專利名稱：一種電子熔線及形成該電子熔線的制造方法
技術領域：
本發明是有關于一種適用于電子熔線(electrical fuse)的系統與方法，特別是一種有關于運用于半導體元件的電子熔線的系統與方法。
背景技術：
熔線(fuse)通常用于提供集成電路預留空間與編寫功能。為增加集成電路例如存儲芯片的良率，存儲芯片通常包含預留存儲單元(redundant memory cells)。假如發現存儲電路有缺損或者不需要時，熔斷此一熔線以活化或撤除預留存儲單元。另一種經常性做法是運用熔線為特定的應用或特定的客戶編輯或客制集成電路。依照此一方式可以建構相同的芯片同時在建構完成之后透過熔線的模塊化為特定客戶提供客制，以節省建構成本。
典型的熔線包含一可導電的連結橋，熔斷或破壞此一連結橋可以阻斷電流。一種別的熔線型態，可導電的連結橋是由金屬，例如鋁或者銅所形成，并且可以由雷射熔斷熔線。然而，使用雷射需要復雜的制程以及昂貴的雷射機器。
另一型態的熔線，包含電子熔線的使用，在一定且充足的時間內于選定的熔線中通過足量的電流，此一熔線會被熔斷并改變連結橋的電性，一般而言這樣會增加連結橋的電阻。熔線的一般設計包含以一薄層熔線連結橋相互連接的一個陰極與一個陽極。此一結構通常由摻雜的多晶硅或具有金屬硅化物的不摻雜/摻雜的多晶硅所組成。
為了熔斷熔線，運用大量的電流于連結橋上造成高度電流集中或電流擁擠的現象，造成位于此一連結橋上的熔線尺寸縮小。電流擁擠現象會造成金屬硅化物聚集或連結橋的熔化，導致此一連結橋的電阻增加。使用一感測電路可以感測此一連結電阻的增加量。
為降低熔斷熔線所需的電流與時間，進一步將p-n接合二極管與金屬硅化物層合并。在典型的設計中，陰極、陽極以及熔線連結橋都由多晶硅材質所組成。此一熔線的陰極摻雜p型雜質，而熔線的陽極與連結橋則摻雜n型雜質。p型陰極以及n型連結橋的接合形成了一個p-n接合二極管。此一p-n接合二極管表面的多晶硅為金屬硅化物。
為熔斷此一熔線，以陰極為負偏壓，陽極為正偏壓形成逆向偏壓運用在p-n接合二極管上。由于p-n接合二極管無法容許電流流入此一結構，電流會流經金屬硅化物層。而出現于p-n接合二極管上金屬硅化物層電內的電流擁擠現象會造成金屬硅化物位移或連結橋的熔化，因而熔斷熔線。因此此一連結橋為高電阻信道并容許感測電路測定熔線的熔化狀態。
發明內容
本發明的提供一具有p-n接合二極管的電子熔線，可以解決或避免以上所述的問題，并且具有技術上的優勢。
根據本發明的電子熔線包括一個陰極、一個陽極以及一個或多個導通陰極與陽極的連結橋，而每一個連結橋都具有一個第一部分與一個第二部分。以第一雜質摻雜陰極與第一部分，并以第二雜質摻雜陽極與第二部分。第一雜質較佳為p型雜質，而第二雜質較佳為n型雜質。在連結橋上的接合點形成一個或多個p-n接合二極管，在此一接合點上，一部分的連結橋摻雜第一雜質，而一部分的連結橋摻雜第二雜質。形成一導電層，例如金屬硅化物于此一p-n接合二極管上。并形成一個或多個接觸窗并提供陰極與陽極的電子連結。
根據本發明另提供一個形成電子熔線的方法。形成一熔線較佳為多晶硅材質，此熔線具有一個陰極與一個陽極以及一個或多個導通陰極與陽極的連結橋，而每一個連結橋都具有一個第一部分與一個第二部分。執行第一個摻雜制程將第一雜質摻雜入陰極與連結橋的第一部分。執行第二個摻雜制程將第二雜質摻雜入陽極與連結橋的第二部分。在連結橋的接合點上形成一個或多個p-n接合二極管，在此一接合點上，一部分的連結橋摻雜第一雜質，而一部分的連結橋摻雜第二雜質。形成一導電層，例如金屬硅化物于此一p-n接合二極管上。并形成一個或多個接觸窗以提供陰極與陽極電子連結。
圖1a至圖5b是根據本發明的一個實施例以建構一個具有n-p接合二極管的電子熔線，所繪示的各個制程的平面與剖面示意圖；圖6是繪示依一個按照圖1a至圖5b所建構且還未模塊化前的熔線所相對應的電路圖；圖7是繪示一個按照圖1a至圖5b所建構已模塊化后的熔線所相對應的電路圖；圖8是根據本發明的一個實施例所繪示的一個具有復式連結橋的電子熔線平面圖，每一個連結橋都具有個別的n-p接合二極管；圖9是根據本發明的一個實施例所繪示的一個與圖8所繪示的熔線相對應的電路圖；圖10是根據本發明的一個實施例所繪示的一個具有復式n-p接合二極管與單一連結橋電子熔線的平面圖；圖11是根據本發明的一個實施例所繪示的一個與圖10所繪示的熔線相對應的電路圖；
圖12是根據本發明的一個實施例所繪示的一個具有復式連結橋的電子熔線平面圖，每一個連結橋都具有個別的n-p接合二極管；圖13是根據本發明的一個實施例所繪示的一個與圖12所繪示的熔線相對應的電路圖；圖14是根據本發明的一個實施例所繪示的一個陰極與陽極陣列圖。
符號說明100晶片110基材112多晶硅層126第一掩膜層120、210、310、410、510陰極122、212、312、412、510陽極124、314、414連結橋128第二掩膜層130缺乏區132金屬硅化物層214復式連結橋520接觸窗610p-n接合二極管612電阻器具體實施方式
以下所述為本發明的較佳實施例細節，讀者必須了解本發明所提供的許多觀念都可以在許多不同的特定背景中加以實現。目前所探討的特定實施例僅描述達成本發明的一個特定方法，并非用以限定本發明的范圍。
以下將分別描述本發明在不同的背景所產生的較佳實施例，也就是說，一個電子熔線可以具有一個或多個連結橋，而每一個連結橋可以具有一個或多個p-n接合二極管。陰極與陽極對稱并且大小幾乎相等，連結橋則為一直線。然而本發明也可以運用于其它不同形狀、大小與組態的熔線結構中。
圖1a至圖5b是根據本發明的一個實施例所繪示的一個用以形成單一連結橋熔線結構的方法。此一方法由圖1a至圖1b開始，圖1a為晶片100的平面圖，而圖1b則是以標示在圖1a上的x軸為切線所作的晶片100剖面圖。晶片100包含一個具有多晶硅層112的基材110，此一多晶硅層112形層于形成于基材110之上。基材110較佳為硅基材，一般而研為未摻雜但也可以是具有輕微的摻雜。其它材質如鍺、石英、藍寶石以及玻璃都可以選用作為基材110。基材110也可以是絕緣層上有硅的晶片。多晶硅層112的形成方式較佳為低壓化學氣相沉積或化學沉積技術，其厚度范圍大約小于2,500。
圖2a與圖2b是繪示位于圖1a至圖1b所繪示的晶片100之上的多晶硅層112(圖1a-圖1b)被圖案化以形成一個陰極120、一個陽極122以及一個陰極120與陽極122之間的連結橋124之后的結構示意圖。圖2a為平面2b則是以標示在2a圖上的x軸為切線所作的剖面圖。多晶硅層112(圖1a-圖1b)可以使用習知的微影技術加以圖案化。一般而言微影技術包括沉積一個光阻材料(未繪示)，用來做為掩膜、曝光、顯影使部分的多晶硅層112暴露出來。余留的光阻材料將可以保護位于下方的材質免于被接下來的蝕刻制程所蝕刻。在一個較佳的實施例中，圖案化光阻材料以決定熔線的形狀，如圖2a所繪示。
運用并圖案化光阻材料之后，執行一個蝕刻制程，例如干式或濕式蝕刻、等向性或非等向性蝕刻，較佳為干式非等向性蝕刻，以形成陰極120、陽極122以及連結橋124。一般而言，陰極120與陽極122是較寬的兩個區域以較窄的連結橋124相互連結。陰極與陽極較佳為相互對稱。
陰極120陽極122以及連結橋124的形狀與尺寸也可以不同。在圖2b所繪示的一個較佳實施例中，陰極120陽極122以及連結橋124的形狀為矩形。在其它的實施例中，任一或全部的陰極120、陽極122以及連結橋124可以有不同的形狀與尺寸。例如，連結橋124可以是鋸齒形、弧形、延長或縮短，諸如此類。另一方面，陰極120陽極122可以是橢圓形、圓形、擴大或縮小、對稱或不對稱，或者不同尺寸，諸如此類。
圖3a至圖3b是繪示圖2a與圖2b所繪示的晶片100的陽極122與部分的連結橋124經過摻雜之后的結構示意圖。其中圖3a是平面圖，圖3b則是以標示在圖3a中的x軸為切線所作的剖面圖。陽極122較佳為摻雜n型雜質，例如磷、氮、砷、銻，或其它類似材料，摻雜劑量大約為1E13到5E15atoms/cm2，使用能量范圍大約為1到20KeV。摻雜的量可以依照個別設計與運用的要求加以修改，以創造出一個N+或一個N-區域。
為了防止陰極120和連結124剩余部分受到摻雜，在陰極120和連結橋124的剩余部分上方形成一個第一掩膜層126，以防止此區域遭到摻雜。第一掩膜層126較佳為光阻材料或是習知且常用的聚合物。在n型摻雜制程之后可以移除第一掩膜層126。
參照圖4a至圖4b，以p型摻質摻雜于陰極120以及連結橋124的剩余部分。如同上述陽極122的摻雜制程一樣，形成一個第二掩膜層128，較佳為光阻材料或是其它聚合物，使陰極120以及連結橋124的剩余部分暴露出來用以保護陽極122以及接連橋124摻雜n型的部分。在一個較佳的實施例中陰極120與連結橋124剩余部分摻雜p型雜質，例如硼、鋁、鎵、銦、氟化硼，或類似材料，摻雜劑量大約為1E13到5E15atoms/cm2，使用能量范圍大約為1到20KeV。摻雜的量可以依照個別設計與運用的要求加以修改，以創造出一個P+或一個P-區域。在完成摻雜之后，可以移除第二掩膜層128。值得注意的是在p型多晶硅與n型多晶硅的接合處會生成一個缺乏區130(如圖4b所繪示)。
圖5a至圖5b是繪示在圖4a與圖4b所繪示的晶片100的陰極120、陽極122與連結橋124表面上形成一金屬硅化物層132之后的結構示意圖。其中圖5a是平面圖，圖5b則是以標示在圖5a中的x軸為切線所作的剖面圖。金屬硅化物層132較佳的形成方式為沉積一金屬層并進行回火。可以使用包括鈦、鎳、鈷、鉑等金屬分別形成包括硅化鈦、硅化鎳硅化鈷、硅化鉑的金屬硅化物層132。也可以使用其它材料。在這個較佳的實施例中，金屬硅化物層覆蓋了整個如圖5a至圖5b所繪示的電子熔線的表面。
圖6是繪示由上述制程所形成的熔線尚未模塊化前相應的電路圖。其中連結橋124是用一個p-n接合二極管610和電阻器612作代表。p-n接合二極管610是形成于摻雜的多晶硅內的p-n接合處，而電阻器612就是位于多晶硅表面的金屬硅化物。假設按照慣例，電流從正極流向負極，p-n接合二極管610通常允許電流由陰極120(p型摻雜)流向陽極122(n型摻雜)。一個可模塊化的晶體管614容許此一晶體管被模塊化(例如，熔斷)。
為熔斷熔線，在p-n接合二極管610使用逆向偏壓。由于p-n接合二極管610會阻擋電流流經多晶硅，因此電流受阻后會流經電阻器612，例如如圖5b所繪示的金屬硅化物層132。在電阻器上所產生的電流擁擠現象在金屬硅化物層132造成金屬硅化物缺乏，因而熔斷熔線或者造成熔線處于一個高電阻狀態。圖7是繪示在圖6熔斷熔線之后的電路圖。
圖8是根據本發明的另一個實施例，繪示一具有復式連結橋214的電子熔線平面圖，每一個連結橋都具有一個p-n接合二極管。圖9是為圖8所繪示的電子熔線所對應的電路圖。如圖8所繪示，復式連結橋214形成于一個陰極210和一個陽極212之間。建構如圖8所繪示的多連結橋電子熔線可以參照使用圖1a至圖5b所述的制程。
當一個或多個連結橋因為制程變量失效時，此一復式連結橋214提供多余的連結橋。例如，在金屬硅化物制程中的變量，可能造成位于連結橋上的金屬硅化物層不完整，而可能造成高電阻。在這種情形下，一些連結橋可能在還未模塊化之前就被熔斷。由于具有復式連結橋214，假如還有剩余完好的連結橋，一個或多個連結橋的失效將不會造成熔線呈現熔斷狀態。
復式連結橋電子熔線的模塊化將與單一連結橋電子熔線一樣，在模塊化之后位于p-n接合上方的金屬硅化物會大量減少，因而在陰極210和陽極212之間造成高電阻。
圖10是根據另一個實施例所繪示的一個具有多個p-n接合二極管的連結橋314的示意圖。圖11是為圖10所繪示的電子熔線相對應的電路圖。在此一情形之下，形成于陰極310與陽極312之間的連結橋314與前述的實施例相同，不同點在于一個復式p-n接合二極管形成于連結橋314之內。而復式p-n接合二極管可以增加模塊化的效率。
圖12與圖13繪示另外一個實施例，其中陰極410與陽極412之間具有多個連結橋414，每一個連結橋中又具有一個復式的p-n接合二極管。這一個實施例包含了復式聯結橋與復式p-n接合二極管兩種實施例的優點。因此，在此一實施例中由復式連結橋提供了多余的連結橋，由連結橋上的復式p-n接合二極管增進模塊化的效率。
圖14是根據本發明的一個實施例所繪示的一個具有接觸窗編排的一個陰極/陽極510的平面圖。一般而言，接觸窗520形成于一內層介電層(未繪示)之中，在陰極/陽極510與金屬層(未繪示)之間提供導電通路。陰極/陽極510較佳為具有多個間觸窗520，例如圖14所繪示的接觸窗陣列以減低接觸窗電阻對熔線連結橋總電阻的貢獻度。
雖然本文已經仔細描述了本發明的內容及其優勢，讀者必須了解任何形式的變化與代換都未超出本發明附錄所揭示的本發明的精神與范疇。例如，本文所揭露的形狀與型態可以被加以改變，同樣的上述用來形成電子熔線的材料與制程也可以被替換。
再者本文之中個別實施例所揭露的制程、機器、制造手法、組成分以及所定義的方法步驟并非用以限制本發明的范圍。熟悉此領域者當可運用本發明目前所揭露的制程、機器、制造手法、組成分以及方法步驟加以潤飾或發展以達到與本發明的實施例相同的功能與結果。因此本發明的本發明將包含所有上述相關的制程、機器、制造手法、組成分以及方法步驟。
權利要求
1.一種電子熔線，其特征在于所述電子熔線包含一陰極，該陰極摻雜第一導電型態的第一雜質；一陽極，該陽極摻雜第二導電型態的第二雜質；至少一個連結橋，該連結橋導通該陰極與該陽極，每一個該連結橋具有第一部分與第二部分，該第一部分被摻雜該第一雜質，該第二部分被摻雜該第二雜質，至少一個n-p接合二極管被形成于該第一部分與該第二部分之間的接合處；以及一導電層，該導電層蓋過該n-p接合二極管。
2.根據權利要求1所述的電子熔線，其特征在于該第一雜質為一p型雜質，該第二雜質為一n型雜質。
3.根據權利要求1所述的電子熔線，其特征在于該導電層為一金屬硅化物。
4.根據權利要求1所述的電子熔線，其特征在于該導電層厚度小于500。
5.根據權利要求1所述的電子熔線，其特征在于該導電層的材質選自于一群由硅化鈦、硅化鈷、硅化鎳、硅化鉑或其中的任意組合為基本組成元素的材質。
6.根據權利要求1所述的電子熔線，其特征在于該陰極、該陽極以及該連結橋是由多晶硅所組成。
7.根據權利要求1所述的電子熔線，其特征在于該陰極、該陽極以及該連結橋的厚度小于2,500。
8.根據權利要求1所述的電子熔線，其特征在于進一步包含至少一個接觸窗電子連結到該陰極，以及包含至少一個接觸窗電子連結到該陽極。
9.根據權利要求1所述的電子熔線，其特征在于進一步包括第一接觸窗陣列，該第一接觸窗陣列包括電子連結到該陰極的多個接觸窗；以及進一步包括第二接觸窗陣列，該第二接觸窗陣列包括電子連結到該陽極的多個接觸窗。
10.根據權利要求1所述的電子熔線，其特征在于該陰極與該陽極相互對稱。
11.一種形成電子熔線的制造方法，所述形成電子熔線的制造方法包括形成一陰極與一陽極以及至少一個連結橋，該連結橋內連接該陰極與該陽極于一基材之上，每一個該連結橋都具有第一部分與第二部分；以第一雜質摻雜該陽極；以第一雜質摻雜該連結橋的該第一部分；以第二雜質摻雜該陰極；以第二雜質摻雜該連結橋的該第二部分；以及形成一導電層于該連結橋上，該導電層覆蓋過該第一部分與該第二部分之間的接合處。
12.根據權利要求11所述的形成電子熔線的制造方法，該第一雜質為一p型雜質，該第二雜質為一n型雜質。
13.根據權利要求11所述的形成電子熔線的制造方法，該導電層為一金屬硅化物。
14.根據權利要求11所述的形成電子熔線的制造方法，該導電層厚度小于500。
15.根據權利要求11所述的形成電子熔線的制造方法，該導電層的材質選自于一群由硅化鈦、硅化鈷、硅化鎳、硅化鉑或其中的任意組合為基本組成元素的材質。
16.根據權利要求11所述的形成電子熔線的制造方法，該陰極、該陽極以及該連結橋是由多晶硅所組成。
17.根據權利要求11所述的形成電子熔線的制造方法，該陰極、該陽極以及該連結橋的厚度小于2,500。
18.根據權利要求11所述的形成電子熔線的制造方法，進一步包含至少一個接觸窗電子連結到該陰極，以及包含至少一個接觸窗電子連結到該陽極。
19.根據權利要求11所述的形成電子熔線的制造方法，進一步包括第一接觸窗陣列，該第一接觸窗陣列包括電子連結到該陰極的多個接觸窗；以及進一步包括第二接觸窗陣列，該第二接觸窗陣列包括電子連結到該陽極的多個接觸窗。
20.根據權利要求11所述的形成電子熔線的制造方法，該陰極與該陽極相互對稱。
全文摘要
本發明提供一種電子熔線及形成該電子熔線的制造方法。一個較佳的實施例包括一個陰極、一個陽極以及一個或多個形成于陰極與陽極之間的連結橋。以第一雜質摻雜于陰極以及鄰接陰極的一部分連結橋，此一雜質較佳為p型雜質。以第二雜質摻雜于陽極以及鄰接陽極的一部分連結橋，此一雜質較佳為n型雜質。在連結橋上第一雜質與第二雜質的接合處形成一個p－n結合二極管。在另一個實施例中，可以于各個連結橋之上形成復式的p－n結合二極管。可以形成一個或多個接觸窗以提供陰極與陽極電子接觸。
文檔編號H01L23/52GK1674272SQ200410070388
公開日2005年9月28日 申請日期2004年8月2日 優先權日2004年3月23日
發明者吳顯揚, 陳晞白 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司