电熔丝结构的制作方法
【专利摘要】一种电熔丝结构，包括多个电熔丝结构单元，电熔丝结构单元包括：衬底；位于衬底上的第一电极和与第一电极相连的第一电熔丝；位于衬底、第一电极和第一电熔丝上的介质层；位于介质层内、并与第一电熔丝电连接的导电插塞；位于介质层上的第二电极和与第二电极相连的第二电熔丝，第二电熔丝与导电插塞电连接，第一电极、第二电极中一个为阳极、另一个为阴极；至少有两个电熔丝结构单元共用一个阴极，且共用一个阴极的多个电熔丝结构单元位于阴极的同一侧。由于多个电熔丝结构单元共用阴极，减小了电熔丝结构占据集成电路芯片的面积，使集成电路芯片中金属互连结构的布局设计有更多选择。
【专利说明】
电熔丝结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体【技术领域】，特别是涉及一种电熔丝结构。
【背景技术】
[0002]随着特征尺寸的持续降低，半导体器件越来越容易受到硅基底中杂质或缺陷的影响，单一二极管或MOS晶体管的失效往往会导致整个集成电路芯片的失效。为了解决所述问题，提高成品率，在集成电路芯片中往往会形成一些冗余电路。当制作工艺完成后发现部分器件不能正常工作时，可以通过熔丝熔断将失效电路与其他电路模块电学隔离，并利用冗余电路替换原来的失效电路。特别是在存储器的制造过程中，由于存储器单元的数量很多，难免会有部分存储器单元失效，因此往往会额外形成一些冗余的存储器单元，当制作完成后检测发现部分存储器单元失效时，可以利用熔丝结构将冗余的存储器单元替换原来的失效存储器单元，而不需要将对应的存储器报废，提高了出厂成品率。
[0003]目前，常用的熔丝结构通常为两种:激光熔丝(laser fuse)结构和电熔丝(electric fuse,简称E-fuse)结构。激光熔丝结构利用激光束切割熔丝,而电熔丝结构利用大电流将熔丝熔断或发生电迁移导致熔丝断路。随着半导体技术的发展，电熔丝结构逐渐取代了激光熔丝结构。
[0004]图1是集成电路芯片中现有一种电熔丝结构的俯视结构示意图，图2是沿图1中AA方向的剖面图，如图1和图2所示，电熔丝结构包括多个(图中以两个为例)电熔丝结构单元，每个电熔丝结构单元包括:衬底I ;位于衬底I上的阴极31和与阴极31相连的第一电熔丝32 ;位于衬底1、阴极31及第一电熔丝32上的介质层2 ;位于介质层2内的导电插塞5,导电插塞5与第一电熔丝32电连接；位于介质层2上的阳极61和与阳极61相连的第二电熔丝62，第二电熔丝62与导电插塞5电连接。
[0005]电熔丝结构常常与金属互连结构同步形成，在同一集成电路芯片上同时制作电熔丝结构及金属互连结构时，电熔丝结构所在区域的电路布局密度小于金属互连结构的电路布局密度，为减少电路布局密度不一致性所带来的不良影响，会在每个电熔丝结构单元第一电熔丝32的两侧设置第一伪电熔丝7、在第二电熔丝62的两侧设置第二伪电熔丝8。因此，相邻两个平行排列的电熔丝结构单元的第一电熔丝32之间设置有第一伪电熔丝7，相邻两个平行排列的电熔丝结构单元的第二电熔丝62之间设置有第二伪电熔丝8。
[0006]由于电熔丝结构与金属互连结构同步形成，因此，电熔丝结构占据集成电路芯片的面积会影响金属互连结构的布局设计。现有电熔丝结构占据集成电路芯片的面积较大，使集成电路芯片中金属互连结构的布局设计受到诸多限制。为此，业界迫切需要一种占芯片面积较小的电熔丝结构。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的问题是:现有电熔丝结构占据集成电路芯片的面积较大。
[0008]为解决上述问题，本发明提供了一种电熔丝结构，包括多个电熔丝结构单元，所述电熔丝结构单元包括:
[0009]衬底；
[0010]位于所述衬底上的第一电极和与第一电极相连的第一电熔丝；
[0011]位于所述衬底、第一电极和第一电熔丝上的介质层；
[0012]位于所述介质层内、并与所述第一电熔丝电连接的导电插塞；
[0013]位于所述介质层上的第二电极和与第二电极相连的第二电熔丝，所述第二电熔丝与导电插塞电连接，所述第一电极、第二电极中一个为阳极、另一个为阴极；
[0014]至少有两个所述电熔丝结构单元共用一个阴极，且共用一个阴极的多个所述电熔丝结构单元位于所述阴极的同一侧。
[0015]可选地，共用一个阴极的电熔丝结构单元的第一电熔丝一侧设有第一伪电熔丝，且所述共用一个阴极的电熔丝结构单元的所有第一电熔丝位于第一伪电熔丝的同一侧，所述第一伪电熔丝和第一电熔丝位于同一层。
[0016]可选地，共用一个阴极的电熔丝结构单元的第二电熔丝一侧设有第二伪电熔丝，且所述共用一个阴极的电熔丝结构单元的所有第二电熔丝位于第二伪电熔丝的同一侧，所述第二伪电熔丝和第二电熔丝位于同一层。
[0017]可选地，所述第一伪电熔丝与第一电极相连。
[0018]可选地，所述第二伪电熔丝与第二电极相连。
[0019]可选地，所述第一伪电熔丝与第一电熔丝平行。
[0020]可选地，所述第二伪电熔丝与第二电熔丝平行。
[0021]可选地，所述第一电极、第一电熔丝、第二电极及第二电熔丝的材料为铝或铜。
[0022]可选地，所述第一伪电熔丝的材料为铝或铜。
[0023]可选地，所述第二伪电熔丝的材料为铝或铜。
[0024]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0025]由于多个电熔丝结构单元共用阴极，因此可以减小该多个电熔丝结构单元的第一电熔丝之间的距离以及第二电熔丝之间的距离，使得无需在该多个电熔丝结构单元的第一电熔丝之间设置伪电熔丝、在该多个电熔丝结构单元的第二电熔丝之间设置伪电熔丝的情况下，就可以达到电熔丝结构所在区域的电路布局密度与金属互连结构的电路布局密度保持一致的目的。因而减小了电熔丝结构占据集成电路芯片的面积，使集成电路芯片中金属互连结构的布局设计有更多选择。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是集成电路芯片中现有一种电熔丝结构的俯视结构示意图，为简洁起见，电熔丝结构中的介质层未显示；
[0027]图2是沿图1中AA方向的剖面图；
[0028]图3是本发明的第一实施例中电熔丝结构的俯视结构示意图，为简洁起见，电熔丝结构中的介质层未显示；
[0029]图4是沿图3中BB方向的剖面图；
[0030]图5是本发明的第二实施例中电熔丝结构的俯视结构示意图，为简洁起见，电熔丝结构中的介质层未显示。
【具体实施方式】
[0031]为了解决现有电熔丝结构占据集成电路芯片的面积较大的问题，本发明提供了一种新的电熔丝结构，该电熔丝结构包括多个电熔丝结构单元，至少有两个电熔丝结构单元共用同一个阴极，因此可以减小该多个电熔丝结构单元的第一电熔丝之间的距离以及第二电熔丝之间的距离，使得无需在该多个电熔丝结构单元的第一电熔丝及第二电熔丝之间设置伪电熔丝的情况下，就可以达到电熔丝结构所在区域的电路布局密度与金属互连结构的电路布局密度保持一致的目的。因而减小了电熔丝结构占据集成电路芯片的面积，使集成电路芯片中金属互连结构的布局设计有更多选择。
[0032]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0033]第一实施例
[0034]结合图3和图4所示，电熔丝结构包括多个(图中以两个为例)电熔丝结构单元，所述电熔丝结构单兀包括:衬底100 ;位于衬底100上的第一电极110和与第一电极110相连的第一电熔丝120，第一电极110为阴极；位于衬底100、第一电极110和第一电熔丝120上的介质层130 ;位于介质层130内、并与第一电熔丝120电连接的导电插塞140 ;位于介质层130上的第二电极150和与第二电极150相连的第二电熔丝160，第二电熔丝160与导电插塞140电连接，第二电极150为阳极；两个电熔丝结构单元共用一个阴极，且共用一个阴极的两个电熔丝结构单元位于阴极的同一侧。
[0035]由上述可知，由于两个电熔丝结构单元共用阴极，因此可以减小该两个电熔丝结构单元的第一电熔丝之间的距离以及第二电熔丝之间的距离，使得无需在两个电熔丝结构单元的第一电熔丝之间设置伪电熔丝、在两个电熔丝结构单元的第二电熔丝之间设置伪电熔丝的情况下，就可以达到电熔丝结构所在区域的电路布局密度与金属互连结构的电路布局密度保持一致的目的。因而减小了电熔丝结构占据集成电路芯片的面积，使集成电路芯片中金属互连结构的布局设计有更多选择。
[0036]在本实施例中，继续参照图3所示，共用一个阴极的电熔丝结构单元的第一电熔丝120 —侧设有第一伪电熔丝170，且所述共用一个阴极的电熔丝结构单元的所有第一电熔丝120位于第一伪电熔丝170的同一侧，换言之，所述共用一个阴极的电熔丝结构单元的相邻两个第一电熔丝120之间未设置第一伪电熔丝170，第一伪电熔丝170与第一电熔丝120位于同一层；共用一个阴极的电熔丝结构单元的第二电熔丝160 —侧设有第二伪电熔丝180，且所述共用一个阴极的电熔丝结构单元的所有第二电熔丝160位于第二伪电熔丝180的同一侧，换言之，所述共用一个阴极的电熔丝结构单元的相邻两个第二电熔丝160之间未设置第二伪电熔丝180，第二伪电熔丝180与第二电熔丝160位于同一层。
[0037]在本实施例中，共用一个阴极的电熔丝结构单元的所有第一电熔丝120相互平行，第一伪电熔丝170与第一电熔丝120平行；共用一个阴极的电熔丝结构单元的所有第二电熔丝160相互平行，第二伪电熔丝180与第二电熔丝160平行。
[0038]在本实施例中，第一电熔丝120、第二电熔丝160呈直线状，第一电熔丝120与第一电极I1相互垂直，第二电熔丝160与第二电极150相互垂直。
[0039]继续参照图4所示，衬底100形成有器件(未图示)，如晶体管、电容、电阻等元件。
[0040]继续参照图3和图4所示，第一电极110、第一电熔丝120和第一伪电熔丝170可以与金属互连结构中的较低层互连线同步形成；第二电极150、第二电熔丝160和第二伪电熔丝180可以与金属互连结构中的较高层互连线同步形成；导电插塞140可以与金属互连结构中的导电插塞同步形成。
[0041]在具体实施例中，第一电极110、第一电熔丝120、第一伪电熔丝170、第二电极150、第二电熔丝160和第二伪电熔丝180的材料为铝。
[0042]介质层130可以为一层介质层或多层介质层的叠层。
[0043]下面对第一实施例的电熔丝结构的其中一种形成方法作简单介绍:
[0044]如图4所示，提供衬底100，在衬底100上形成第一金属层(材料为铝)；
[0045]在第一金属层上形成图形化光刻胶层，以图形化光刻胶层为掩模，对第一金属层进行干法刻蚀，形成多个电熔丝结构单元的第一电极110、与第一电极110相连的第一电熔丝120、以及第一伪电熔丝170，第一电极110为阴极，两个电熔丝结构单元共用一个阴极(即第一电极)，且共用一个阴极的两个电熔丝结构单元位于阴极的同一侧，第一伪电熔丝170位于共用一个阴极的电熔丝结构单元的第一电熔丝120的一侧，且共用一个阴极的电熔丝结构单元的所有第一电熔丝120位于第一伪电熔丝170的同一侧，换言之，共用一个阴极的电熔丝结构单元的相邻两个第一电熔丝120之间未设置第一伪电熔丝170 ；
[0046]在衬底100、第一电极110、与第一电极110相连的第一电熔丝120、以及第一伪电熔丝170上形成介质层130 ；
[0047]利用化学机械研磨工艺对介质层130进行平坦化，然后，在介质层130上形成图形化光刻胶层；以图形化光刻胶层为掩模，对介质层130进行干法刻蚀，在介质层130内形成通孔，该通孔的底部露出第一电熔丝120 ；
[0048]形成覆盖在介质层130上并填充在通孔内的金属层(如钨)，对该金属层进行化学机械研磨，直至露出介质层130，剩余的填充在通孔内的金属构成导电插塞140，导电插塞140与第一电熔丝120电连接；
[0049]在介质层130及导电插塞140上形成第二金属层(材料为铝)；
[0050]在第二金属层上形成图形化光刻胶层，以图形化光刻胶层为掩模，对第二金属层进行干法刻蚀，形成多个电熔丝结构单元的第二电极150、与第二电极150相连的第二电熔丝160、以及第二伪电熔丝180，第二电极150为阳极，第二伪电熔丝180位于共用一个阴极的电熔丝结构单元的第二电熔丝160的一侧，且共用一个阴极的电熔丝结构单元的所有第二电熔丝160位于第二伪电熔丝180的同一侧，换言之，共用一个阴极的电熔丝结构单元的相邻两个第二电熔丝160之间未设置第二伪电熔丝180，第二电熔丝160与导电插塞140电连接。
[0051]需指出的是，第一实施例的电熔丝结构的形成方法并不仅仅局限于上述实施例。
[0052]第二实施例
[0053]第二实施例与第一实施例之间的区别在于:如图5所示，第一伪电熔丝170与第一电极I1相连，第二伪电熔丝180与第二电极150相连。
[0054]本领域技术人员可以根据第一实施例与第二实施例中电熔丝结构的区别，在所给第一实施例的电熔丝结构形成方法的基础上，对第一实施例的电熔丝结构形成方法作出相应调整，以获得第二实施例的电熔丝结构的形成方法，在此不再赘述。
[0055]在其他实施例中，第一电极、第一电熔丝、第一伪电熔丝、第二电极、第二电熔丝、第二伪电熔丝的材料也可以为铜。在这种情况下，可以利用第一实施例以外的方法来形成电熔丝结构。
[0056]在其他实施例中，也可以是第一电极为阳极、第二电极为阴极。
[0057]在其他实施例中，也可以是三个或以上的电熔丝结构单元共用一个阴极。
[0058]在其他实施例中，第一电熔丝、第二电熔丝也可以为直线状以外的形状。
[0059]在其他实施例中，第一电熔丝也可以不与第一电极相互垂直，第二电熔丝也可以不与第二电极相互垂直。
[0060]本发明中，各实施例采用递进式写法，重点描述与前述实施例的不同之处，各实施例中的相同部分可以参照前述实施例。
[0061]虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【权利要求】
1.一种电熔丝结构，其特征在于，包括多个电熔丝结构单元，所述电熔丝结构单元包括: 衬底； 位于所述衬底上的第一电极和与第一电极相连的第一电熔丝； 位于所述衬底、第一电极和第一电熔丝上的介质层； 位于所述介质层内、并与所述第一电熔丝电连接的导电插塞； 位于所述介质层上的第二电极和与第二电极相连的第二电熔丝，所述第二电熔丝与导电插塞电连接，所述第一电极、第二电极中一个为阳极、另一个为阴极； 至少有两个所述电熔丝结构单元共用一个阴极，且共用一个阴极的多个所述电熔丝结构单元位于所述阴极的同一侧。
2.根据权利要求1所述的电熔丝结构，其特征在于，共用一个阴极的电熔丝结构单元的第一电熔丝一侧设有第一伪电熔丝，且所述共用一个阴极的电熔丝结构单元的所有第一电熔丝位于第一伪电熔丝的同一侧,所述第一伪电熔丝和第一电熔丝位于同一层。
3.根据权利要求1所述的电熔丝结构，其特征在于，共用一个阴极的电熔丝结构单元的第二电熔丝一侧设有第二伪电熔丝，且所述共用一个阴极的电熔丝结构单元的所有第二电熔丝位于第二伪电熔丝的同一侧，所述第二伪电熔丝和第二电熔丝位于同一层。
4.根据权利要求2所述的电熔丝结构，其特征在于，所述第一伪电熔丝与第一电极相连。
5.根据权利要求3所述的电熔丝结构，其特征在于，所述第二伪电熔丝与第二电极相连。
6.根据权利要求2所述的电熔丝结构，其特征在于，所述第一伪电熔丝与第一电熔丝平行。
7.根据权利要求3所述的电熔丝结构，其特征在于，所述第二伪电熔丝与第二电熔丝平行。
8.根据权利要求1所述的电熔丝结构，其特征在于，所述第一电极、第一电熔丝、第二电极及第二电熔丝的材料为铝或铜。
9.根据权利要求2所述的电熔丝结构，其特征在于，所述第一伪电熔丝的材料为铝或铜。
10.根据权利要求3所述的电熔丝结构，其特征在于，所述第二伪电熔丝的材料为铝或铜。
【文档编号】H01L23/525GK104347590SQ201310338360
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年8月5日 优先权日:2013年8月5日
【发明者】孙光宇 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司