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    • 专利摘要:
    Elektrische Schmelzsicherungen haben innerhalb einer elektronischen Schaltkreisanordnung einen signifikanten Flächenbedarf. Dies resultiert daraus, dass die elektrische Schmelzsicherung mittels eines Poly-Silizium-Blocks ausgebildet ist. Dieser Poly-Silizium-Block benötigt 10% der Gesamtfläche der elektrischen Schmelzsicherung. Um diese Fläche einzusparen, wird die elektrische Schmelzsicherung nicht mehr im Poly-Silizium-Block, sondern innerhalb der Metallisierungsebene ausgebildet. Dazu sind Leitbahnen und einzelne Kontaktlöcher, welche als elektrische Schmelzsicherungen ausgewiesen sind, mittels verschiedener Ausführungsbeispiele von Implementierungsmöglichkeiten innerhalb der Metallisierungsebene ausgebildet.Electrical fuses have significant area requirements within an electronic circuit arrangement. This results from the fact that the electrical fuse is formed by means of a poly-silicon block. This poly-silicon block requires 10% of the total area of the electrical fuse. To save this area, the electrical fuse is no longer formed in the poly-silicon block, but within the metallization. For this purpose, interconnects and individual contact holes, which are identified as electrical fuses, formed by means of various embodiments of implementation options within the metallization.
    公开号:DE102004014925A1
    申请号:DE102004014925
    申请日:2004-03-26
    公开日:2005-10-13
    发明作者:Hans-Joachim Dr. Barth；Andreas Rusch；Klaus Dr. Schrüfer
    申请人:Infineon Technologies AG；
    IPC主号:H01L23-525
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine elektronische Schaltkreisanordnung.TheThe invention relates to an electronic circuit arrangement.
    [0002] ImRahmen üblicherChip-Herstellungsstrategien ist es üblich, wie beispielsweise in[1] beschrieben, redundante Bauelemente in integrierten Speichernvorzusehen, um die Ausbeute von funktionsfähigen Chips beim Herstellungsprozesszu verbessern. Mittels des Ersetzens fehlerhafter Zellen mittelseines zusätzlichenals redundanten Schaltkreis auf einem jeweiligen Chip vorgesehenen Schaltkreiswird die Ausbeute integrierter Speicher signifikant gesteigert.Die zusätzlichenSchaltkreise werden üblicherweisemittels elektrisch leitfähiger Verbindungen(im Folgenden bezeichnet als elektrische Schmelzsicherungen) wahlweisekontaktiert und damit aktiviert oder nicht aktiviert, indem der elektrischeWiderstand einer jeweiligen elektrischen Schmelzsicherung erhöht wirdoder die jeweilige elektrische Schmelzsicherung "durchgebrannt" wird. Mittels selektiven Veränderns deselektrischen Widerstands der jeweiligen elektrischen Schmelzsicherunginnerhalb eines integrierten Schaltkreises wird die Ausbeute funktionsfähiger Chipserhöhtund damit die Herstellungskosten für die Herstellung der Chipsgünstigergestaltet.in theFrame usualIt is common in chip manufacturing strategies, such as in[1] describes redundant components in integrated memoriesprovide for the yield of operational chips in the manufacturing processto improve. By replacing defective cells withan additional onecircuit provided as a redundant circuit on a respective chipthe yield of integrated storage is significantly increased.The additionalCircuits become commonby means of electrically conductive connections(hereinafter referred to as electrical fuses) optionallycontacted and thus activated or not activated by the electricResistance of a respective electrical fuse is increasedor the respective electrical fuse is "blown". By selectively changing theelectrical resistance of the respective electrical fusewithin an integrated circuit, the yield of functional chips becomeselevatedand thus the manufacturing costs for the production of the chipsbetterdesigned.
    [0003] Dieelektrische Schmelzsicherung ist in dem Design des jeweiligen integriertenSchaltkreises berücksichtigt.Die elektrische Schmelzsicherung wird z.B. mittels eines durch dieelektrische Schmelzsicherung fließenden elektrischen Stroms,der eine ausreichende elektrische Stromstärke aufweist, gezielt "durchgebrannt", um die elektrische Schmelzsicherungzu öffnen.Alternativ kann ein schwächerer Stromals derjenige Strom, der erforderlich ist, um die elektrische Schmelzsicherungvollständigaufzutrennen, auf die elektrische Schmelzsicherung angewandt werdenmit der Folge, dass die elektrische Schmelzsicherung nur teilweisedegeneriert und der elektrische Widerstand der elektrischen Schmelzsicherungerhöhtwird. Dieser Prozess des gezielten Durchbrennens bzw. Degenerierensder elektrischen Schmelzsicherung wird auch als Programmierung derelektrischen Schmelzsicherung bezeichnet.Theelectric fuse is integrated in the design of the respectiveConsidered circuit.The electrical fuse is e.g. by means of a through theelectrical fuse of flowing electric current,having a sufficient electrical current, deliberately "blown" to the electrical fuseto open.Alternatively, a weaker currentas the electricity that is required to the electrical fuseCompletelyto be applied to the electric fusewith the result that the electrical fuse only partiallydegenerates and the electrical resistance of the electric fuseelevatedbecomes. This process of targeted burning or degenerationThe electric fuse is also called programming thecalled electrical fuse.
    [0004] Inder elektronischen Schaltkreisanordnung ist die elektrische Schmelzsicherungeinem elektronischen Bauteil vorgeschaltet und wird mittels eines Feldeffekttransistorsmit Strom zum Degenerieren bzw. schließlich Durchtrennen der elektrischen Schmelzsicherungbeliefert. Der Feldeffekttransistor ist ein Transistor, bei demeine an eine hochohmige Steuerelektrode (Gate) angelegte Steuerspannung einelektrisches Feld in einem stromleitenden Kanal erzeugt. DieserFeldeffekt beeinflusst die Leitfähigkeitdes Kanals, dessen Anschlüsseals Source und Drain bezeichnet werden.Inthe electronic circuit arrangement is the electrical fusean electronic component upstream and is by means of a field effect transistorwith power to degenerate or finally cut through the electrical fusesupplies. The field effect transistor is a transistor in whicha control voltage applied to a high-resistance control electrode (gate)generated electric field in an electrically conductive channel. ThisField effect influences the conductivityof the channel, its connectionsbe referred to as source and drain.
    [0005] DieEntwicklung einer elektrisch programmierten Schmelzsicherung hatdas Tor zu vielen Möglichkeitengeöffnet.In 6a ist schematischein Aufbau einer elektrischen Schmelzsicherung gezeigt. Gemäß dem Standder Technik und wird die elektrische Schmelzsicherung aus einerPoly-Silizium-Schicht 611, einer leitfähigen Schicht 612,die auf die Poly-Silizium-Schicht aufgebracht ist und einer zusätzlichenAbdeckschicht 613 gebildet. Eine solche elektrische Schmelzsicherungauf Poly-Silizium-Basis wird im Folgenden auch als Poly-Silizium-Schmelzsicherungbezeichnet.The development of an electrically programmed fuse has opened the door to many possibilities. In 6a is shown schematically a structure of an electrical fuse. According to the prior art and the electrical fuse is made of a poly-silicon layer 611 , a conductive layer 612 which is applied to the poly-silicon layer and an additional cover layer 613 educated. Such a poly-silicon-based electrical fuse is also referred to below as a poly-silicon fuse.
    [0006] DiePoly-Silizium-Schicht 611 ist auf einer Oxid-Schicht 614,wie z.B. Siliziumdioxid oder anderen konventionellen Oxiden oderanderen konventionellen Isolatoren, ausgebildet und hat je nachAnwendung eine Dicke von 200 nm bis 300 nm. Die Poly-Silizium-Schicht 611 kannp-dotiert, n-dotiert sein oder keine Dotierung aufweisen, und weisteinen Flächenwiderstandauf, der ausreicht, um unerwünschtenStromfluss nach der Programmierung der elektrischen Schmelzsicherungzu verhindern. Dabei ist ein Widerstand größer als 500 Ω/Fläche erforderlich.The poly-silicon layer 611 is on an oxide layer 614 , such as silicon dioxide or other conventional oxides or other conventional insulators, and has a thickness of 200 nm to 300 nm, depending on the application. The poly-silicon layer 611 may be p-doped, n-doped, or doped, and has a sheet resistance sufficient to prevent unwanted current flow after programming the electrical fuse. In this case, a resistance greater than 500 Ω / area is required.
    [0007] Dieoben genannte Oxid-Schicht 614, auf welcher die Poly-Silizium-Schicht 611 ausgebildetist, ist ein sogenanntes STI-Oxid (Shallow-Trench-Isolation-Oxid).Bei diesem Verfahren werden schmale Gräben in ein Halbleitermaterialgeätzt.Diese Gräbenwerden mit Oxid aufgefüllt,so dass die elektrischen Schmelzsicherungen elektrisch voneinander isoliertsind. Die Oxid-Schicht hat eine Dicke von 250 nm bis 450 nm, d.h.,eine Dicke, die ausreichend ist, um die elektrische Schmelzsicherungelektrisch zu isolieren.The above-mentioned oxide layer 614 on which the poly-silicon layer 611 is formed, is a so-called STI oxide (shallow trench isolation oxide). In this method, narrow trenches are etched into a semiconductor material. These trenches are filled with oxide, so that the electrical fuses are electrically isolated from each other. The oxide layer has a thickness of 250 nm to 450 nm, that is, a thickness sufficient to electrically insulate the electrical fuse.
    [0008] DieleitfähigeSchicht 612, die auf der Poly-Silizium-Schicht 611 ausgebildetist, ist aus einem Material mit geringem Widerstand gebildet, welches auchmit der Umgebung der Poly-Silizium-Schicht 611 kompatibelist. Das Material, aus dem die leitfähige Schicht 612 ist,kann ein Metall-Silizid wie z.B. Kobaltsilizid, Titansilizid, Wolframsilizid,Tantalsilizid oder Platinsilizid sein. Die leitfähige Schicht 612 hat einetypische Dicke von 20 nm bis 30 nm mit einem Flächenwiderstand weniger als10 Ω/Fläche.The conductive layer 612 on the poly-silicon layer 611 is formed, is formed of a material with low resistance, which also with the environment of the poly-silicon layer 611 is compatible. The material from which the conductive layer 612 may be a metal silicide such as cobalt silicide, titanium silicide, tungsten silicide, tantalum silicide or platinum silicide. The conductive layer 612 has a typical thickness of 20 nm to 30 nm with a sheet resistance of less than 10 Ω / area.
    [0009] DieAbdeckschicht 613 wird üblicherweise ausSiliziumnitrid gebildet und ist oberhalb der leitfähigen Schicht 612 angeordnet.The cover layer 613 is usually formed of silicon nitride and is above the conductive layer 612 arranged.
    [0010] Insgesamtist dieser Poly-Silizium-Schmelzsicherungs-Block noch in ein Bor-Phosphor-Silikatglas 615 alsIsolierungsschicht eingeschlossen, um die elektrische Schmelzsicherungvom elektronischen Bauteil elektrisch zu isolieren.Overall, this poly-silicon fuse block is still in a boro-phosphorous silicate glass 615 included as an insulating layer to electrically isolate the electrical fuse from the electronic component.
    [0011] DesWeiteren sind an dem Poly-Silizium-Schmelzsicherungs-Block nach 6b zwei Kontakte, welcheals Anode 616 und Kathode 617 bezeichnet werden,ausgebildet. Diese sind jeweils direkt an den beiden Enden der Schmelzsicherungs-Verbindung 618,ausgebildet, um eine elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Schmelzsicherungund einem externen Gerätoder anderen Komponenten innerhalb derselben elektronischen Schaltkreisanordnungbereitzustellen. Zwischen der Anode 616 und der Kathode 617 isteine Schmelzsicherungs-Verbindungausgebildet. Wenn die elektrische Schmelzsicherung mittels einesausreichend großenStroms durch die leitfähigeSchicht 612 programmiert wird, degeneriert und gegebenenfallsschmilzt die leitfähigeSchicht 612 vorzugsweise in dieser Region. Das Schmelzenwird durch einen Elektromigration bzw. Stressmigration bezeichneten Effektverursacht. Dieser Effekt beruht darauf, dass bei elektrischem Stromflussdurch die elektrische Schmelzsicherung die Elektronen Metallatomeaus ihrer Ruhelage in der leitfähigenSchicht 612, welche aus Metall-Silizid besteht, herausschlagenkönnen unddie Metallatome dadurch mit den Elektronen "mitwandern". Deshalb entsteht an einer Stelle innerhalbder elektrischen Schmelzsicherung eine Verarmung an Metallatomen,währendan einer anderen Stelle innerhalb der elektrischen Schmelzsicherung eineAnreicherung an Metallatomen resultiert. Stellen, an denen eineVerarmung vorliegt sind hochohmig, Stellen, an denen Anreicherungvorliegt sind niederohmig. An den hochohmigen Stellen wird die elektrische Schmelzsicherung "geschmolzen" und der Stromflussbricht zusammen.Furthermore, at the poly-silicon fuse block after 6b two contacts, which as an anode 616 and cathode 617 be designated formed. These are each directly at the two ends of the fuse link 618 , configured to provide an electrical connection between the electrical fuse and an external device or other components within the same electronic circuit arrangement. Between the anode 616 and the cathode 617 a fuse link is formed. If the electrical fuse by means of a sufficiently large current through the conductive layer 612 is programmed, degenerates and, where appropriate, melts the conductive layer 612 preferably in this region. The melting is caused by an effect called electromigration or stress migration. This effect is based on the fact that with electrical current flow through the electric fuse the electrons metal atoms from their rest position in the conductive layer 612 , which consists of metal silicide, can knock out and thereby "migrate" the metal atoms with the electrons. Therefore, at one point within the electrical fuse depletion of metal atoms, while at another point within the electrical fuse an accumulation of metal atoms results. Sites where there is a depletion are high-ohmic, sites where enrichment is present are low-resistance. At the high-impedance points, the electrical fuse is "melted" and the current flow breaks down.
    [0012] DerNachteil einer solchen elektrischen Schmelzsicherung im Stand derTechnik ist nun, dass die elektrische Schmelzsicherung in heutigenAnwendungen fürmoderne Logik, Analog oder Memory Chips einen signifikanten Flächenbedarfaufweisen.Of theDisadvantage of such an electrical fuse in the state ofTechnique is now that the electric fuse in todayApplications forModern logic, analog or memory chips require significant spaceexhibit.
    [0013] DieAufgabe ist, eine elektronische Schaltkreisanordnung mit elektrischenSchmelzsicherungen mit geringerem Platzbedarf zu schaffen.TheTask is an electronic circuit arrangement with electricalTo create fuses with less space.
    [0014] DieAufgabe wird gelöstdurch eine elektronische Schaltkreisanordnung mit den Merkmalendes unabhängigenPatentanspruchs.TheTask is solvedby an electronic circuit arrangement having the featuresof the independentClaim.
    [0015] Eineelektronische Schaltkreisanordnung weist ein Substrat auf, welchesmindestens eine Metallisierungsebene aufweist. In der Metallisierungsebenesind mindestens eine elektrische Leitbahn und/oder mindestens einKontaktloch so dimensioniert, dass die elektrische Leitbahn unddas Kontaktloch als elektrische Schmelzsicherung ausgebildet sind.Das Substrat weist zusätzlichelektrische Schaltungskomponenten auf, welche in der Schaltungsebeneangeordnet sind. Die Schaltungskomponenten sind mittels der elektrischenLeitbahn und mittels mehrerer Kontaktlöcher miteinander elektrischgekoppelt.AElectronic circuit arrangement has a substrate, whichhas at least one metallization. In the metallization levelare at least one electrical interconnect and / or at least oneContact hole dimensioned so that the electrical conductor track andthe contact hole are formed as an electrical fuse.The substrate has additionalelectrical circuit components on which in the circuit levelare arranged. The circuit components are by means of the electricalConductor and by means of multiple contact holes with each other electricallycoupled.
    [0016] DerVorteil dieser elektrischen Schaltkreisanordnung ist, dass sie einfach,Platz sparend und günstighergestellt werden kann.Of theAdvantage of this electrical circuit arrangement is that they are simple,Space saving and cheapcan be produced.
    [0017] Deroben dargelegte Nachteil des Standes der Technik wird mittels derneuen Implementierungsart der Schmelzsicherungen in einem Chip verringert.Bei der elektrischen Schmelzsicherung, die aus einem polykristallinenSilizium-Block,einem "Blow-Transistor" und einer Decoder-Elektronikbesteht, nimmt der polykristalline Silizium-Block inklusive seinerZuleitungen fast 10% der Gesamtfläche der Schmelzsicherung ein.85–90%der Flächenimmt der Transistor mit seinen Leitungen ein. Diese 10% der Fläche, dievom polykristallinen Silizium-Block verbraucht werden, werden durchdie neuartige Implementierungsmöglichkeitder Schmelzsicherung innerhalb einer elektronischen Schaltkreisanordnung eingespart.Of theAbove-mentioned disadvantage of the prior art is by means ofreduced implementation of the fuses in a chip.In the case of electrical fuse made of a polycrystallineSilicon block,a "blow transistor" and a decoder electronicsconsists, takes the polycrystalline silicon block including itsSupply lines almost 10% of the total area of the fuse.85-90%the areathe transistor picks up with its wires. This 10% of the area, theare consumed by the polycrystalline silicon block are throughthe novel implementation possibilitysaved the fuse within an electronic circuit arrangement.
    [0018] EinAspekt der Erfindung kann anschaulich darin gesehen werden, dassdie Schmelzsicherung nicht mehr im polykristallinen Silizium-Block,sondern im Metallisierungsbereich, dem Interconnect, ausgebildetist. Dazu gibt es verschiedene Ausführungsbeispiele der Implementierungder elektrischen Schmelzsicherung in dem Metallisierungsbereich.So kann zum einen eine dünneLeitbahn vorgesehen sein, die als elektrische Schmelzsicherung inder Metallebene dimensioniert und angeordnet ist, oder ein einzelnesKontaktloch zwischen zwei Leitbahnen im unterschiedlichen Metallisierungsebenen,das gleichzeitig als Durchkontaktierung und elektrische Schmelzsicherungzwischen den einzelnen Metallebenen dient. Das oben beschriebeneund andere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden nachfolgendnoch im Einzelnen zum besseren Verständnis dargelegt.OneAspect of the invention can be seen clearly in thatthe fuse is no longer in the polycrystalline silicon block,but in the metallization, the interconnect formedis. There are various embodiments of the implementation for this purposethe electrical fuse in the metallization area.So can on the one hand a thinConductor be provided as an electrical fuse inthe metal plane is dimensioned and arranged, or a singleContact hole between two interconnects in different metallization levels,at the same time as a via and electrical fuseserves between the individual metal levels. The aboveand other features and advantages of the invention will become apparent belowstill set out in detail for better understanding.
    [0019] Bevorzugtist die elektrische Leitbahn und mindestens eines der Kontaktlöcher inein Low-k-Material eingeschlossen.Prefersis the electrical interconnect and at least one of the contact holes ina low-k material included.
    [0020] MittelsVerwenden von Low-k-Material ist die Wärmeabfuhr schlecht und dergewünschteAusfall mittels Elektromigration oder Stressmigration wird vereinfacht.Insbesondere ist dadurch eine gezielte Programmierung einzelnerelektrischer Schmelzsicherungen möglich.throughUsing low-k material, the heat dissipation is bad and thedesiredFailure by electromigration or stress migration is simplified.In particular, this is a targeted programming of individualelectrical fuses possible.
    [0021] Innerhalbder elektrischen Schaltkreisanordnung ist vorzugsweise eine Mehrzahlan elektrischen Kontakten ausgebildet.Withinthe electrical circuit arrangement is preferably a pluralityformed on electrical contacts.
    [0022] Bevorzugtist die Leitbahn mit den Kontaktlöchern und mit den elektrischenKontakten jeweils im Wesentlichen in einem rechten Winkel zueinander ausgebildet.Preferably, the interconnect with the Kontaktlö Chern and formed with the electrical contacts in each case substantially at a right angle to each other.
    [0023] Dashat den Vorteil, dass an den rechten Winkeln, welche Ecken ausbilden,die Stromdichte erhöhtwird, wodurch ein Programmieren, d.h. ein gezieltes Schmelzen derelektrischen Schmelzsicherung durch Elektromigration bzw. Stressmigration vereinfachtwird.Thehas the advantage that at the right angles, which corners form,increases the current densitywhereby programming, i. a targeted melting ofelectrical fuse simplified by electromigration or stress migrationbecomes.
    [0024] Innerhalbder elektronischen Schaltkreisanordnung ist bevorzugt eine Schmelzsicherungs-Ansteuerungs-Schaltungausgebildet, welche mit mindestens einer Leitbahn und/oder dem Kontaktloch gekoppeltist zum Zuführenelektrischen Stroms.Withinthe electronic circuit arrangement is preferably a fuse drive circuitformed, which coupled to at least one conductive track and / or the contact holeis for feedingelectric current.
    [0025] Mittelsder Schmelzsicherungs-Ansteuerungs-Schaltung ist auf einfach Weisemöglich,die elektronische Schaltkreisanordnung zu programmieren.throughThe fuse drive circuit is simplepossible,to program the electronic circuit arrangement.
    [0026] Vorzugsweiseist ein Transistor zum Bereitstellen eines elektrischen Stroms zurSchmelzsicherungs-Ansteuerungs-Schaltunginnerhalb der elektrischen Schaltkreisanordnung ausgebildet.Preferablyis a transistor for providing an electric current toFuse driving circuitformed within the electrical circuit assembly.
    [0027] Dashat den Vorteil, dass dieser elektrische Strom eine Erhöhung deselektrischen Widerstands in der elektrischen Schmelzsicherung bewirkt,wodurch das Programmieren der elektrischen Schmelzsicherung erleichtertwird.Thehas the advantage that this electric current increases thecauses electrical resistance in the electrical fusewhich facilitates the programming of the electrical fusebecomes.
    [0028] Bevorzugtweist die elektronische Schaltkreisanordnung mehrere Transistorenauf.PrefersThe electronic circuit arrangement has a plurality of transistorson.
    [0029] MittelsVerwenden mehrerer Transistoren ist es auf eine einfache Weise möglich, mehrereelektrische Schmelzsicherungen zu programmieren.throughUsing multiple transistors it is possible in a simple way, severalto program electrical fuses.
    [0030] Ineiner Weiterbildung ist eine Decoder-Schaltung zum Ansteuern desTransistors vorgesehen.Ina development is a decoder circuit for driving theTransistors provided.
    [0031] DasVerwenden einer Decoder-Schaltung ist eine Möglichkeit, die Programmierungder elektrischen Schmelzsicherung auf einfache Weise zu kontrollieren.TheUsing a decoder circuit is one way of programmingeasy to control the electrical fuse.
    [0032] Vorzugsweiseist in der elektronischen Schaltkreisanordnung eine Metallisierungsebene ausgebildet,in welcher eine elektrische Leitbahn als elektrische Schmelzsicherungdimensioniert und mittels elektrischen Kontakten an die Schmelzsicherungs-Ansteuerungs-Schaltungund an den Transistor gekoppelt ist.Preferablyis formed in the electronic circuit arrangement a metallization,in which an electrical track as an electrical fusedimensioned and by means of electrical contacts to the fuse drive circuitand coupled to the transistor.
    [0033] Somitkann die elektrische Schmelzsicherung schnell und einfach programmiertwerden.ConsequentlyThe electrical fuse can be programmed quickly and easilybecome.
    [0034] Bevorzugtweist die elektronische Schaltkreisanordnung ein Substrat mit einerVielzahl an übereinanderliegenderMetallisierungsebenen auf.PrefersThe electronic circuit arrangement has a substrate with aVariety of superimposedMetallization levels on.
    [0035] Vorzugsweiseweist die elektronische Schaltkreisanordnung eine Vielzahl an übereinanderliegenderMetallisierungsebenen auf, wobei die elektrische Schmelzsicherungin einer Metallisierungsebene mit einer prozesstechnisch maximalerzielbaren Auflösungausgebildet ist.PreferablyFor example, the electronic circuit arrangement has a plurality of superimposed onesMetallization levels on, with the electrical fusein a metallization level with a process engineering maximumachievable resolutionis trained.
    [0036] Somitist der Platzbedarf gering. Ferner wird mittels des Ausbildens derelektrischen Schmelzsicherung in maximaler Auflösung, d.h., in kleinster Dimensionierung,die Elektromigration bzw. die Stressmigration verstärkt, wodurchdie Programmierung der elektrischen Schmelzsicherung vereinfachtwird.Consequentlythe space requirement is low. Furthermore, by means of the forming of theelectrical fuse in maximum resolution, that is, in the smallest dimensions,the electromigration or the stress migration intensifies, wherebysimplifies the programming of the electric fusebecomes.
    [0037] Dieelektrischen Leitbahnen könnenals elektrische Schmelzsicherungen in der Mäander-Ausführung ausgebildet sein undmittels Kontaktlöchernaneinander gekoppelt sein.Theelectrical interconnects canbe designed as electrical fuses in the meander design andby means of contact holesbe coupled to each other.
    [0038] MittelsVerwendung der Mäander-Ausführung kanndie sogenannte Blech-Längeder Elektromigration überwundenwerden.throughUse of the meander design canthe so-called sheet metal lengthovercome the electromigrationbecome.
    [0039] Beiden heutigen und zukünftigenTechnologie-Generationen mit Metallbreiten und Kontaktloch-Durchmessernvon weniger als 100 nm haben minimale Metallbahnen und Kontaktlöcher ausCu oder Al nur noch eine begrenzte Stromtragefähigkeit. Der heute für die elektrischeSchmelzsicherung benutzte Strom von ca. 10 mA bis 20 mA sollte ausreichen,um eine einzelne minimale Leitbahn bzw. ein minimales Kontaktlochdurch Elektromigration bzw. Stressmigration zu schmelzen, so dasseine Änderungdes elektrischen Widerstands bewirkt werden kann, die mit einfachenMitteln ausreichend genau erfasst werden kann. Bei einem Schmelzsicherungsstromvon 10 mA ergeben sich bei einer 65nm-, 45nm- und 32nm-Technologiemit den entsprechenden Kontaktloch-Durchmessern von ≈ 0,1 μm, ≈ 0,07 μm und ≈ 0,05 μm entsprechendeStromdichten von 1250 bis 5000 mA/μm2 proKontaktloch. Diese Stromdichten liegen um mehr als einen Faktor100 über denzulässigenGleichstromdichten von ca. 10 mA/μm2 fürKupfer-Metallisierungen(z.B. Logik) bzw. 2 mA/μm2 bei Aluminium-Metallisierungen (z.B. dynamische RAMs("dynamic randomaccess memory"),DRAM).In today's and future generations of technology with metal widths and via diameters of less than 100 nm, minimal metal traces and contact holes made of Cu or Al have limited current carrying capability. The current of about 10 mA to 20 mA used today for the electrical fuse should be sufficient to melt a single minimum or a minimum contact hole by electromigration or stress migration, so that a change in the electrical resistance can be effected with simple means can be detected with sufficient accuracy. With a fuse current of 10 mA, 65 nm, 45 nm and 32 nm technology with corresponding contact hole diameters of ≈ 0.1 μm, ≈ 0.07 μm and ≈ 0.05 μm give corresponding current densities of 1250 to 5000 mA / μm 2 per contact hole. These current densities are more than a factor of 100 above the permissible DC densities of approximately 10 mA / μm 2 for copper metallizations (eg logic) or 2 mA / μm 2 for aluminum metallizations (eg dynamic RAMs (dynamic random access memory "), DRAM).
    [0040] Ausführungsbeispieleder Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiterennäher erläutert.embodimentsThe invention is illustrated in the figures and will be discussed belowexplained in more detail.
    [0041] EszeigenItdemonstrate
    [0042] 1a eineschematische Draufsicht auf eine Leitbahn-Schmelzsicherung mit elektrischen Kontaktengemäß einemersten Ausführungsbeispiel; 1a a schematic plan view of a track fuse with electrical contacts according to a first embodiment;
    [0043] 1b einenQuerschnitt einer Leitbahn-Schmelzsicherung in der Metallebene eines Chipsmit einer dünnenLeitbahn und elektrischen Kontakten zur Schmelzsicherungs-Ansteuerungs-Schaltung und einemTransistor; 1b a cross section of a track fuse in the metal level of a chip with a thin interconnect and electrical contacts to the fuse drive circuit and a transistor;
    [0044] 2 eineschematische Draufsicht einer Leitbahn-Schmelzsicherung in einer so genannten Mäander-Strukturgemäß einemzweiten Ausführungsbeispiel; 2 a schematic plan view of a track fuse in a so-called meander structure according to a second embodiment;
    [0045] 3 einenschematischen Querschnitt einer Kontaktloch-Schmelzsicherung in der Kontaktloch-Ebenemit einer breiten Leitbahn und einem minimalen Kontaktloch gemäß einemdritten Ausführungsbeispiel; 3 a schematic cross section of a contact-hole fuse in the contact hole level with a wide interconnect and a minimum contact hole according to a third embodiment;
    [0046] 4 einenschematischen Querschnitt einer Kontaktloch-Schmelzsicherung in der Kontaktloch-Ebenemit einer breiten Leitbahn und einem minimalen Kontaktloch gemäß einemvierten Ausführungsbeispiel; 4 a schematic cross section of a contact-hole fuse in the contact hole level with a wide interconnect and a minimum contact hole according to a fourth embodiment;
    [0047] 5 einenschematischen Querschnitt in der Metallebene mit einer dünnen Leitbahnund mehreren minimalen Kontaktlöcherngemäß einemfünftenAusführungsbeispiel; 5 a schematic cross section in the metal plane with a thin interconnect and a plurality of minimal contact holes according to a fifth embodiment;
    [0048] 6a einenschematischen Querschnitt einer elektrischen Schmelzsicherung gemäß dem Standder Technik, und 6a a schematic cross section of an electrical fuse according to the prior art, and
    [0049] 6b eineschematische Draufsicht einer elektrischen Schmelzsicherung gemäß dem Stand derTechnik. 6b a schematic plan view of an electrical fuse according to the prior art.
    [0050] UnterBezugnahme auf die 1a und 1b wirdein erstes Ausführungsbeispielder Erfindung erläutert,bei dem ein Substrat mit einer in oder auf dem Substrat ausgebildetenelektrischen Schmelzsicherung in einer Metallisierungsebene einesin dem Substrat gebildeten Chips vorgesehen ist.With reference to the 1a and 1b A first embodiment of the invention will be explained in which a substrate is provided with an electrical fuse formed in or on the substrate in a metallization plane of a chip formed in the substrate.
    [0051] 1a zeigteine Draufsicht auf eine Leitbahn-Schmelzsicherung mit einer dünnen Metallverbindung 100 alselektrische Schmelzsicherung. An jedem Ende der Metallverbindung 100 sindKontakte 102 zum elektrischen Kontaktieren ausgebildet.Die Metallverbindung 100 hat eine Länge von mindestens 100 μm–200 μm und hateine Breite von kleiner als 120 nm, vorzugsweise Ca. 5 nm bis 20nm. Das bedeutet, dass die Metallverbindung 100 in F2 so dimensioniert ist, dass maximale Auflösung gegeben ist,wobei F im Rahmen einer Technologie-Generation die minimal erreichbareeindimensionale Strukturdimension ist. Diese Dimensionierung gewährleistet,dass ein Ausfall durch Elektromigration bzw. Stressmigration ausreichendschnell und in ausreichendem Maßegezielt mittels elektrischen Stromes im mA-Bereich bewirkt werdenkann. Die Metallverbindung 100 besteht je nach Anwendungentweder aus Kupfer oder Aluminium, wobei Aluminium bei Speicherchips(DRAM) bevorzugt wird, da die zulässige DC-Stromdichte mit 2mA/μm2 kleiner ist als die von Kupfer (10 mA/μm2) wodurch Aluminium schon bei kleinerenStromstärkenschmilzt, was bei solchen Anwendungen vorteilhaft ist. Eine Kupfer-Metallverbindungwird vorzugsweise bei Logik Chips eingesetzt. Die Metallverbindung 100 isterheblich schmaler als die elektrischen Kontakte 102 undist in den Kontaktbereichen 120 derart ausgebildet, dasssich im Wesentlichen rechtwinklige Ecken bilden. Im Bereich derrechten Ecken, d.h., dem Bereich, in dem der Strom aus dem breitenKontaktbereich 120 in die schmale Metallverbindung 100 tritt,kommt es zu einer Erhöhungder Stromdichte, dem sogenannten "Current-Crowding" was zur Folge hat, dass an diesen Stellen,d.h. der oben beschriebenen Materialansammlung eine Erhöhung des "Current-Crowding" resultiert. Dasbedeutet, dass an diesen Stellen hohe Stromdichten auftreten, waszu einer stärkerenErwärmungund damit einhergehend zu einer größeren Ausfallwahrscheinlichkeit,zumindest zu einer detektierbaren Erhöhung des elektrischen Widerstands derMetallverbindung 100, führt. 1a shows a plan view of a track fuse with a thin metal connection 100 as an electrical fuse. At each end of the metal connection 100 are contacts 102 designed for electrical contact. The metal compound 100 has a length of at least 100 μm-200 μm and has a width of less than 120 nm, preferably approx. 5 nm to 20 nm. This means that the metal compound 100 in F 2 is dimensioned so that maximum resolution is given, where F in the context of a technology generation is the minimum achievable one-dimensional structure dimension. This dimensioning ensures that a failure by electromigration or stress migration can be sufficiently fast and sufficiently targeted by means of electrical current in the mA range. The metal compound 100 Depending on the application either consists of copper or aluminum, with aluminum being preferred for memory chips (DRAM), since the permissible DC current density of 2 mA / μm 2 is smaller than that of copper (10 mA / μm 2 ) Amperages melts, which is advantageous in such applications. A copper-metal compound is preferably used in logic chips. The metal compound 100 is considerably narrower than the electrical contacts 102 and is in the contact areas 120 formed such that form substantially rectangular corners. In the area of the right corners, ie, the area where the current from the wide contact area 120 in the narrow metal connection 100 occurs, there is an increase in the current density, the so-called "current crowding" which has the consequence that at these points, ie the accumulation of material described above, an increase in the "current crowding" results. This means that high current densities occur at these points, which leads to greater heating and, as a result, to a greater probability of failure, at least to a detectable increase in the electrical resistance of the metal compound 100 , leads.
    [0052] AlsMaterial fürdie Kontakte 102, die jeweils an den Enden der Metallverbindung 100 ausgebildet sind,wird ein möglichstwärmebeständiges Material verwendet.Vorzugsweise sind die Kontakte 102 aus Wolfram ausgebildet,das eine Schmelztemperatur von 3683 Grad Kelvin hat oder aus Tantalmit einer Schmelztemperatur von 3269 Grad Kelvin.As material for the contacts 102 , respectively at the ends of the metal compound 100 are formed, a heat-resistant material is used as possible. Preferably, the contacts 102 formed of tungsten having a melting temperature of 3683 degrees Kelvin or of tantalum having a melting temperature of 3269 degrees Kelvin.
    [0053] ImFolgenden wird bezugnehmend auf 1b einQuerschnitt durch die oben dargestellten Leitbahn-Schmelzsicherungbeschrieben, wobei hier zusätzlichnoch die Anordnung, welche in 1a dargestelltist, mittels der elektrischen Kontakte 102 zur Herstellungeiner elektrischen Verbindung an die Schmelzsicherungs-Ansteuerungs-Schaltung 103 undan einen Transistor 103 gekoppelt ist, welche in 3 nurschematisch dargestellt sind. Die Aufgabe des Transistors 103 bestehtdarin, die Schmelzsicherungs-Ansteuerungs-Schaltung 103 miteinem so dimensionierten Strom zu beliefern, welcher durch Elektromigrationbzw. Stressmigration eine Erhöhung deselektrischen Widerstands in der elektrischen Schmelzsicherung bewirkt.Der Transistor ist derart dimensioniert, dass er einen mA-Strombereitstellen kann. Als Material für die elektrischen Kontakte 102, diejeweils an den Enden der Metallverbindung 100 ausgebildetsind, wird Wolfram oder Tantal verwendet.In the following, reference is made to 1b a cross section through the above-described interconnect fuse described here, in addition to the arrangement, which in 1a is shown by means of the electrical contacts 102 for making an electrical connection to the fuse drive circuit 103 and to a transistor 103 is coupled, which in 3 are shown only schematically. The task of the transistor 103 This is the fuse driver circuit 103 to supply with a so-sized current, which causes an increase in electrical resistance in the electrical fuse by electromigration or stress migration. The transistor is dimensioned to provide a mA current. As material for the electrical contacts 102 , respectively at the ends of the metal compound 100 are formed, tungsten or tantalum is used.
    [0054] DasAusführungsbeispielder 1b wird bevorzugt in unteren Metallisierungsebeneneingesetzt, d.h., in den Metallisierungsebenen, in denen die Strukturenmit der gemäß der eingesetztenProzesstechnolgie maximale Auflösung(Minimum Feature Size) gefertigt werden, um dort möglichsthohe Stromdichten zu erzielen. Hohe Stromdichten bewirken, dassdie Ladungsträger,also die Elektronen, Metallatome aus dem Metallverbund mit erhöhter Wirkungherausreißenkönnenund diese dann mitführen.Dadurch kommt es an einer Stelle zu einer Abreicherung an Metallatomenund an einer anderen Stelle zu einer Anreicherung von Metallatomen.Die Stellen, an denen die Metallatome abgereichert sind, sind hochohmig.Dort entsteht dann ein Loch, durch welches kein Strom mehr fließen kann,d.h., die Metallverbindung 100 schmilzt an dieser Stelledurch und die Ausfallwahrscheinlichkeit ist hier am größten. DiesenProzess nennt man Elektromigration bzw. Stressmigration, wie obenbeschrieben.The embodiment of 1b becomes It is preferably used in lower metallization levels, ie, in the metallization levels in which the structures are manufactured with the maximum resolution (minimum feature size) according to the process technology used in order to achieve the highest possible current densities there. High current densities cause the charge carriers, that is to say the electrons, to be able to tear metal atoms out of the metal composite with increased effect and then carry them along. This leads to a depletion of metal atoms at one point and an accumulation of metal atoms elsewhere. The sites where the metal atoms are depleted are highly resistive. There then arises a hole through which no current can flow, ie, the metal compound 100 melts at this point and the probability of default is greatest here. This process is called electromigration or stress migration, as described above.
    [0055] Indem ersten Ausführungsbeispielder 1a und 1b istes günstigdie Metallverbindung 100 in ein Low k-Material als Dielektrikumeinzubetten, da dann die Wärmeabfuhrschlecht ist und der Elektromigrations- bzw. Stressmigrations-Ausfall wahrscheinlicherwird. Low k-Material ist definiert als ein Material mit einer niedrigenDielektrizitätskonstanten(k<4) und damiteinhergehend typischerweise auch eine geringe Wärmeleitfähigkeit.In the first embodiment of the 1a and 1b it is cheap the metal connection 100 embedded in a low k material as a dielectric, since then the heat dissipation is bad and the electromigration or stress migration failure is more likely. Low k material is defined as a material with a low dielectric constant (k <4) and, as a result, typically also a low thermal conductivity.
    [0056] Einsolches Material mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstantenist z. B. SILKTM. Alternativ können nochorganische Materialien, poröseoder dotierte Oxide verwendet werden. Die organischen MaterialienkönnenPolyimide, Parylene usw. sein. Poröse Oxid Beispiele sind beispielsweiseNanoglass oder Aerogele. Beispiele für dotierte Oxide sind nanoporöse Oxideund mit Kohlenstoff dotierte siliziumoxidartige Materialien (z.B.SiCOH, OSG (Organo Silicate Glass), Black DiamondTM,CoralTM, AuroraTM).Such a material with a low dielectric constant is z. B. SILK ™ . Alternatively, organic materials, porous or doped oxides may be used. The organic materials may be polyimides, parylene, etc. Porous oxide examples include nanoglass or aerogels. Examples of doped oxides are nanoporous oxides and carbon-doped silica-type materials (eg, SiCOH, OSG (Organo Silicate Glass), Black Diamond ™ , Coral ™ , Aurora ™ ).
    [0057] In 2 isteine schematische Draufsicht eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispielseiner Implementierungsmöglichkeitdargestellt, bei der eine Metallverbindung 200 in einerMäander-Struktur miteiner Vielzahl von parallel zueinander neben einander angeordnetenMäanderschenkel 212 ausgebildetist. In dem zweiten Ausführungsbeispielwird die Längeder Metallverbindung bzw. eines Schenkels derart gewählt, dasssie größer istals die sogenannte Blech-Länge(> 100 μm) der Elektromigration.Hier werden mehrere dünneMetallverbindungen 200 mittels Kontaktlöchern 204 miteinandergekoppelt. Kontaktlöcher 204 sindDurchkontaktierungen, die Leitungen, sowie Metallisierungsebenenverschiedener Schichten, oder anders gesagt Lagen, miteinander koppeln.Die Metallverbindungen sind so dimensioniert, dass maximale Auflösung gewährleistetist, d.h., dass ein Ausfall durch Elektromigration bzw. Stressmigrationausreichend wahrscheinlich ist. Die elektrischen Kontakte 202 sindnun nicht mehr an den Enden einer einzelnen Metallverbindung 200 ausgebildet,sondern jeweils an einem Ende derjenigen Metallverbindung 200 dieanschaulich den Anfang der Mäander-Strukturbildet, und an einem Ende derjenigen Metallverbindung 200,die anschaulich das Ende der Mäander-Strukturbildet. Die Metallverbindungen 200 sind erheblich schmalerals die Kontakte 202 und die Kontaktlöcher 204 und sindin den Kontaktbereichen 220 derart ausgebildet, dass sieim Wesentlichen einen rechten Winkel ausbilden, um eine Erhöhung des "Current-Crowding" zu erreichen. Dadurchwerden höhereStromdichten erzeugt, die zu einer stärkeren Erwärmung und damit einhergehendzu einer größeren Ausfallwahrscheinlichkeit führen. DieMetallverbindung 200 und die Kontaktlöcher 204 sind je nachAnwendung aus Kupfer oder Aluminium ausgebildet. Die Kupfer-Ausführung wählt manspeziell fürLogik Chips und die Aluminium-Ausführung für Speicher Chips (DRAM). Dieelektrischen Kontakte 202 bestehen aus wärmebeständigem Materialwie Wolfram oder Tantal.In 2 FIG. 12 is a schematic plan view of a second preferred embodiment of an implementation option in which a metal interconnect. FIG 200 in a meander structure with a plurality of mutually parallel meandering legs 212 is trained. In the second embodiment, the length of the metal connection or a leg is chosen such that it is greater than the so-called plate length (> 100 microns) of the electromigration. Here are several thin metal compounds 200 by means of contact holes 204 coupled together. vias 204 are vias that couple together wires, as well as metallization layers of different layers, or layers in other words. The metal interconnects are dimensioned to ensure maximum resolution, which means that failure by electromigration or stress migration is sufficiently likely. The electrical contacts 202 are no longer at the ends of a single metal connection 200 formed, but each at one end of that metal connection 200 which graphically forms the beginning of the meander structure, and at one end of that metal compound 200 , which graphically forms the end of the meander structure. The metal compounds 200 are considerably narrower than the contacts 202 and the contact holes 204 and are in the contact areas 220 are formed so that they form substantially a right angle to achieve an increase in the current crowding. As a result, higher current densities are generated, which lead to greater heating and thus to a greater probability of failure. The metal compound 200 and the contact holes 204 Depending on the application, they are made of copper or aluminum. The copper version is chosen especially for logic chips and the aluminum version for memory chips (DRAM). The electrical contacts 202 Made of heat-resistant material such as tungsten or tantalum.
    [0058] ImFolgenden wird ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Implementierungsmöglichkeitbeschrieben.in theThe following is a third preferred embodiment of the implementation option according to the inventiondescribed.
    [0059] 3 beschreibteine Kontaktloch-Schmelzsicherungs-Ausführungals Mehrlagenausführunginnerhalb der Metallisierungsebene. Ein einzelnes Schmelzsicherungs-Kontaktloch 305 istin dieser Anordnung als elektrische Schmelzsicherung ausgebildet.Eine Metallverbindung 301 in dieser Ausführung istbreiter dimensioniert als die Metallverbindung 200 in 1a, 1b und 2.Diese breite Metallverbindung 301 wird in der oberen Metallisierungsebene verwendetund ist an ihrem einen Ende mittels mehrerer Kontaktlöcher 304 undan ihrem anderen Ende mittels einem einzelnen Schmelzsicherungs-Kontaktloch 305 anjeweils eine Leitbahn 306 gekoppelt. Die Leitbahnen 306 selbstsind mittels mehrerer elektrischer Kontakte 302 an eineSchmelzsicherungs-Ansteuerungs-Schaltung 303 und an einenTransistor 303 gekoppelt, welche in 3 nur schematischdargestellt sind. Die Aufgabe des Transistors ist, einen so dimensioniertenStrom der Schmelzsicherungs-Ansteuerungs-Schaltung 303 bereitzustellen, welchereine Erhöhungdes elektrischen Widerstands in der elektrischen Schmelzsicherungbewirkt. Der Transistor 303 ist derart dimensioniert, dasser einen mA-Strom bereitstellen kann. Das einzelne Schmelzsicherungs-Kontaktloch 305,welches zwischen der breiten Metallverbindung 301 und derLeitbahn 306 ausgebildet ist, ist so dimensioniert, dassein Ausfall mittels Elektromigration bzw. Stressmigration gezielt mittelselektrischen Stromes im mA-Bereich ausreichend und schnell bewirktwerden kann. Die elektrischen Kontakte 302 bestehen auseinem möglichst wärmebeständigen Materialwie Wolfram oder Tantal. Die breite Metallverbindung 302 istje nach Anwendung aus Kupfer oder Aluminium ausgebildet. Die Leitbahnen 306 sindebenfalls aus Kupfer oder Aluminium ausgebildet, genauso wie daseinzelne Schmelzsicherungs-Kontaktloch 305.Die Kontaktlöcher 304,die als Durchkontaktierung der breiten Metallverbindung 301 zurdarunter liegenden Leitbahn 306 ausgebildet sind können ausKupfer, Aluminium oder auch aus wärmebeständigem Wolfram sein. 3 describes a contact hole fuse design as a multilayer within the metallization level. A single fuse contact hole 305 is designed in this arrangement as an electrical fuse. A metal connection 301 in this embodiment is dimensioned wider than the metal connection 200 in 1a . 1b and 2 , This wide metal connection 301 is used in the upper metallization plane and is at its one end by means of multiple contact holes 304 and at its other end by means of a single fuse contact hole 305 to each one interconnect 306 coupled. The interconnects 306 themselves are by means of several electrical contacts 302 to a fuse drive circuit 303 and to a transistor 303 coupled, which in 3 are shown only schematically. The task of the transistor is to provide a so dimensioned current of the fuse drive circuit 303 to provide, which causes an increase in the electrical resistance in the electrical fuse. The transistor 303 is sized to provide a mA current. The single fuse contact hole 305 which is between the wide metal joint 301 and the interconnect 306 is formed is dimensioned so that a failure by means of electromigration or stress migration targeted by means of electrical current in the mA range can be sufficiently and quickly effected. The electrical contacts 302 consist of a heat-resistant material such as tungsten or tantalum. The wide metal connection 302 is depending on the user made of copper or aluminum. The interconnects 306 are also formed of copper or aluminum, as is the single fuse contact hole 305 , The contact holes 304 , which serves as a via of the wide metal compound 301 to the underlying track 306 may be made of copper, aluminum or heat-resistant tungsten.
    [0060] ImFolgenden wird Bezug nehmend auf 3 eine Implementierungsmöglichkeitgemäß einemvierten Ausführungsbeispielbeschrieben.In the following, reference will be made to 3 an implementation possibility according to a fourth embodiment described.
    [0061] In 4 isteine Weiterbildung der in 3 dargestelltenSchmelzsicherungs-Kontaktloch-Ausführung als Mehrlagenausführung innerhalbder Metallisierungsebene dargestellt. Bei dem vierten Ausführungsbeispielist das einzelne Schmelzsicherungs-Kontaktloch 405 alsSchmelzsicherung ausgebildet. Eine breite Metallverbindung 401 istjeweils an ihren beiden Enden mittels mehrerer Kontaktlöcher 404 anjeweils eine Schichtfolge von Leitbahnen 406 gekoppelt.Diese sind wiederum untereinander mittels mehrerer Kontaktlöcher 404 gekoppelt,wobei das einzelne Schmelzsicherungs-Kontaktloch 405 zwischeneiner der beiden untersten Leitbahnen 406 und der direktdarüberliegenden Leiterbahn 406 ausgebildet ist. Die beiden unterstenLeitbahnen 406 in der Anordnung sind mittels elektrischerKontakte 402 an die Schmelzsicherungs-Ansteuerungs-Schaltung 403 undden Transistor 403, welche in 3 nur schematischdargestellt sind. Die Aufgabe des Transistors 403 ist,die Schmelzsicherungs-Ansteuerungs-Schaltung 403 mit einemso dimensionierten Strom zu beliefern, welcher eine Erhöhung desWiderstands in der elektrischen Schmelzsicherung bewirkt. Der Transistor 403 istderart dimensioniert, dass er einen mA-Strom bereitstellen kann. Das einzelneSchmelzsicherungs-Kontaktloch 405,das zwischen einer der untersten Leitbahnen 406 und der darüber liegendenLeitbahn 406 ausgebildet ist, ist in dieser Ausführung sodimensioniert, dass ein Ausfall mittels Elektromigration bzw. Stressmigrationgezielt mittels elektrischen Stromes im mA-Bereich ausreichend undschnell bewirkt werden kann. Die breite Metallverbindung 401 wirdebenfalls in den oberen Metallisierungsebenen verwendet. Das Material,das fürdie elektrischen Kontakte 402 verwendet wird ist vorzugsweisewärmebeständiges Wolframoder wärmebeständiges Tantal.Die verwendeten Materialen, aus denen die übrigen Komponenten wie dieMetallverbindung 401, die Kontaktlöcher 404 und das einzelneSchmelzsicherungs-Kontaktloch 405 bestehen,hängenjeweils von der Anwendung der elektronischen Schaltkreisanordnungab. Anwendungen, z.B. fürLogik Chips, werden bevorzugt im Rahmen von Mehrlagen Cu-Metallisierungen,bei denen sowohl die Metallverbindung 401 als auch dieLeitbahnen 406, die Kontaktlöcher 404 und das einzelne Schmelzsicherungs-Kontaktloch 405 ausKupfer bestehen, realisiert. Bei Speicher Chips (DRAM)-Anwendungensind vorzugsweise Mehrlagen von Al-Metallisierungen ausgebildet,bei denen die Kontakte 402 aus Wolfram ausgebildet sindund die breite Metallverbindung 401, die Leitbahnen 406,die Kontaktlöcher 404 unddas einzelne Schmelzsicherungs-Kontaktloch 405 jeweilsaus Aluminium ausgebildet sind. Alternativ können bei den beiden oben genanntenAnwendungen die Kontaktlöcher 404 auchaus Wolfram ausgebildet sein.In 4 is a further education of in 3 shown fuse contact hole design shown as multi-layer design within the metallization. In the fourth embodiment, the single fuse contact hole is 405 designed as a fuse. A wide metal connection 401 is at each of its two ends by means of several contact holes 404 in each case a layer sequence of interconnects 406 coupled. These in turn are interconnected by means of multiple contact holes 404 coupled, with the single fuse contact hole 405 between one of the two lowest interconnects 406 and the conductor track directly above it 406 is trained. The two lowest interconnects 406 in the arrangement are by means of electrical contacts 402 to the fuse drive circuit 403 and the transistor 403 , what a 3 are shown only schematically. The task of the transistor 403 is, the fuse drive circuit 403 to supply with a so-sized current, which causes an increase in the resistance in the electrical fuse. The transistor 403 is sized to provide a mA current. The single fuse contact hole 405 that is between one of the lowest interconnects 406 and the overlying track 406 is designed in this embodiment is dimensioned so that a failure by means of electromigration or stress migration targeted by means of electrical current in the mA range can be sufficiently and quickly effected. The wide metal connection 401 is also used in the upper metallization levels. The material used for the electrical contacts 402 is preferably used heat-resistant tungsten or heat-resistant tantalum. The materials used make up the remaining components such as the metal compound 401 , the contact holes 404 and the single fuse contact hole 405 each depend on the application of the electronic circuit arrangement. Applications, eg for logic chips, are preferred in the context of multilayer Cu metallizations in which both the metal compound 401 as well as the interconnects 406 , the contact holes 404 and the single fuse contact hole 405 made of copper, realized. In memory chip (DRAM) applications, multilayers of Al metallizations are preferably formed in which the contacts 402 are formed of tungsten and the wide metal compound 401 , the interconnects 406 , the contact holes 404 and the single fuse contact hole 405 each formed of aluminum. Alternatively, in the two applications mentioned above, the contact holes 404 also be made of tungsten.
    [0062] ImFolgenden wird ein fünftesbevorzugtes Ausführungsbeispielder erfindungsgemäßen Implementierungsmöglichkeitbeschrieben.in theFollowing is a fifthpreferred embodimentthe implementation possibility according to the inventiondescribed.
    [0063] 5 beschreibteine Schmelzsicherungs-Kontaktloch-Ausführungals Mehrlagen-Ausführunginnerhalb mehrerer Metallisierungsebenen. Bei diesem fünften Ausführungsbeispielsind eine minimale Metallverbindung 510, d.h., eine Metallverbindung,welche mit der maximalen Auflösungausgebildet ist, und eine Mehrzahl minimaler Einzel-Kontaktlöcher 507 alselektrische Schmelzsicherungen ausgebildet. Die minimale Metallverbindung 510 istan ihren beiden Enden jeweils an eine Schichtfolge von minimalenEinzel-Kontaktlöchern 507 gekoppelt.Die minimalen Einzel-Kontaktlöcher 507 sinddabei mittels minimaler Leitbahnen 508 untereinander gekoppelt.Die beiden untersten minimalen Einzel-Kontaktlöcher 507 in der Ebenesind jeweils an Leitbahnen 506 gekoppelt, welche mittelselektrischer Kontakte 502, an die Schmelzsicherungs-Ansteuerungs-Schaltung 503 undan den Transistor 503 gekoppelt sind. Die Aufgabe des Transistors 503 bestehtdarin, der Schmelzsicherungs-Ansteuerungs-Schaltung 503 einenso dimensionierten Strom bereitzustellen, welcher eine Erhöhung desWiderstands in der elektrischen Schmelzsicherung bewirkt. Der Transistor 503 istderart dimensioniert, dass er einen mA-Strom bereitstellen kann.Die minimalen Einzel-Kontaktlöcher 507 sindso dimensioniert, dass ein Ausfall mittels Elektromigration bzw.Stressmigration gezielt mittels elektrischen Stromes im mA-Bereich ausreichendund schnell bewirkt werden kann. Die Materialien, die für die einzelnenKomponenten dieses Ausführungsbeispielsverwendet werden, sind abhängigvon der technischen Anwendung. Die elektrischen Kontakte bestehenwie oben aus Wolfram oder Tantal, welche sehr wärmebeständige Materialien sind. Für Anwendungenbei Logik Chips ist bevorzugt eine Mehrlagen Cu-Metallisierung ausgebildet,bei der die minimale Metallverbindung 510, die minimalenEinzel-Kontaktlöcher 507,die minimalen Leitbahnen 508 und die beiden untersten inder Metallebene ausgewiesenen Leitbahnen 506 aus Kupfer bestehen.Bei Anwendungen fürSpeicher Chips (DRAM) wird vorzugsweise eine Mehrlagen Al-Metallisierungausgebildet, d.h., die minimale Metallverbindung 510, dieminimalen Einzel-Kontaktlöcher 507, dieminimalen Leitbahnen 508 und die beiden untersten in derMetallebene ausgewiesenen Leitbahnen 506 bestehen aus Aluminium. 5 describes a fused contact hole design as a multilayer implementation within multiple metallization levels. In this fifth embodiment, a minimum metal connection 510 that is, a metal interconnection formed with the maximum resolution and a plurality of minimum single vias 507 designed as electrical fuses. The minimal metal connection 510 is at its two ends in each case to a layer sequence of minimal single contact holes 507 coupled. The minimal single contact holes 507 are doing so by means of minimal interconnects 508 coupled with each other. The two lowest minimal single contact holes 507 in the plane are each to interconnects 506 coupled, which by means of electrical contacts 502 , to the fuse drive circuit 503 and to the transistor 503 are coupled. The task of the transistor 503 That is, the fuse drive circuit 503 to provide such a dimensioned current, which causes an increase in the resistance in the electrical fuse. The transistor 503 is sized to provide a mA current. The minimal single contact holes 507 are dimensioned so that a failure by means of electromigration or stress migration targeted by means of electrical current in the mA range can be sufficiently and quickly effected. The materials used for the individual components of this embodiment depend on the technical application. The electrical contacts are made of tungsten or tantalum as above, which are very heat resistant materials. For applications in logic chips, a multilayer Cu metallization is preferably formed in which the minimum metal compound 510 , the minimal single contact holes 507 , the minimum interconnects 508 and the two lowest in the metal level designated interconnects 506 consist of copper. In memory chip (DRAM) applications, a multilayer Al metallization is preferably formed, ie, the minimum metal interconnect 510 , the minimal single contact holes 507 , the minimum interconnects 508 and the two under in the metal level designated interconnects 506 are made of aluminum.
    [0064] Inallen Fällender Ausführungsbeispieleist es günstig,die Metallverbindungen 100, 200 und 510 unddie einzelnen Schmelzsicherungs-Kontaktlöcher 305, 405 und 507,die als elektrische Schmelzsicherungen innerhalb der elektronischenSchaltkreisanordnung ausgebildet sind, in ein Low k-Material als Dielektrikumeinzuschließen.Das hat die Wirkung, dass die Wärmeabfuhrschlecht ist und der Elektromigrations- bzw. Stressmigrations-Ausfallwahrscheinlicher wird. Außerdemkann in dieser Schaltkreisanordnung in mehreren aufeinanderfolgendenSchichten von Metallisierungsebenen die Geometrie gleichartig sein.In all cases of the embodiments, it is favorable, the metal compounds 100 . 200 and 510 and the individual fuse contact holes 305 . 405 and 507 , which are formed as electrical fuses within the electronic circuit arrangement, to include in a low-k material as a dielectric. This has the effect that the heat dissipation is bad and the electromigration or stress migration failure becomes more likely. In addition, in this circuit arrangement, the geometry may be similar in several successive layers of metallization levels.
    [0065] Indiesem Dokument ist folgende Veröffentlichungzitiert: [1] US6,368,902 B1 This document cites the following publication: [1] US 6,368,902 B1
    100100 dünne Metallverbindungthin metal connection 102102 elektrischeKontakteelectricalcontacts 103103 Schmelzsicherungs-Ansteuerungs-Schaltungund TransistorFuse driving circuitand transistor 117117 Kontaktbereichecontact areas 200200 dünne Metallverbindungthin metal connection 202202 elektrischeKontakteelectricalcontacts 204204 Kontaktlochcontact hole 301301 breiteMetallverbindungwidthmetal compound 302302 elektrischeKontakteelectricalcontacts 303303 Schmelzsicherungs-Ansteuerungs-Schaltungund TransistorFuse driving circuitand transistor 304304 mehrereKontaktlöcherseveralvias 305305 einzelnesSchmelzsicherungs-KontaktlochsingleFuse contact hole 306306 Leitbahninterconnect 401401 breiteMetallverbindungwidthmetal compound 402402 elektrischeKontakteelectricalcontacts 403403 Schmelzsicherungs-Ansteuerungs-Schaltungund TransistorFuse driving circuitand transistor 404404 mehrereKontaktlöcherseveralvias 405405 einzelnesSchmelzsicherungs-KontaktlochsingleFuse contact hole 406406 Leitbahninterconnect 502502 elektrischeKontakteelectricalcontacts 503503 Schmelzsicherungs-Ansteuerungs-Schaltungund TransistorFuse driving circuitand transistor 506506 Leitbahninterconnect 507507 minimaleEinzel-KontaktlöcherminimumSingle-vias 508508 minimaleLeitbahnenminimummeridians 510510 minimaleMetallverbindungminimummetal compound 611611 Poly-Silizium-SchichtPoly-silicon layer 612612 leitfähige Schichtconductive layer 613613 Abdeckschichtcovering 614614 Oxid-SchichtOxide layer 615615 Bor-Phosphor-SilikatglassBoron phosphorus silicate glass 616616 Anodeanode 617617 Kathodecathode 618618 Schmelzsicherungs-VerbindungFusible link
    权利要求:
    Claims (12)
    [1]
    Elektronische Schaltkreisanordnung mit einem Substrat,wobei das Substrat aufweist: • mindestens eine Metallisierungsebene,in welcher mindestens eine elektrische Leitbahn und/oder mindestensein Kontaktloch als elektrische Schmelzsicherung dimensioniert sind,und • elektrischeSchaltungskomponenten, angeordnet in einer Schaltungsebene, welchemittels der elektrischen Leitbahn und mittels mehrerer Kontaktlöchern miteinanderelektrisch gekoppelt sind.Electronic circuit arrangement with a substrate,wherein the substrate comprises:At least one metallization level,in which at least one electrical interconnect and / or at leasta contact hole are dimensioned as an electrical fuse,and• electricalCircuit components arranged in a circuit plane, whichby means of the electrical conductor track and by means of a plurality of contact holes with each otherare electrically coupled.
    [2]
    Elektronische Schaltkreisanordnung gemäß Anspruch1, bei welcher die elektrische Leitbahn und mindestens eines derKontaktlöcherin ein Low k-Material als Dielektrikum eingeschlossen sind.Electronic circuit arrangement according to claim1, in which the electrical interconnect and at least one ofviasare enclosed in a low k material as a dielectric.
    [3]
    Elektronische Schaltkreisanordnung gemäß Anspruch1 oder 2, welche eine Mehrzahl an elektrischen Kontakten aufweist.Electronic circuit arrangement according to claim1 or 2, which has a plurality of electrical contacts.
    [4]
    Elektronische Schaltkreisanordnung gemäß einemder Ansprüche1 bis 3, bei welcher die Leitbahn mit den Kontaktlöchern undmit den elektrischen Kontakten jeweils im Wesentlichen in einem rechtenWinkel zueinander ausgebildet ist.Electronic circuit arrangement according to athe claims1 to 3, in which the track with the contact holes andwith the electrical contacts each substantially in a right oneAngle is formed to each other.
    [5]
    Elektronische Schaltkreisanordnung gemäß einemder Ansprüche1 bis 4 mit einer Schmelzsicherungs-Ansteuerungs-Schaltung, welche mit mindestenseiner Leitbahn und/oder dem Kontaktloch gekoppelt ist zum Zuführen elektrischenStroms.Electronic circuit arrangement according to athe claims1 to 4 with a fuse drive circuit connected to at leasta conductive track and / or the contact hole is coupled for supplying electricalCurrent.
    [6]
    Elektronische Schaltkreisanordnung gemäß einemder Ansprüche1 bis 5 mit einem Transistor zum Bereitstellen eines elektrischenStroms zur Schmelzsicherungs-Ansteuerungs-Schaltung, wobei der elektrischeStrom eine Erhöhungdes elektrischen Widerstands in der elektrischen Schmelzsicherungbewirkt.Electronic circuit arrangement according to athe claims1 to 5 with a transistor for providing an electricalStrom for fuse control circuit, wherein the electricalElectricity an increaseof the electrical resistance in the electrical fusecauses.
    [7]
    Elektronische Schaltkreisanordnung gemäß einemder Ansprüche1 bis 6, welche mehrere Transistoren aufweist.Electronic circuit arrangement according to athe claims1 to 6, which has a plurality of transistors.
    [8]
    Elektronische Schaltkreisanordnung gemäß Anspruch7, bei welcher eine Decoder-Schaltung zum Ansteuern des Transistorsvorgesehen ist.Electronic circuit arrangement according to claim7, in which a decoder circuit for driving the transistoris provided.
    [9]
    Elektronische Schaltkreisanordnung gemäß einemder Ansprüche6 bis 8 mit einer Metallisierungsebene, in welcher die elektrischeLeitbahn als Schmelzsicherung dimensioniert ist und mittels elektrischenKontakten an die Schmelzsicherungs-Ansteuerungs-Schaltung und anden Transistor gekoppelt ist.Electronic circuit arrangement according to athe claims6 to 8 with a metallization, in which the electricalConductor is dimensioned as a fuse and by means of electricalContacts to the fuse driver circuit and onthe transistor is coupled.
    [10]
    Elektronische Schaltkreisanordnung gemäß einemder Ansprüche1 bis 9, welche ein Substrat mit einer Vielzahl übereinanderliegender Metallisierungsebenenaufweist.Electronic circuit arrangement according to one of claims 1 to 9, comprising a substrate with has a plurality of superimposed metallization levels.
    [11]
    Elektronische Schaltkreisanordnung gemäß Anspruch10 mit einer Vielzahl an übereinanderliegenderMetallisierungsebenen, wobei die elektrische Schmelzsicherung ineiner Metallisierungsebene ausgebildet ist mit einer prozesstechnischmaximal erzielbaren Auflösung.Electronic circuit arrangement according to claim10 with a variety of superimposedMetallisierungsebenen, wherein the electrical fuse ina metallization is formed with a process technologymaximum achievable resolution.
    [12]
    Elektronische Schaltkreisanordnung gemäß einemder Ansprüche1 bis 12, bei welcher die elektrischen Leitbahnen als Schmelzsicherungin Mäander-Formausgebildet sind und mittels Kontaktlöchern aneinander gekoppeltsind.Electronic circuit arrangement according to athe claims1 to 12, in which the electrical interconnects as a fusein meandering formare formed and coupled to each other by means of contact holesare.
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