半导体装置及半导体装置的电熔丝结构的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请要求于2014年3月19日在韩国知识产权局提交的第10-2014-0032226号 韩国专利申请的优先权和由该韩国专利申请产生的所有权益，并且还要求于2014年1月23 日提交的第61/930, 625号美国临时专利申请的优先权和由该美国临时专利申请产生的所 有权益，所述韩国专利申请和美国临时专利申请中的每个的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
[0002] 本公开涉及一种电熔丝结构，更具体地讲，涉及一种半导体装置的电熔丝结构。
【背景技术】
[0003] 在半导体器件技术中，出于各种目的而使用熔丝。例如，为了提高芯片成品率，通 常在修复工艺中使用存储装置的熔丝，在修复工艺中用冗余存储单元来替代坏的（有缺陷 的）存储单元。作为其它示例，可以使用熔丝以在出厂（fab-out)后定制和/或优化芯片 特性，可以使用熔丝来记录/识别芯片信息和/或制造历史。
[0004] 熔丝可以被分为激光熔丝或电熔丝。激光熔丝被构造成通过利用激光来被选择性 地编程（即，断开），电熔丝被构造成通过利用电流来被选择性地编程。
【发明内容】
[0005] 本公开提供了一种具有改善的熔丝性能以在低电压下能够进行编程操作的半导 体装置的电熔丝结构。
[0006] 将在下面的各个实施例的描述中描述本公开的上述和其它目的，或者本公开的上 述和其它目的通过下面各个实施例的描述而清楚。
[0007] 根据本发明的一个方面，一种包括电熔丝结构的半导体装置包括：基板；第一金 属图案，形成在基板上方的第一纵向上的水平面；第二金属图案，形成在基板上方的比第一 纵向上的水平面靠近于基板的第二纵向上的水平面；以及导电连通结构，将第一金属图案 物理连接且电连接到第二金属图案。第一金属图案包括沿第一方向延伸的第一部件、沿第 一方向延伸并邻近于第一部件的第二部件、将第一部件电连接且物理连接到第二部件的第 三部件以及沿第一方向延伸并且邻近于第二部件但没有电连接到第一部件、第二部件或第 三部件的第四部件，第二部件在第一部件和第四部件之间。
[0008] 在一个实施例中，第一部件、第二部件和第四部件均大体上彼此平行。
[0009] 在一个实施例中，导电连通结构将第一部件直接连接到第二金属图案。
[0010] 在一个实施例中，第二部件被构造成比第一部件先断开。例如，第二部件在与第一 方向垂直的方向上具有比第一部件小的宽度。
[0011] 在一个实施例中，第一金属图案连接到电熔丝结构的阳极，第二金属图案连接到 电熔丝结构的阴极。
[0012] 根据本发明的另一方面，提供了一种半导体装置的电熔丝结构，所述电熔丝结构 包括：第一金属图案，形成在第一纵向上的水平面，第一金属图案包括沿第一方向延伸的第 一部件、沿第一方向延伸并且布置成邻近于第一部件的第二部件以及邻近于第二部件的第 三部件，第二部件位于第一部件和第三部件之间，第一部件和第二部件彼此电连接，第三部 件与第二部件电断开连接；以及第二金属图案，电连接到第一金属图案，并形成在不同于第 一纵向上的水平面的第二纵向上的水平面。
[0013] 第一金属图案可以包括将第一部件物理连接且电连接到第二部件的第四部件。
[0014] 在一个实施例中，第一部件、第四部件和第二部件彼此顺序地连接以形成U形结 构。
[0015] 第四部件的在U形的内部侧表面和U形的外部侧表面之间的宽度可以大于第二部 件的在U形的内部侧表面和U形的外部侧表面之间的宽度。
[0016] 在一个实施例中，第一金属图案包括沿第一方向延伸并且具有面对第二部件的侧 表面的侧表面的第四部件，第一部件位于第二部件和第四部件之间。
[0017] 第一金属图案可以包括将第二部件连接到第四部件的第五部件。
[0018] 在一个实施例中，电熔丝结构还可以包括将第一金属图案连接到第二金属图案的 连通件，第二金属图案包括具有彼此面对的侧表面并且被布置成彼此邻近的第四部件和第 五部件、以及将第四部件的一端连接到第五部件的一端的第六部件，连通件将第一部件直 接连接到第四部件。
[0019] 第四部件的宽度可以大于第一部件的宽度，第一部件的宽度大于第二部件的宽 度。
[0020] 第二金属图案还可以包括面对第六部件的第七部件，并且第四部件和第五部件位 于第六部件和第七部件之间。
[0021] 第七部件可以连接到与第五部件的一端相对的第五部件的另一端。
[0022] 第三部件可以沿第一方向延伸。
[0023] 根据本发明的又一方面，提供了一种半导体装置的电熔丝结构，所述电熔丝结构 包括：第一金属图案，形成在第一纵向上的水平面并且包括U形的第一弯曲部分和与第一 弯曲部分电断开连接的第一辅助图案，第一弯曲部分包括沿第一方向延伸并且被布置成彼 此邻近的第一部件和第二部件，第二部件位于第一辅助图案和第一部件之间；第一连通件， 物理连接且电连接到第一部件；以及第二金属图案，形成在与第一纵向上的水平面不同的 第二纵向上的水平面并且物理连接且电连接到第一连通件。
[0024] 第二金属图案可以包括第二弯曲部分和连接到第二弯曲部分的电源连接部件，第 二弯曲部分包括沿与第一方向不同的第二方向延伸的第四部件、具有与第四部件的侧表面 面对的侧表面且邻近于第四部件的第五部件以及将第四部件的一端连接到第五部件的一 端并且沿第一方向延伸的第六部件，电源连接部件连接到第四部件。
[0025] 所述电熔丝结构还可以包括：第三金属图案，沿与第一方向不同的第二方向延伸 并且形成在第一纵向上的水平面和第二纵向上的水平面之间的第三纵向上的水平面；以及 第二连通件，将第三金属图案连接到第二金属图案，第一连通件将第一金属图案连接到第 三金属图案。
[0026] 第三金属图案可以包括：连接图案，沿第一方向延伸；多个第二辅助图案，形成在 连接图案的两个侧面以与连接图案平行，第一连通件和第二连通件连接到连接图案。
【附图说明】
[0027] 通过参照附图详细描述本公开的各个实施例，本公开的上述和其它特征与优点将 变得更加清楚，其中：
[0028] 图1是示出在根据本发明的实施例的电熔丝结构的编程工艺中的电迀移效应的 示意图；
[0029] 图2是示出在根据本发明的实施例的电熔丝结构的编程工艺中的热迀移效应的 示意图；
[0030] 图3是示出在根据本发明的实施例的电熔丝结构的编程工艺中的电迀移效应和 热迀移效应的示意图；
[0031] 图4至图6是示出根据本发明的第一实施例的电熔丝结构的示意图；
[0032] 图7和图8是示出根据本发明的第二实施例的电熔丝结构的示意图；
[0033] 图9和图10是示出根据本发明的第三实施例的电熔丝结构的示意图；
[0034] 图11是示出根据本发明的第四实施例的电熔丝结构的示意图；
[0035] 图12是示出根据本发明的第五实施例的电熔丝结构的示意图；
[0036] 图13是示出根据本发明的第六实施例的电熔丝结构的示意图；
[0037] 图14至图16是示出根据本发明的第七实施例的电熔丝结构的示意图；
[0038] 图17和图18是示出根据本发明的第八实施例的电熔丝结构的示意图；
[0039] 图19和图20是示出根据本发明的第九实施例的电熔丝结构的示意图；
[0040] 图21和图22是示出根据本发明的第十实施例的电熔丝结构的示意图；
[0041] 图23和图24是示出根据本发明的第^^一实施例的电熔丝结构的示意图；
[0042] 图25和图26是示出根据本发明的第十二实施例的电熔丝结构的示意图；
[0043] 图27和图28是示出根据本发明的第十三实施例的电熔丝结构的示意图；
[0044] 图29和图30是示出根据本发明的第十四实施例的电熔丝结构的示意图；
[0045] 图31是示出本发明的第七实施例至第十四实施例的修改示例的示意图；
[0046] 图32示出了在向根据本发明的实施例的电熔丝结构供应编程电流时产生了空 隙；
[0047] 图33是示出包括根据本发明的实施例的半导体装置的示例性存储系统的示意性 框图；
[0048] 图34是示出包括根据本发明的实施例的半导体装置的示例性存储卡的示意性框 图；以及
[0049] 图35是示出其中安装有根据本发明的实施例的半导体装置的示例性信息处理系 统的示意性框图。
【具体实施方式】
[0050] 现在在下文中将参照附图来更充分地描述本公开，在附图中示出了本发明的各个 实施例。然而，本发明可以以不同的形式实施，并且不应被解释为限制于这里阐述的实施 例。在整个说明书中，相同的附图标号指示相同或相似的组件。在附图中，为了清晰起见， 会夸大层和区域的厚度。
[0051] 将理解的是，当元件或层被称为被"连接到"或"结合到"另一元件或层时，该元件 或层可以直接连接到或结合到所述另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元 件被称作"直接连接到"或"直接结合到"另一元件或层，或者"接触"另一元件或层时，则不 存在中间元件或层。
[0052] 还将理解的是，当层被称为"在"另一层或基板"上"时，该层可以直接在所述另一 层或基板上，或者也可以存在中间层。相反，当元件被称为"直接在"另一元件"上"时，则 不存在中间元件。
[0053] 将理解的是，尽管在这里可以使用术语第一、第二等来描述不同的元件，但是这些 元件不应受这些术语限制。除非上下文另外指出，否则这些术语仅用于将一个元件与另一 元件区分开，例如，用作命名约定。因此，例如，在不脱离本发明的教导的情况下，可以将下 面讨论的第一元件、第一组件或第一部分命名为第二元件、第二组件或第二部分。
[0054] 如这里使用的，术语"和/或"包括一个或更多个相关的所列项的任意组合和所有 组合。除非在这里另外示出或者与上下文明显矛盾，否则在描述本发明的上下文中（尤其 是在权利要求书的上下文中），术语"一个"、"一种"和"该/所述"与相似的指示物的使用 将被解释为既包括单数又包括复数。除非另外表明，否则术语"包括"、"具有"、"包含"将被 解释为开放式术语（即，意思为"包括，但不限于"）。
[0055] 将参照作为理想化的示意图的平面图和/或剖视图来描述这里描述的实施例。因 此，可以根据制造技术和/或公差来修改示例性视图。因此，公开的实施例不限于视图中示 出的实施例，而是包括对基于制造工艺形成的结构的修改。因此，在附图中举例说明的区 域可以具有示意性的性质，在附图中示出的区域的形状可以举例说明元件的区域的具体形 状，本发明的多个方面不限于所述具体形状。
[0056] 为了易于描述，可以在这里使用诸如"在……之下"、"在……下方"、"下面的"、 "在……上方"、"上面的"等的空间相对术语，来描述如附图中示出的一个元件或特征与其 它元件或特征的关系。将理解的是，除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意在包含 装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果将附图中的装置翻转，则被描述为"在"其它 元件或特征"下方"或"之下"的元件将随后位于所述其它元件或特征"上方"。因此，术语 "在……下方"可包含在……上方和在……下方两种方位。该装置可被另外定位（旋转90 度或在其它方位）并相应地解释这里使用的空间相对描述符。
[0057] 如这里使用的，诸如"相同"、"平面"、"共面"或"平行"的术语在表示方向、布局、 位置、形状、尺寸、数量或其它测量量时不一定是指精确地等同、平面、共面或平行的方向、 布局、位置、形状、尺寸、数量或其它测量量，而是意图包括在例如因制造工艺而导致的可能 发生的可接受的变化范围内的近似等同、平面、共面或平行的方向、布局、位置、形状、尺寸、 数量或其它测量量。在这里可以使用术语"大体上（基本）"来表达该含义。
[0058] 除非另外定义，否则这里使用的所有技术术语和科学术语具有与本公开所属领域 内的普通技术人员所通常理解的含义相同的含义。注意的是，除非另外说明，否则这里提 供的任何和所有示例或示例性术语的使用仅意图更好地示出本发明，而不限制本发明的范 围。另外，除非另外定义，否则不会过度地解释在通用字典中定义的所有术语。
[0059] 首先，将参照图1至图3来描述用在根据本发明的实施例的电熔丝结构的编程工 艺中的热辅助的电迀移模式。
[0060] 图1是示出在根据本发明的实施例的电熔丝结构的编程工艺中的电迀移效应的 示意图，图2是示出在根据本发明的实施例的电熔丝结构的编程工艺中的热迀移效应的示 意图，图3是示出在根据本发明的实施例的电熔丝结构的编程工艺中的电迀移效应和热迀 移效应的示意图。更具体地讲，在图3中，曲线I表示在对电熔丝结构编程时由熔断体（fuse link)中的电迀移形成的驱动力，曲线II表示在对电熔丝结构编程时由熔断体中的正如温 度分布的差异所表述的热迀移形成的驱动力，曲线III表示由热迀移和电迀移的组合形成 的总驱动力。
[0061] 根据本发明的某些实施例的电熔丝结构为堆叠的电熔丝结构，电熔丝结构的熔断 体F也具有堆叠的结构。然而，出于便于解释的目的，在图1至图3中示出了作为熔断体F 的线性熔断体。
[0062] 对电熔丝结构的编程包括通过在阴极C和阳极A之间施加预定电压来将编程电流 供应至熔断体F。为了对电熔丝结构编