专利名称：半导体器件及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件及其制作方法，尤其涉及一种含有电熔丝的半导体器件及其制作方法。
背景技术：
已经公知了一种技术，其将熔丝安装在半导体器件上，并熔断熔丝，从而调整用于半导体器件的电阻器的值，或者断开不一致的元件，用正常元件来取代。
激光照射熔丝的熔断位置是熔断熔丝的一种公知方法。日本未决公开专利公开No.H11-297837公开了一种解决以下预见到的关于用激光熔断熔丝的问题的技术。也就是说，随着半导体器件的设计规则的缩小，要断开连接的互连也缩小，从而对于用于熔断熔丝互连的激光修复装置来讲，对激光照射中较高等级的定位精确性存在渐增的需求。然而，对于每一种新一代产品都使用新的装置导致制作成本无止境的增加。为了提供一种使用仅具有有限的定位精确度等级的前一代激光修复装置来精确熔断熔丝的技术，日本未决公开专利公开No.H11-297837提出了一种电路结构，其具有要断开的多个互连，用于切换单个内部电路，只有当多个互连中的任一个被断开连接时才允许切换电路。据报道，其可以降低由于未将激光束对准到要断开连接的互连上而导致的电路切换失败的任何可能性。
另一方面，与基于激光照射熔断熔丝不同，另一种公知方法是通过电流源来熔断熔丝(日本未决公开专利公开No.2005-39220和2005-57186)。日本未决公开专利公开No.2005-39220公开一种能够通过较小的电流能量来熔断的熔丝。根据公开No.2005-39220，将构成熔丝的导体形成为被折叠多次。
日本未决公开专利公开No.2005-57186公开了一种结构，其中通过板材包围熔丝、尤其是要被熔断的部分，以便当将电流施加到熔丝时把要熔断的部分中产生的热限制在该部分周围的区域内。
通过将预定能量的电流提供至熔丝来熔断熔丝的电流断开类型熔丝(E熔丝，以下称作电熔丝)本身不存在于通过激光照射来熔断熔丝的系统中预见的定位精确度的问题。
然而，电熔丝在断开连接的成品率方面需要进一步提高。也发现电熔丝产生的一些新问题。
如果熔断电熔丝之后进行退火，则在电熔丝曾熔断的部分中可以重新连接电熔丝。尤其对于电熔丝由导致电子迁移的材料构成的情况下，可预见当电熔丝熔断之后进行退火时，由于受到材料的电子迁移的影响，可重新连接曾熔断的部分。一旦发生这种重新连接，则即使要被熔断的熔丝曾断开连接，但电熔丝是否已经被熔断的检测也不能给出正确的结果。
尽管上面描述的重新连接或重新断开连接的发生率可能事实上没有那么大，所以只要采用熔丝进行正常操作就假设使用电熔丝没有问题，但是对于半导体器件需要非常先进的可靠性水平的情况，或对于在恶劣条件下使用半导体器件的情况，仍需要进一步改善保持特性、电熔丝保持熔断状态的能力。
发明内容
根据本发明，提供了一种半导体器件，包括
半导体衬底；电熔丝，其位于半导体衬底上，并具有串联连接的第一熔片和第二熔片；和端子，其位于第一熔片和第二熔片之间，从而允许电流选择性地流向第一熔片，其中第一熔片和第二熔片构成为对于熔断所需的电流值相互不同。
在此所称的电熔丝是指能够通过施加电流或电压来熔断的熔丝。在此所称的熔片是指电熔丝要被熔断的部分。电熔丝是否已经被熔断是基于串联连接的在两个熔片当中的熔片中的至少一个是否已经被熔断来判断的。
包含在电熔丝中的两个熔片在本发明的半导体器件中串联连接，以使得该结构允许检测通过这两个熔片之后的电流。结果，即使两个熔片中的任一个偶然重新连接，但是如果另一个保持断开连接，则也可判断该电熔丝被熔断。由于该结构，与仅具有一个熔片的电熔丝的重新连接的比率相比，该电熔丝能够以二乘方式(squared basis)明显降低重新连接的比率。在此涉及的重新连接的比率是指不希望地检测到曾熔断的电熔丝由于其重新连接而被连接的可能性。本发明的半导体器件能够增强其中的电熔丝的保持特性。
与日本未决公开专利公开No.H11-297837中描述的技术不同，本发明目的在于大幅度降低电熔丝的重新连接的比率，并提高保持特性。然而，如果在熔断电熔丝的处理中仅熔断两个熔片中的一个，则不能降低重新连接的比率。因此，为了降低重新连接的比率，需要分别使两个熔片都熔断。对于通过将电流提供到构成为具有串联连接的两个熔片的电熔丝来将熔片熔断的情况，如果熔断了熔片中的任一个，则电流不再流过电熔丝。因此需要构成电熔丝，从而即使熔片中任一个熔断之后，电流仍能流过另一个熔片。
在本发明中，将两个熔片的易熔性制作得不同。结果，通过使用较不可熔断的熔片作为互连，并通过经由较不可熔断的熔丝自电源线将电流提供给较可熔断的熔片，可熔断较可熔断的熔片。由于在第一熔片和第二熔片之间提供端子，因此可通过使用端子将电压仅施加到较不可熔断的熔片来熔断较不可熔断的熔片。以这种方式，可独立地熔断两个熔片。还可改善断开连接的成品率。
根据本发明，还提供一种具有位于半导体衬底上、并含有串联连接的第一熔片和第二熔片的电熔丝的半导体器件的制作方法，该方法包括通过经由第一熔片将第一电流提供给第二熔片来熔断第二熔片；和通过将具有比第一电流的电流值大的第二电流提供到第一熔片来熔断第一熔片。
在此熔断第一熔片的处理步骤被设置在熔断第二熔片的处理步骤之后。逐步熔断熔片允许单个电源独立熔断两个熔片。
因此本发明可改善电熔丝的保持特性。
根据以下描述，结合附图，本发明的上述和其它目的、优点和特征将变得更加明显，附图中图1是示出在本发明的一个实施例中含有电熔丝的半导体器件结构的电路图；图2A至2D是说明在本发明的实施例中熔断电熔丝的过程的图；图3是说明在本发明的实施例中判断电熔丝的熔断状态的过程的图；图4A和4B是示意性示出本发明的实施例中的半导体器件的结构的图；图5是示出本发明的实施例中的电熔丝的另一实例的电路图；图6是示出使用用于熔断电熔丝的两个电源线的结构的图；以及图7是示意性示出在本发明的实施例中半导体器件的结构的图。
具体实施例方式
现在，在此参考示范性实施例描述本发明。本领域技术人员将意识到，使用本发明的讲解可实现很多可选实施例，且本发明不限于用于说明目的示出的实施例。
图1是示出本发明的一个实施例中的含有电熔丝的半导体器件结构的电路图。
在该实施例中，半导体器件100含有半导体衬底(未示出)、形成于半导体衬底上的绝缘膜(未示出)、形成于其上的电熔丝200、连接到电熔丝200的一端的电源线220和连接到电熔丝200的另一端的判断电路210。在该实施例中，判断电路210也具有用于要断开连接的晶体管的控制电路的功能。
电熔丝200含有相互串联连接的第一熔片202和第二熔片204。第一熔片202和第二熔片204都由导电材料构成，且将其构成为当向其提供超出各自预定电流值的电流时被熔断。
在第一熔片202和第二熔片204之间提供端子205。半导体器件100进一步含有第一晶体管206和第二晶体管208。第一晶体管206具有连接到判断电路210的栅电极，并具有源/漏电极，该源/漏电极中的一个连接到端子205，另一个接地。第二晶体管208具有连接到判断电路210的栅电极，并具有源/漏电极，其中源/漏电极中的一个连接到第二熔片204的与端子205相对的一端，另一个接地。
将第一熔片202和第二熔片204构成为熔断所需的电流值相互不同。在该实施例中，第一熔片202可构成为比第二熔片204较不可熔断。换句话说，第一熔片202可构成为需要比第二熔片204更大的熔断电流值。由于该结构，可在熔断第二熔片204的处理中，将第一熔片202用作将电流提供给第二熔片204的互连。通过独立地将电压提供给第一熔片202以使电流流过其中来完成第一熔片202随后的熔断。以这种方式，可通过从电源线220提供的电流将第一熔片202和第二熔片204独立地、精确地熔断。
第一熔片202和第二熔片204通常由不同材料构成。在这种情况下，第一熔片202和第二熔片204可具有相同的几何形状，或者可具有不同的几何形状。
例如，第一熔片202可使用以铜作为主要成分的含铜金属膜来构成，第二熔片204可使用多晶硅膜来构成。通过该结构，使得第一熔片202比第二熔片204较不可熔断。在此的含铜金属膜可含有银。含铜金属膜还可含有从由Au、Pt、Cr、Mo、W、Mg、Be、Zn、Pd、Cd、Hg、Si、Zr、Ti和Sn构成的组中选择的任一种、或两种或多种不同元素。第二熔片204可构成为具有形成于多晶硅膜的表面上的难熔金属或硅化物膜。例如，第二熔片204可构成为具有形成于多晶硅膜的表面上的硅化钴膜。
第一熔片202和第二熔片204还可构成为具有不同几何形状。例如，第一熔片202与第二熔片204相比，在宽度上较宽且在长度上较短。以这种方式，第一熔片202可构成为比第二熔片204较不可熔断。在这种情况下，第一熔片202和第二熔片204可由相同材料构成，或者可由不同材料构成。
参考图2A至2D，以下的段落将说明基于电流源熔断由此构成的电熔丝的过程。通过经由第一熔片202将第一电流提供给第二熔片204来熔断第二熔片204的步骤；和通过将比第一电流的电流值大的第二电流提供给第一熔片202来熔断第一熔片202的步骤来熔断电熔丝200。
如下所述，半导体器件100可含有多个电熔丝200。在判断电路210的控制下适当选择熔断哪一个电熔丝200。在该实施例中，第一熔片202和第二熔片204在所选的作为熔断目标的电熔丝200中分别被熔断。
在此的电源线220连接到电源，并对其施加电源电压Vdd。首先，第二晶体管208导通，第一晶体管206截止。该设置允许来自电源线220的电流流过第一熔片202和第二熔片204(图2A)。然后，熔断较可熔断的第二熔片204(图2B)。在此，比第二熔片204较不可熔断的第一熔片202能用作互连，直到第二熔片204被熔断。一旦第二熔片204被熔断，电流就不再流过电熔丝200。
接下来，第一晶体管206导通，第二晶体管208截止。该设置允许来自电源线220的电流流过第一熔片202(图2C)，且第一熔片202被熔断(图2D)。在此，第一熔片202能通过提供给它的比用于熔断第二熔片204的电流值大的电流来熔断。
通过上面描述的步骤，在电熔丝200中的两个熔片可以以精确的方式分别熔断。在该实施例中，两个熔片的易熔性不同。结果，可通过使用较不可熔断的熔片作为互连来允许自单个电源线的电流流过其中，来熔断较可熔断的熔片。接下来，较不可熔断的熔片可通过独立允许电流流过其中来被熔断。以这种方式，可熔断两个熔片而不增加电流源的数目，从而仅用简单结构就可独立熔断两个熔片。
参考图3，以下的段落将说明本发明的实施例中的判断电熔片200的熔断状态的过程。
现在从连接到要被判断的电熔丝200的判断电路210输出预定信号，且将电源线220接地。保持该状态的同时，可通过检测与电源线220的导电性来判断要被判断的电熔丝200是否被熔断。
由于该实施例的电熔丝200的结构具有串联连接的第一熔片202和第二熔片204，因此如果第一熔片202和第二熔片204中的至少一个被熔断，则将电熔丝200判断为被熔断。结果，甚至对于熔断电熔丝200之后的退火等期间预见到第一熔片202和第二熔片204的重新连接的情况，也能以二乘方式降低重新连接的比率。在该实施例中，甚至对于将多个电熔丝200连接到电源线220上的情况，也能够独立判断各电熔丝200的熔断状态。
为了独立熔断在电熔丝200中串联连接的第一熔片202和第二熔片204而在熔断第二熔片204时不需使用第一熔片202作为互连，一种可能结构通常是如图6中所示出的，除了将电源电压提供给第一熔片202的电源线220之外，在第二熔片204侧上还附加地具有电源线221。然而，该结构产生的问题在于即使当希望通过判断电路210来判断作为目标的一定熔断电熔丝200的熔断状态时，电流也会不希望地流过电源线221并通过除了用于判断目标之外的其它未熔断电熔丝200，如通过图中的虚线所表示的，从而妨碍了正确的判断。
另一方面，该实施例采用了使第一熔片202用作互连来将第二熔片204熔断的方法，如上面所述，从而仅单个电源就能独立熔断两个熔片。结果，判断电路210能进行精确的判断。
图4A和4B是示意性地示出了该实施例的半导体器件100的结构的图。
图4A是示出半导体器件100的一部分的顶视图。在此示出的该典型情况是这样的第一熔片202由含铜金属膜构成、第二熔片204由多晶硅膜构成。图4B是沿着图4A中的线A-A’截取的截面图。半导体器件100含有半导体衬底102、形成于半导体衬底102上的场绝缘膜104、形成于场绝缘膜104上的第二熔片204、形成于第二熔片204上的层间绝缘膜(未示出)和形成于层间绝缘膜上的第一熔片202。第二熔片204可形成于与MOS晶体管的栅电极相同的层中，并且在与形成栅电极相同的处理中形成。第二熔片204和第一熔片202可通过形成于端子205下面的层间绝缘膜中的第一栓塞230相互电连接。
如图4A中所示，电源线220可使用含铜金属膜构成，并且可将其形成于与第一熔片202相同的层中。第一熔片202通过形成于端子205下面的第二栓塞232连接到第一晶体管206的源/漏电极中的任一个。另一方面，第二熔片204通过第三栓塞234连接到第二晶体管208的源/漏电极中的任一个。
通过该结构，第一熔片202和第二熔片204可与MOS晶体管、电源线220和其它元件同时形成，以允许仅通过简单处理就能制作电熔丝200。
作为另一实例，电熔丝200可形成于任一水平上，只要其位于半导体衬底上方即可。
参考附图，上面的段落已经描述了仅作为本发明的实例的本发明的实施例，同时允许采用除了上面所描述那些以外的各种结构。
上面实施例中描述的电熔丝200被构成为具有两个熔片，而该电熔丝200可含有三个或更多个熔片。而且，在这种情况下，各熔片通常自电源线末梢附近起以熔断难度的顺序串联连接，且同时利用晶体管或其他开关元件独立对其施加电压。该结构允许精确地熔断在含有多个熔片的电熔丝中的各熔片。通过增加包含在基于该结构的电熔丝200中的熔片的数目，可大幅度地降低重新连接的比率。
电熔丝200的第一熔片202和第二熔片204可形成为各种几何形状。例如，第一熔片202和第二熔片204可具有折叠部分，如日本未决公开专利公开No.2005-39220和2005-57186中所描述的。
在上述实施例中构成电熔丝200的熔片的材料举例为含铜金属膜和多晶硅膜，但是可适当地使用其他材料。本发明尤其对于使用由于电子迁移等引起重新连接的材料形成熔片的情况是有效的。
例如，仍然允许使用宽度不同的铜互连来构成第一熔片202和第二熔片204。图7示出了该结构。在此，以比第二熔片204大的宽度形成第一熔片202。还形成比第二熔片204短的第一熔片202。该结构使得第二熔片204比第一熔片202更可熔断。在此，端子205通过栓塞236连接到第一晶体管206。在第二熔片204的与具有连接至它的端子205的一侧相对的一侧上，提供端子237。端子237通过栓塞238连接到第二晶体管208。端子237还通过栓塞240连接到判断电路210。第一熔片202和第二熔片204可形成于相同层中，或也可形成于不同层中，并通过通路等连接。
图5是示出本发明的实施例中的电熔丝的再一实例的电路图。
半导体器件100含有第三晶体管250和第四晶体管252来代替图1中所示的第一晶体管206和第二晶体管208。在该结构中，第一熔片202首先被熔断。熔断第一熔片202可通过将第四晶体管252导通并将第三晶体管250截止来完成。结果，自电源线220的电流流过第一熔片202，并由此熔断第一熔片202。接下来，第二熔片204通过将第三晶体管250和第四晶体管252导通来熔断。结果，来自电源线220的电流以该顺序流过第三晶体管250、第二熔片204和第四晶体管252，并由此熔断第二熔片204。
如上面已经描述的，可采用各种结构来熔断电熔丝200。然而，对于图5中示出的结构，需要放大第三晶体管250和第四晶体管252，这是由于当熔断第二熔片204时电流流过第三晶体管250和第四晶体管252。考虑到微型化半导体器件100，优选采用图1中示出的结构。
显然，本发明不限于上述实施例，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下进行修改和变化。
权利要求
1.一种半导体器件，包括半导体衬底；电熔丝，其位于所述半导体衬底上，并具有串联连接的第一熔片和第二熔片，所述第一熔片和所述第二熔片构成为熔断所需的电流值相互不同；和端子，其位于所述第一熔片和所述第二熔片之间，从而允许电流选择性地流到所述第一熔片或所述第二熔片。
2.根据权利要求1的半导体器件，进一步包括电流源线，其位于所述半导体衬底上；和开关元件，其连接到所述端子，且允许从所述电流源线提供的电流选择性地流过所述第一熔片，其中所述第一熔片构成为熔断所需的电流值比所述第二熔片的熔断所需的电流值大。
3.根据权利要求2的半导体器件，其中所述第一熔片位于所述电流源线和所述端子之间。
4.根据权利要求1的半导体器件，进一步包括电流源线，其位于所述半导体衬底上；第一晶体管，其源和漏中的任一个连接到所述端子，且另一个接地；第二晶体管，其源和漏中的任一个连接到第二熔片的与提供有所述端子的一侧相对的一侧上的一端，且另一个接地；其中所述第一熔片位于所述电流源线和所述端子之间，且将其构成为熔断所需的电流值比所述第二熔片的熔断所需的电流值大。
5.根据权利要求1的半导体器件，其中所述第一熔片和所述第二熔片由不同材料构成。
6.根据权利要求1的半导体器件，其中所述第一熔片和第二熔片具有不同的几何形状。
7.根据权利要求1的半导体器件，其中所述第一熔片由以铜作为主要成分的含铜金属膜构成，且所述第二熔片由多晶硅膜构成。
8.一种制作权利要求1中所述的半导体器件的方法，包括通过将电流经由所述第一熔片提供到所述第二熔片来熔断所述第二熔片；和通过将电流提供给所述第一熔片来熔断所述第一熔片。
9.一种制作权利要求2中所述的半导体器件的方法，包括通过将第一电流经由所述第一熔片提供给所述第二熔片来熔断所述第二熔片；和通过将比所述第一电流的电流值大的第二电流提供给所述第一熔片来熔断所述第一熔片。
全文摘要
一种半导体器件，其具有半导体衬底；电熔丝，其位于半导体衬底上，且具有串联连接的第一熔片和第二熔片；以及端子，其位于第一熔片和第二熔片之间，其中第一熔片和第二熔片被构成为熔断所需的电流值相互不同。
文档编号H01L21/822GK1964047SQ20061014463
公开日2007年5月16日 申请日期2006年11月9日 优先权日2005年11月11日
发明者上田岳洋 申请人:恩益禧电子股份有限公司