从该第一接触部分流向该第二接触部分，以使该第二接触部分的金属材料迁移至该硅层，从而断开该保险丝，因而可以在断开时保护外围元件不受损害。因此，无需增大保险丝电路就可防止层间绝缘膜中产生裂纹。通过第二接触部分的金属材料的迁移，第一接触部分与第二接触部分可以彼此完全断开，从而能够使得断开前后的电阻变化很大。
图1为根据本发明第一实施例的保险丝的俯视图。
图2为根据本发明第一实施例的保险丝的图示剖视图。
图3为保险丝电路的一个实例的电路图。
图4为示出断开根据本发明第一实施例的保险丝的方法的图示剖视图。
图5A-图5C和图6A-图6B为在制造根据本发明第一实施例的保险丝的方法步骤中保险丝的剖视图。
图7为根据本发明第二实施例的保险丝的图示剖视图。
图8为示出断开根据本发明第二实施例的保险丝的方法的图示剖视图。
图9为根据本发明第三实施例的保险丝的俯视图。
图10为根据本发明第三实施例的保险丝的图示剖视图。
图11为根据本发明第四实施例的保险丝的俯视图。
图12为根据本发明第四实施例的保险丝的图示剖视图。
图13为根据本发明第五实施例的保险丝的俯视图。
图14为根据本发明第六实施例的保险丝的俯视图。
图15为根据本发明第六实施例的保险丝的图示剖视图。
图16为根据本发明第七实施例的保险丝的图示剖视图。
具体实施例方式
第一实施例将参照图1-图6B说明根据本发明第一实施例的保险丝及其断开的方法。
图1为根据本实施例的保险丝的俯视图。图2为根据本实施例的保险丝的图示剖视图。图3为保险丝电路的一个实例的电路图。图4为示出断开根据本实施例保险丝的方法的图示剖视图。图5A-5C和图6A-6B为在制造根据本实施例保险丝的方法步骤中保险丝的剖视图。
首先，将参照图1和图2说明根据本实施例的保险丝的结构。
在硅衬底10的主表面中形成限定有源区的器件隔离膜12。在器件隔离膜12上形成多晶硅的互连部分14。在其上形成有互连部分14的硅衬底10上形成层间绝缘膜16。在层间绝缘膜16中埋置分别连接至互连部分14的两端的接触塞20a、20b。彼此串联连接的接触塞20b(第一接触部分)、互连部分14和接触塞20a(第二接触部分)由此形成保险丝。
在其中埋置有接触塞20a、20b的层间绝缘膜16上，形成金属互连22a和金属互连22b，其中金属互连22a经由接触塞20a连接至互连部分14的一端，而金属互连22b经由接触塞20b连接至互连部分14的另一端。金属互连22a属于阴极电极端，而金属互连22b属于阳极电极端。
如上所述，根据本实施例的保险丝的特征主要在于保险丝具有互连部分14、连接至互连部分14的一端的接触塞20b(第一接触部分)和连接至互连部分14的另一端的接触塞20a(第二接触部分)。根据本实施例的保险丝改变互连部分与接触部分之间的连接电阻，并包括从而用作保险丝的互连部分与接触部分。根据本实施例的保险丝在这点上与传统的保险丝不同，其中多晶硅互连与多晶硅-金属硅化物互连自身的电阻值变化。
图1和图2所示的保险丝被并入在图3所例示的保险丝编程电路中，并根据需要编程。如图3所示，敏感晶体管(sense transistor)32、34分别连接至保险丝30的两端。保险丝30与敏感晶体管32之间的连接端子经由断开晶体管36接地。保险丝30与敏感晶体管32之间的连接端子连接至保险丝断开控制电路，该保险丝断开控制电路施加断开保险丝时所需的电压。
接下来，将参照图3和图4说明断开根据本实施例的保险丝的方法。在本申请的说明书中，“断开”保险丝指编程保险丝，并包括完全电分离电连接以及增大连接电阻。
在断开保险丝时，关闭连接至保险丝30两端的敏感晶体管32、34。在这种状态下，为断开晶体管36的栅极端子施加控制电压例如约500微秒，以打开断开晶体管36。
此时，从保险丝断开控制电路输出指定电压，从而形成从保险丝断开控制电路经由保险丝30和断开晶体管36至地电位的电流通路，并且在保险丝30中通过电流。
电流从金属互连22b至金属互连22a流经保险丝30，从而由于接触塞20a与互连部分14之间截面积较小的接触部分中的电阻加热，导致温度上升。根据本申请发明人所做的模拟的结果，当在直径为0.1μm的接触部分中流过4mA的电流时，接触部分的温度被认为会瞬间上升至约1000℃。
在这种高温状态下，构成阴极电极端上的接触塞20a的钨(W)迁移至互连部分14(参见图4)。本申请的发明人对该截面进行TEM观察和EDX分析，发现断开晶体管36工作500微秒，从而阴极电极端上的接触塞20a中所有的钨均迁移至互连部分14。
钨的这种迁移使阴极电极端上的接触塞20a与互连部分14彼此断开，从而断开金属互连22a与金属互连22b之间的电连接。因此，完成保险丝的断开。本发明的发明人测量断开前后的电阻值变化，并且发现断开之后的电阻值增加约6个位数。
根据断开晶体管36的尺寸、互连部分14的长度、接触面积等，适当设定从保险丝断开控制电路输出的电压，从而使在接触塞20a与互连部分14之间的接触部分中流动的电流的电流密度不小于5×106A·cm-2且不大于5×108A·cm-2。将电流密度设定为不小于5×106A·cm-2，是因为小于5×106A·cm-2的电流密度不能使接触塞的金属材料充分迁移，将电流密度设定为不大于5×108A·cm-2，是因为大于5×108A·cm-2的电流密度熔断互连部分14，结果导致在层间绝缘膜16等中可能形成裂纹的风险。
对于保险丝断开而言，优选使用不大于5秒的脉冲电流。大于5秒的脉冲电流甚至增加保险丝区域外的外围元件的温度，导致可能改变特性的风险。
互连部分14可由不同于多晶硅的非晶硅、硅锗或其它构成。
可以在约500微秒的非常短的时段内完成上述断开保险丝的过程，从而将温度上升局部限制于互连部分14的区域，因而可防止对外围元件的影响。断开根据本实施例的保险丝的方法不使用传统方法所采用的熔融和爆炸，而使用迁移，从而在层间绝缘膜16中不形成裂纹。因此，不需要用以防止产生裂纹的保护环或其它装置，这使得保险丝电路区域的尺寸能够减小。没有断开保险丝附近的互连等的风险，从而提高了保险丝的可靠性。保险丝仅由多晶硅的互连部分14与接触塞20构成，从而无需附加多余的步骤就能够实现保险丝，由此降低制造成本。
接下来，将参照图5A-图6B说明制造根据本实施例的保险丝的方法。
首先，通过例如STI(浅槽隔离)方法在硅衬底10中形成限定有源区的器件隔离膜12(图5A)。
然后，通过例如CVD方法在整个表面上沉积例如150nm厚的多晶硅膜。取代多晶硅膜，也可以沉积非晶硅。
接着，通过光刻和干蚀刻图案化多晶硅膜，以在器件隔离膜12上形成多晶硅膜的互连部分14(图5B)。互连部分的尺寸为例如宽0.20μm、长0.60μm。
在根据本实施例的保险丝中，互连部分14设置于器件隔离膜12上，以提高断开中的热效率。换句话说，互连部分14设置于器件隔离膜12上，从而阻止通过对互连部分14通电而产生的热量被传导并通过衬底散发，因此能够容易地升高互连部分14的温度，以有利于保险丝的断开。
接着，在其上形成有互连部分14的硅衬底10上沉积例如700nm厚的氧化硅膜。然后，通过CMP(化学机械抛光)方法执行平坦化，以将硅衬底上的氧化硅膜的厚度减小至300nm。因此，形成氧化硅膜的层间绝缘膜16。
优选地，在互连部分14上待形成的层间绝缘膜16由诸如SiO2、SiON、SiN、PSG、BPSG或其它强度较高的绝缘膜构成。这是因为如果层间绝缘膜16由低强度的低介电常数膜或多孔膜构成，则存在这样的风险即使断开根据本实施例的保险丝的方法也可能导致例如产生裂纹等损害的缺陷以及断开互连。
然后，通过光刻和干蚀刻，在层间绝缘膜16中形成分别向下达到互连部分14的两端的接触孔18a、18b(图5C)。接触孔18a、18b的直径为例如0.1μm。
接着，通过例如溅射方法或CVD方法在整个表面上沉积例如5nm厚的Ti膜和例如10nm厚的TiN膜，以形成Ti膜和TiN膜的粘合层。
然后，通过例如CVD方法在粘合层上沉积例如300nm厚的钨膜。
接着，通过例如CMP方法抛光钨膜和粘合层，直至暴露层间绝缘膜16的表面，从而形成埋置入接触孔18a中的由粘合层和钨膜构成的接触塞20a，和埋置入接触孔18b中的由粘合层和钨膜构成的接触塞20b(图6A)。
接着，在其中埋置有接触塞20a、20b的层间绝缘膜16上，形成经由接触塞20a连接至互连部分14的一端的金属互连22a，和经由接触塞20b连接至互连部分14的另一端的金属互连22b(图6B)。
金属互连22a、22b可为通过沉积和图案化导电膜形成的例如铝的互连，或通过所谓的镶嵌方法形成的例如铜或其它的互连。在通过镶嵌方法形成金属互连22a、22b时，可整体形成接触塞20和金属互连22。在这种情况下，形成金属互连的铜或其它材料迁移，从而执行保险丝的断开。
然后，根据需要，形成连接至金属互连22a、22b的上互连层等，完成保险丝。
如上所述，根据本实施例，保险丝包括多晶硅膜的互连部分、连接至互连部分的一端的第一接触部分(接触塞20b)以及连接至互连部分的另一端并且包含金属材料的第二接触部分(接触塞20a)，并且电流从第一接触部分流向第二接触部分，以使第二接触部分的金属材料迁移至多晶硅而断开保险丝，从而在断开保险丝时不损害外围元件。因此，可在不增大保险丝电路的条件下，防止层间绝缘膜产生裂纹。通过使接触部分的金属材料迁移，可完全断开第一接触部分与第二接触部分，从而可使断开前后的电阻变化很大。
第二实施例将参照图7和图8说明根据本发明第二实施例的保险丝及断开保险丝的方法。以相同的标号代表与图1-图6所示的根据本发明第一实施例的保险丝相同的部件，不重复或简化其说明。
图7为根据本实施例保险丝的图示剖视图。图8为示出断开根据本实施例保险丝的另一方法的图示剖视图。
首先，参照图7说明根据本实施例保险丝的结构。
在硅衬底10的主表面中形成限定有源区的器件隔离膜12。在器件隔离膜12上形成多晶硅-金属硅化物结构的互连部分14，该多晶硅-金属硅化物结构由多晶硅膜24和位于多晶硅膜24上面的金属硅化物膜26构成。在其上形成有互连部分14的硅衬底10上形成层间绝缘膜16。在层间绝缘膜16中埋置分别连接至互连部分14的两端的接触塞20a、20b。从而构成包含串联连接的接触塞20b、互连部分14和接触塞20a的保险丝。
在其中埋置有接触塞20a、20b的层间绝缘膜16上形成金属互连22a和金属互连22b，其中金属互连22a经由接触塞20a连接至互连部分14的一端，而金属互连22b经由接触塞20b连接至互连部分14的另一端。
如上所述，除了互连部分14具有由多晶硅膜24和金属硅化物膜26构成的多晶硅-金属硅化物结构以外，根据本实施例的保险丝与根据第一实施例的保险丝相同。断开根据第一实施例保险丝的方法适用于包括多晶硅-金属硅化物结构的互连部分14的本实施例保险丝。
在诸如逻辑半导体器件或其它等以高速运行为重点要求的器件中，为降低栅电阻常使用多晶硅-金属硅化物结构的栅极。保险丝的互连部分14常与栅极同时形成。如果互连部分14可由与栅极相同的多晶硅-金属硅化物结构构成，则不需使逻辑半导体器件的制造步骤复杂化就能够形成保险丝。因此，根据本发明断开保险丝的方法非常有效，该方法可以断开多晶硅-金属硅化物结构的互连部分14。
在多晶硅-金属硅化物结构的互连部分14中，形成于多晶硅膜24上的金属硅化物膜26不能阻止接触塞20a中的钨电迁移至多晶硅膜24。构成金属硅化物膜26(例如硅化钴)的金属元素(例如Co)也迁移至阳极电极端。因此，利用由多晶硅-金属硅化物结构构成的互连部分14，能够容易地断开接触塞20a与互连部分14之间的连接，并且保险丝断开前后的电阻变化可以很大。
优选地，在构成互连部分14的多晶硅膜14中不掺入杂质，从而使得保险丝断开之后的电阻值能够很大，并且电路裕度(circuit margin)可以很大。
在使用多晶硅-金属硅化物结构的互连部分14时，通过适当地设定断开晶体管36的尺寸、互连部分14的长度、接触面积等，可以仅使得金属硅化物膜26的金属材料(例如硅化钴的钴)迁移。换句话说，如图8所示，阴极电极端上的金属硅化物膜26被移动至远离接触塞20a的阳极电极端，从而增大阴极电极端上的接触塞20a与互连部分14之间的接触电阻，并且使保险丝断开。
在通过迁移来移动金属硅化物的金属材料时，与阴极电极端上的接触塞20a连接的多晶硅膜24的宽度优选不大于接触塞20宽度的10倍。
多晶硅膜24上面的金属硅化物膜26可沉积在多晶硅膜24上，或可通过常用的自对准硅化物工艺或其它工艺形成。
如上所述，根据本实施例，保险丝包括多晶硅-金属硅化物结构的互连部分、连接至互连部分的一端的第一接触部分(接触塞20b)以及连接至互连部分的另一端并包含金属材料的第二接触部分(接触塞20a)，并且电流从第一接触部分流向第二接触部分，以使第二接触部分的金属材料迁移至多晶硅由此断开保险丝，从而防止在断开保险丝时损害外围元件。换句话说，构成互连部分的金属硅化物的金属材料迁移由此断开保险丝，从而可防止在断开保险丝时损害外围元件。因此，无需增大保险丝电路，就能够防止层间绝缘膜产生裂纹。通过接触部分的金属材料迁移，可完全断开第一接触部分与第二接触部分，从而可使保险丝断开前后的电阻变化很大。
第三实施例将参照图9和图10说明根据本发明第三实施例的保险丝及断开保险丝的方法。以相同的标号代表与图1-图8所示的根据第一和第二实施例的保险丝相同的部件，不重复或简化其说明。
图9为根据本实施例的保险丝的俯视图。图10为根据本实施例的保险丝的图示剖视图。
在硅衬底10的主表面中形成限定有源区的器件隔离膜12。在器件隔离膜12上形成多晶硅-金属硅化物结构的互连部分14，该多晶硅-金属硅化物结构由多晶硅膜24和位于多晶硅膜24上面的金属硅化物膜26构成。互连部分14一端(图中的右端)的宽度大于另一端(图中的左端)的宽度。在其上形成有互连部分14的硅衬底10上形成层间绝缘膜16。在层间绝缘膜16中埋置分别连接至互连部分14的两端的接触塞20a、20b。形成于互连部分14的所述一端上的接触塞20b的数目大于形成于互连部分14的所述另一端上的接触塞。因此，保险丝包括串联连接的接触塞20b、互连部分14和接触塞20a。
在其中埋置有接触塞20a、20b的层间绝缘膜16上，形成金属互连22a和金属互连22b，其中金属互连22a经由接触塞20a连接至互连部分14的一端，而金属互连22b经由接触塞20b连接至互连部分14的另一端。
如上所述，根据本实施例的保险丝的特征在于在与互连部分14的阳极电极端相关联的所述一端(图中的右端)互连部分14的宽度大于与互连部分14的阴极电极端相关联的所述另一端(图中的左端)的宽度，并且连接至互连部分14的接触塞20b的数目大于连接至互连部分14的接触塞20a的数目。
如此构造的保险丝，使得互连部分14与阳极电极端上的金属互连22b之间的接触面积较大，从而使得连接电阻较小，并可以抑制温度上升。
换句话说，阳极电极端的接触数目不小于阴极电极端的接触数目的两倍，因而阳极电极端的接触电阻不大于阴极电极端的接触电阻的1/2。当电流值以I表示，电阻值以R表示时，热值表示为I2×R，并且当所述接触数目为两倍时，热值为1/2。可以防止阳极电极端的金属迁移。取代增加接触的数目，可以通过增加接触塞20b的面积来增加互连部分14与接触塞20b之间的接触面积。也可以通过使阳极电极端的互连部分14的宽度增加两倍或更多，使得阳极电极端的热值为1/2。
因此，可克服由于构成阳极电极端的接触塞20b的钨迁移至金属互连22b而导致的外围元件的特性下降等缺陷。
如上所述，根据本实施例，互连部分在阳极电极端的宽度大于阴极电极端的宽度，并且在阳极电极端上连接至互连部分的接触面积大于阴极电极端上的接触面积，从而使得阴极电极侧上的互连部分的散热效率较高。因此，可防止金属材料从阳极电极端的接触塞迁移至外围元件等而使得特性下降。
第四实施例将参照图11和图12说明根据本发明第四实施例的保险丝及断开保险丝的方法。以相同的标号代表与图1-图10所示的根据本发明的第一至第三实施例保险丝相同的部件，不重复或简化其说明。
图11为根据本实施例保险丝的俯视图。图12为根据本实施例保险丝的图示剖视图。
在硅衬底10的主表面中形成限定有源区12a的器件隔离膜12。在器件隔离膜12上形成多晶硅-金属硅化物结构的互连部分14，该多晶硅-金属硅化物结构由多晶硅膜24和位于多晶硅膜24上面的金属硅化物膜26构成，其中互连部分14的一端(图中的右端)位于硅衬底10的有源区12a上，绝缘膜28插在互连部分14与硅衬底10之间，互连部分14的另一端(图中的左端)位于器件隔离膜12上。在其上形成有互连部分14的硅衬底10上形成层间绝缘膜16。在层间绝缘膜16中，埋置分别连接至互连部分14的两端的接触塞20a、20b。因此，构成包括串联连接的接触塞20b、互连部分14和接触塞20a的保险丝。
在埋置有接触塞20a、20b的层间绝缘膜16上，形成金属互连22a和金属互连22b，其中金属互连22a经由接触塞20a连接至互连部分14的所述另一端，而金属互连22b经由接触塞20b连接至互连部分14的所述一端。
如上所述，根据本实施例的保险丝的特征在于互连部分14与阳极电极端相关联的一端延伸覆盖有源区12a。
在硅衬底10上形成延伸覆盖有源区12a的互连部分14，在硅衬底10与互连部分14之间插有薄绝缘膜28，该绝缘膜28与晶体管的栅绝缘膜同时形成。因而，与在器件隔离膜12上形成互连部分14相比，在有源区12a上形成互连部分14更有利于互连部分14中产生的热朝硅衬底10散发。
如此构造的保险丝，使得在阳极电极端，互连部分14的散热效率增加，并可以抑制温度上升。因而，可阻碍构成阳极电极端的接触塞20b的钨向金属互连22b迁移而流入外围元件等导致特性下降等缺陷。
优选互连部分14延伸覆盖的有源区的面积如此的大以使得在断开保险丝时可以散发互连部分14中所产生的热。例如，互连部分14的宽度为0.3μm，有源区12a的宽度为0.50μm。优选地，相对于互连部分14的中部而言，有源区12a的位置更接近阳极电极端。
如上所述，根据本实施例，在有源区上形成阳极电极端的互连部分，从而可以增加阳极电极端的散热效率。因此，可防止金属材料从阳极电极端的接触塞迁移至外围元件等而使得特性下降。
第五实施例将参照图13说明根据本发明第五实施例的保险丝及断开保险丝的方法。以相同的标号代表与1-图12所示的根据第一至第四实施例的保险丝相同的部件，不重复或简化其说明。
图13为根据本实施例保险丝的俯视图。
除金属互连22的平面形状不同之外，根据本实施例的保险丝与图7和图8所示的根据第二实施例的保险丝相同。换句话说，根据本实施例的保险丝的特征在于连接至互连部分14的阳极电极端的金属互连22b的宽度大于连接至阴极电极端的金属互连22a的宽度。
如此构造的保险丝，使得在阳极电极端，互连部分14的散热效率增加，并可以抑制温度上升。因而，可防止构成阳极电极端的接触塞20b的钨向金属互连22b迁移而流入外围元件等结果导致特性下降等缺陷。
优选地，阴极电极端的金属互连22a的宽度约为接触宽度的2倍，以使得在断开保险丝时金属互连22a不会被电流熔断。但是，当金属互连22a太宽时，接触部分中所产生的热量通过金属互连22a散发，因而金属互连22a的宽度优选为不大于接触宽度的5倍。另一方面，阳极电极端的金属互连22b的宽度不小于金属互连22a的宽度的2倍，以防止阳极电极端的金属迁移。
如上所述，根据本实施例，阳极电极端的金属互连的宽度大于阴极电极端的金属互连的宽度，从而可以增加阳极电极端的互连部分的散热效率。因此，可阻碍金属材料从阳极电极端的接触塞流入外围元件等而使得特性下降。
保险丝的阳极电极端的金属互连22b的厚度可以厚于保险丝的阴极电极端的金属互连22a的厚度，从而可以增加阳极电极端的互连部分的散热效率。
第六实施例将参照图14和图15说明根据本发明第六实施例的保险丝及断开保险丝的方法。以相同的标号代表与图1-图13所示的根据第一至第五实施例的保险丝相同的部件，不重复或简化其说明。
图14为根据本实施例保险丝的俯视图。图15为根据本实施例保险丝的图示剖视图。
在硅衬底10的主表面中形成限定有源区12a的器件隔离膜12。有源区12a构成保险丝的一部分。如图14所示，有源区12a为在一个方向延伸的矩形平面形状。在本申请的说明书中，构成保险丝的一部分的有源区12a常称为“互连部分”。
在其上形成有器件隔离膜12的硅衬底10上形成层间绝缘膜16。在层间绝缘膜16中，埋置分别连接至有源区12a的两端的接触塞20a、20b。因此，构成包括串联连接的接触塞20b(第一接触部分)、有源区12a(互连部分)和接触塞20a(第二接触部分)的保险丝。
在埋置有接触塞20a、20b的层间绝缘膜16上，形成金属互连22a和金属互连22b，其中金属互连22a经由接触塞20a连接至有源区12a的一端，而金属互连22b经由接触塞20b连接至有源区12b的另一端。
如上所述，根据本实施例的保险丝的特征主要在于保险丝包括由有源区12a构成互连部分、连接至互连部分的一端的接触塞20b(第一接触部分)和连接至互连部分的另一端的接触塞20a(第二接触部分)。
同样，在具有经由硅衬底10的电流通路的保险丝中，电流以不小于指定值的电流密度流动，从而使得钨从接触塞20a迁移至硅衬底10。由于钨的这种迁移，断开阴极电极端的接触塞20a，从而可以断开金属互连22a与金属互连22b之间的电连接。
如上所述，根据本实施例，保险丝包括由有源区的硅层构成的互连部分、连接至互连部分的一端的第一接触部分(接触塞20b)和连接至互连部分的另一端并包含金属材料的第二接触部分(接触塞20a)，并且电流从第一接触部分端流动至第二接触部分端，以使第二接触部分的金属材料迁移至硅层而断开保险丝，从而能够在断开保险丝时不损害外围元件等。因此，可在不增大保险丝电路的条件下，防止层间绝缘膜产生裂纹。通过接触部分的金属材料迁移，可完全断开第一接触部分与第二接触部分，从而可使保险丝断开前后的电阻变化很大。
第七实施例将参照图16说明根据本发明第七实施例的保险丝及断开保险丝的方法。以相同的标号代表与图1-图15所示的根据第一至第六实施例的保险丝相同的部件，不重复或简化其说明。
图16为根据本实施例保险丝的图示剖面图。
除使用SOI衬底40作为衬底之外，根据本实施例的保险丝与根据第六
SOI衬底40包括埋置的绝缘层42和形成于埋置绝缘层42上的SOI层44，它们均形成于衬底表面上。在SOI层中形成器件隔离膜，器件隔离膜的下端连接至埋置绝缘层42。在由器件隔离膜12限定的器件隔离区12a上形成与根据第六实施例的保险丝相同的保险丝。
保险丝形成于SOI衬底40上，从而使得作为保险丝的电流通路的有源区12a被器件隔离膜12和埋置绝缘层42完全包围。因而，即使在断开保险丝时金属从接触塞20a迁移至有源区12a，也可以将金属限制于保险丝区域中。因此，能够阻碍金属到达外围元件等从而导致特性下降等。
在硅中使用特别是具有较大扩散系数的材料(例如铜)作为接触金属时，根据本实施例的保险丝的结构非常有效。
如上所述，根据本实施例，在SOI衬底上制造保险丝，因而即使在有源区的硅层中形成第一接触部分，也可以防止流入硅层的金属材料到达外围元件而导致特性下降。
修改实施例本发明并不限于上述实施例，而可以包含其它各种修改。
例如，在第二至第五实施例中，互连部分14由多晶硅膜和金属硅化物膜的多晶硅-金属硅化物结构构成，但是互连部分14也可由单个多晶硅层构成。
在第三实施例中，连接至根据第二实施例保险丝阳极电极端的互连部分14的接触塞20b的数目大于连接至阴极电极端的互连部分14的接触塞20a的数目。在根据第四至第七实施例的保险丝中，连接至阳极电极端的互连部分14或有源区12a的接触塞20b的数目可大于连接至阴极电极端的互连部分14或有源区12a的接触塞20a的数目。因而，可进一步增加阳极电极端的散热效率。
在第四实施例中，根据第二实施例的保险丝的互连部分14的一部分形成于有源区12a上。同样，在根据第五实施例的保险丝中，阳极电极端的互连部分的一部分也可以形成于有源区12a上。因此，可进一步增加阳极电极端的散热效率。
在第五实施例中，根据第二实施例保险丝阳极电极端的金属互连22b的宽度大于阴极电极端的金属互连22a的宽度。同样，在根据第六和第七实施例的保险丝中，阳极电极端的金属互连22b的宽度也可以大于阴极电极端的金属互连22a的宽度。因此，可进一步增加阳极电极端的散热效率。
在第一至第七实施例中，接触塞20a、20b为埋置于层间绝缘膜16中的钨塞。但是，接触塞20a、20b可为由不同于铜或其它金属的互连材料构成接触塞。接触塞20a、20b可为与金属互连22a、22b整体形成的互连层的通路部分(via-portion)。接触塞可由金属材料构成，例如包含诸如钨、铜、铝或其它借助通入电流而迁移的导电材料。
在第六和第七实施例中，保险丝的互连部分的一部分由有源区12a构成。但是，可在有源区12a上形成金属硅化物膜，从而如第二实施例所述，构成金属硅化物的金属材料可迁移而改变保险丝的电阻值。
接触塞可包括钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钨、氮化钨(WN)、钽(Ta)、氮化钽(TaN)或其它材料构成的阻挡金属。
权利要求
1.一种保险丝，包括包含硅层的互连部分；第一接触部分，连接至该互连部分的一端并包含金属材料；以及第二接触部分，连接至该互连部分的另一端并包含金属材料。
2.一种保险丝，包括包含硅层的互连部分；第一接触部分，连接至该互连部分的一端并包含金属材料；以及第二接触部分，连接至该互连部分的另一端并包含金属材料，在断开之后，构成该第二接触部分的至少一部分金属材料迁移至该互连部分，并且该互连部分与该第二接触部分电断开。
3.一种保险丝，包括互连部分，包括硅层和形成于该硅层上的金属硅化物层；第一接触部分，连接至该互连部分的一端；以及第二接触部分，连接至该互连部分的另一端，在断开之后，构成该金属硅化物层的至少一部分金属材料迁移至该互连部分，并且该互连部分与该第二接触部分电断开。
4.一种半导体器件，包括保险丝，该保险丝包括包含硅层的互连部分；第一接触部分，连接至该互连部分的一端并包含金属材料；以及第二接触部分，连接至该互连部分的另一端并包含金属材料。
5.根据权利要求4所述的半导体器件，其中该互连部分还包括形成于该硅层上的金属硅化物层。
6.根据权利要求4所述的半导体器件，其中在与该第一接触部分相接触的区域中的该互连部分的宽度大于在与该第二接触部分相接触的区域中的该互连部分的宽度。
7.根据权利要求4所述的半导体器件，其中该互连部分与该第一接触部分之间的接触面积大于该互连部分与该第二接触部分之间的接触面积。
8.根据权利要求4所述的半导体器件，其中该互连部分与该第一接触部分之间的接触区域以及该互连部分与该第二接触部分之间的接触区域形成于器件隔离膜上。
9.根据权利要求4所述的半导体器件，其中该互连部分与该第一接触部分之间的接触区域形成于有源区上，以及该互连部分与该第二接触部分之间的接触区域形成于器件隔离膜上。
10.根据权利要求4所述的半导体器件，其中连接至该第一接触部分的第一互连的宽度大于连接至该第二接触部分的第二互连的宽度。
11.根据权利要求4所述的半导体器件，其中连接至该第一接触部分的第一互连比连接至该第二接触部分的第二互连更厚。
12.根据权利要求10所述的半导体器件，其中该第一互连与该第一接触部分，以及第二互连与该第二接触部分分别整体形成。
13.根据权利要求11所述的半导体器件，其中该第一互连与该第一接触部分，以及第二互连与该第二接触部分分别整体形成。
14.一种断开保险丝的方法，该保险丝包括包含硅层的互连部分；第一接触部分，连接至该互连部分的一端；以及第二接触部分，连接至该互连部分的另一端并包含金属材料，电流从该第一接触部分经由该互连部分流向该第二接触部分，以使该第二接触部分的金属材料迁移至该硅层，从而改变该互连部分与该第二接触部分之间的连接电阻。
15.一种断开保险丝的方法，该保险丝包括互连部分，包括硅层和形成于该硅层上的金属硅化物层；第一接触部分，连接至该互连部分的一端；以及第二接触部分，连接至该互连部分的另一端，电流从该第一接触部分经由该互连部分流向该第二接触部分，以使构成该金属硅化物层的金属材料迁移至该第一接触部分的一端，从而改变该互连部分与该第二接触部分之间的接触电阻。
16.根据权利要求14所述的断开保险丝的方法，其中设定从该第一接触部分流向该第二接触部分的电流的电流值，以使所述接触部分中的电流密度不小于5×106A·cm-2且不大于5×108A·cm-2。
17.根据权利要求15所述的断开保险丝的方法，其中设定从该第一接触部分流向该第二接触部分的电流的电流值，以使所述接触部分中的电流密度不小于5×106A·cm-2且不大于5×108A·cm-2。
18.根据权利要求14所述的断开保险丝的方法，其中从该第一接触部分流向该第二接触部分的电流为不大于5秒的脉冲电流。
19.根据权利要求15所述的断开保险丝的方法，其中从该第一接触部分流向该第二接触部分的电流为不大于5秒的脉冲电流。
全文摘要
一种保险丝包括包含硅层的互连部分(14)；连接至该互连部分(14)的一端的接触部分(20b)；以及连接至该互连部分(14)的另一端并包含金属材料的接触部分(20a)。电流从接触部分(20b)流向接触部分(20a)，以使接触部分(20a)的金属材料迁移至该硅层，从而改变互连部分(14)与接触部分(20a)之间的接触电阻。
文档编号H01L21/768GK1929125SQ20061000851
公开日2007年3月14日 申请日期2006年2月16日 优先权日2005年9月5日
发明者大冢敏志, 泽田丰治, 须贺真人, 长山准, 佐藤元伸, 铃木贵志 申请人:富士通株式会社