JP2005051020A

JP2005051020A - ヒューズ及び同ヒューズを有するトリミング回路及び同ヒューズを有する半導体装置

Info

Publication number: JP2005051020A
Application number: JP2003281028A
Authority: JP
Inventors: Takuji Arase; 卓司荒瀬
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】半導体基板に設けたヒューズ層で構成したヒューズにおいて、溶断したヒューズ層の再結合を防止可能としたヒューズ、及び同ヒューズを有するトリミング回路、並びに同ヒューズを有する半導体装置を提供する。
【解決手段】溶断したヒューズ層の再結合を防止する再結合防止層をヒューズ層に隣設する。特に、再結合防止層はヒューズ層に積層し、ヒューズ層の溶断時に溶融してヒューズ層と反応させる。さらに、ヒューズ層はシリコンを含有した層とするとともに、再結合防止層はカーボンを含有した層とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒューズ及び同ヒューズを有するトリミング回路及び同ヒューズを有する半導体装置に関するものである。

従来、プログラマブル・ゲートアレイ構造を有する半導体装置や、メモリセルの欠陥修復を可能としている半導体装置、あるいは特性調整を可能としているアナログデバイスの半導体装置では、複数のヒューズを有するトリミング回路を設けており、このトリミング回路のヒューズを選択的に切断することによりプログラミングや、欠陥修復、あるいは特性調整を行っている（例えば、特許文献１参照。）。

このようなトリミング回路のヒューズは、図４に示すように、半導体基板100の上面にポリシリコンで所定形状に形成したヒューズ層200を設けて形成している。

そして、ヒューズ層200上には所定間隔を設けて第１電極300と第２電極400とを設け、この第１電極300と第２電極400との間に高電流を通電することによりヒューズ層200を溶断している。図４中、500はヒューズ層200を絶縁被覆した窒化珪素膜であり、600は第１電極300及び第２電極400を含む所要配線を絶縁被覆したオーバーコート膜である。
特開平１０−３３５５９４号公報

しかしながら、高電流を通電してヒューズ層を溶断した場合には、溶断にともなって発生した逆起電力によって一旦は溶断されたヒューズ層が再度結合される場合があるという不具合があった。

本発明者は、このようなヒューズ層の再結合の発生を防止するように研究開発を行い、本発明を成すに至ったものである。

本発明のヒューズでは、半導体基板に設けたヒューズ層に、溶断したヒューズ層の再結合を防止する再結合防止層を隣設した。

さらに、再結合防止層はヒューズ層に積層し、ヒューズ層の溶断時に溶融してヒューズ層と反応することにも特徴を有し、ヒューズ層はシリコンを含有した層とするとともに、再結合防止層はカーボンを含有した層としたことにも特徴を有するものである。

また、本発明のトリミング回路では、半導体基板に設けたヒューズ層で構成したヒューズを有するトリミング回路において、ヒューズ層には、溶断したヒューズ層の再結合を防止する再結合防止層を隣設した。

また、本発明の半導体装置では、半導体基板に設けたヒューズ層で構成したヒューズを有する半導体装置において、ヒューズ層には、溶断したヒューズ層の再結合を防止する再結合防止層を隣設した。

請求項１記載の発明によれば、半導体基板に設けたヒューズ層に、溶断したヒューズ層の再結合を防止する再結合防止層を隣設したことによって、溶断したヒューズ層の再結合を再結合防止層で確実に防止することができる。

請求項２記載の発明によれば、再結合防止層をヒューズ層に積層して、ヒューズ層の溶断時に溶融してヒューズ層と反応するようにしたことによって、ヒューズ層の溶断時に溶融したヒューズ層と再結合防止層とから反応生成物が形成され、この反応生成物によってヒューズ層の溶断状態を確実に維持することができるので、溶断したヒューズ層の再結合を確実に防止することができる。

請求項３記載の発明によれば、ヒューズ層はシリコンを含有した層とするとともに、再結合防止層はカーボンを含有した層としたことによって、溶融したヒューズ層と再結合防止層との反応生成物として安定的な組成の反応生成物を生成することができる。したがって、溶断したヒューズ層の溶断状態を長期間にわたって安定的に維持することができる。しかも、ヒューズ層の溶断をレーザーを用いて行う場合には、カーボンを含有した再結合防止層ではレーザーの吸収率が向上することによって、短時間で確実に溶断することができる。

請求項４記載の発明によれば、半導体基板に設けたヒューズ層で構成したヒューズを有するトリミング回路において、ヒューズ層には、溶断したヒューズ層の再結合を防止する再結合防止層を隣設したことによって、請求項１記載の発明と同様に、溶断したヒューズ層の再結合を再結合防止層で確実に防止することができる。したがって、確実な調整作業を実施可能なトリミング回路を提供できる。

請求項５記載の発明によれば、半導体基板に設けたヒューズ層で構成したヒューズを有する半導体装置において、ヒューズ層には、溶断したヒューズ層の再結合を防止する再結合防止層を隣設したことによって、請求項１記載の発明と同様に、溶断したヒューズ層の再結合を再結合防止層で確実に防止することができる。したがって、確実に調整されて所要の機能を有するようにした半導体装置を提供できる。

本発明のヒューズ及び同ヒューズを有するトリミング回路及び同ヒューズを有する半導体装置では、半導体基板に設けたヒューズ層によってヒューズを構成しているものであり、特に、溶断したヒューズ層の再結合を防止する再結合防止層をヒューズ層に隣設しているものである。

したがって、ヒューズ層を溶断した場合には、再結合防止層が溶断したヒューズ層の再結合を防止することによって、溶断状態を確実に維持することができる。

特に、再結合防止層をヒューズ層に積層するとともに、ヒューズ層の溶断時には再結合防止層も溶融させて溶融したヒューズ層と反応させた場合には、溶融したヒューズ層と再結合防止層との反応生成物によって、ヒューズ層の溶断状態を確実に維持することができ、溶断したヒューズ層の再結合を確実に防止できる。

さらに、ヒューズ層をシリコンを含有した層とするとともに、再結合防止層をカーボンを含有した層とした場合には、溶融したヒューズ層と再結合防止層との反応生成物として安定的な酸化珪素（SiC)を形成することができ、この炭化珪素によってヒューズ層の溶断状態を確実に維持することができるので、溶断したヒューズ層の再結合を確実に防止できる。

以下において、図面に基づいて本発明の実施形態を詳説する。図１は、本実施形態のヒューズを設けたトリミング回路を有する半導体装置のヒューズ部分の縦断面模式図である。

ヒューズは、半導体基板１上に所定幅で所定厚みのヒューズ層２を所定長さで設けるとともに、このヒューズ層２に再結合防止層３を積層して構成している。

ヒューズ層２及び再結合防止層３は絶縁被覆用の窒化珪素膜４で被覆しており、さらに、ヒューズ層２には、同ヒューズ層２を図示しない電気配線と接続するための第１電極５と第２電極６とを所定間隔を隔てて接続している。図１中、７は第１電極５、第２電極６及び電気配線等を絶縁被覆しているオーバーコート膜である。

本実施形態では、ヒューズ層２は所要の比抵抗を有するポリシリコンで形成しており、再結合防止層３はカーボンを含有したポリイミドからなるカーボン含有層で形成している。

なお、再結合防止層３はポリイミドに限定するものではなく、ヒューズ層２の溶断の温度程度において溶融するものであって、絶縁性を確保できるものであればよい。また、再結合防止層３は、カーボンの代わりにタンタルオキサイド(TaO₂)を含有してもよい。ただし、再結合防止層３にカーボンを含有させた場合には、ヒューズの溶断をレーザーで行う場合にレーザーの吸収率を向上させることができるので、短時間で確実にヒューズ層２を溶断することができる。

ヒューズ層２及び再結合防止層３を形成する場合には、まず半導体基板１上に所定厚みのポリシリコン層を形成し、このポリシリコン膜の上面にカーボンを含有した所定厚みのポリイミド層を形成し、所要のレジストパターンを用いてポリイミド層及びポリシリコン層をパターンニングして形成している。その後、レジストパターンは除去し、半導体基板１上に窒化珪素膜４を成膜している。

窒化珪素膜４の成膜後、第１電極５及び第２電極６を設けるために、所要のレジストパターンによって第１電極５及び第２電極６の配設部分の窒化珪素膜４及び再結合防止層３をエッチングし、スパッタリング等でアルミニウム等の電極用金属被膜を形成し、この電極用金属被膜を所要のレジストパターンによってエッチングすることにより第１電極５及び第２電極６を形成している。その後、半導体基板１にはオーバーコート膜７を成膜して、第１電極５及び第２電極６等を絶縁被覆している。

このように形成したヒューズにおいて、第１電極５と第２電極６との間に高電流の溶断用電流を通電した場合には、通電にともなうヒューズ層２の溶融にともなって再結合防止層３が溶融し、ヒューズ層２のシリコンと再結合防止層３のカーボンとが反応して酸化珪素（SiC)を生成しながらヒューズ層２を溶断している。

ヒューズ層２の溶断部分に生成された酸化珪素は高融点であるために、このヒューズ層２からなるヒューズを有するトリミング回路及び半導体装置の使用条件下では変質することがないので、ヒューズ層２の溶断状態を安定的に維持することができる。なお、ヒューズ層２の溶断状態を安定的に維持できるのであれば、必ずしも溶融したヒューズ層２と再結合防止層３とが反応する必要はなく、再結合防止層３の単なる変質によってヒューズ層２の溶断状態を安定的に維持可能としてもよい。

ヒューズ層２の上部に炭素を含有した再結合防止層３を設けた場合には、第１電極５及び第２電極６のアルミニウムによるスパイク現象の発現を抑制することもできる。

さらに、上記したヒューズに溶断用電流を通電する溶断用回路には、図２に示すように、ヒューズ10の溶断にともなって発生する逆起電力を、ヒューズ10を迂回させて通電させる帰還回路11を設けている。

すなわち、溶断用回路は、溶断用電流を供給するための電源を接続する電源接続端子12と、この電源接続端子12とアースとを接続する配線間に第１調整抵抗13と、ヒューズ10と、切替スイッチ14と、第２調整抵抗15とを直列に接続して構成しており、ヒューズ10と並列するように帰還回路11を接続して、この帰還回路11にダイオード16と第３調整抵抗17とを設けることにより、ヒューズ10の溶断にともなって生起された誘導起電力の電流を帰還回路11に迂回させるようにしている。

したがって、この帰還回路11によっても溶断されたヒューズ層２の溶断部分に大きな電流が通電されることを防止でき、溶断部分の再結合を防止できる。

上記した実施形態では、ヒューズ層２の上部に再結合防止層３を設けているが、図３に示すように、再結合防止層3'はヒューズ層２の下部に設けてもよく、ヒューズ層２の溶断にともなって溶融したヒューズ層２と再結合防止層3,3'とを反応させて反応生成物が生成できるのであれば、ヒューズ層２に積層して再結合防止層3,3'を設けるだけでなく、ヒューズ層２の横方向に並べて再結合防止層3,3'を設けてもよい。

また、再結合防止層3,3'は、ヒューズ層２の上層と下層とにそれぞれ設けて、ヒューズ層２を再結合防止層3,3'で挟むように構成してもよい。

本発明にかかるヒューズの縦断面模式図である。同ヒューズに接続した逆起電力用バイパス回路の説明図である。変容例のヒューズの縦断面模式図である。従来のヒューズの縦断面模式図である。

符号の説明

１半導体基板
２ヒューズ層
３再結合防止層
４窒化珪素膜
５第１電極
６第２電極
７オーバーコート膜

Claims

半導体基板に設けたヒューズ層に、溶断したヒューズ層の再結合を防止する再結合防止層を隣設したヒューズ。
前記再結合防止層は前記ヒューズ層に積層し、前記ヒューズ層の溶断時に溶融して前記ヒューズ層と反応することを特徴とする請求項１記載のヒューズ。
前記ヒューズ層はシリコンを含有した層とするとともに、前記再結合防止層はカーボンを含有した層としたことを特徴とする請求項２記載のヒューズ。
半導体基板に設けたヒューズ層で構成したヒューズを有するトリミング回路において、
前記ヒューズ層には、溶断したヒューズ層の再結合を防止する再結合防止層を隣設したことを特徴とするトリミング回路。
半導体基板に設けたヒューズ層で構成したヒューズを有する半導体装置において、
前記ヒューズ層には、溶断したヒューズ層の再結合を防止する再結合防止層を隣設したことを特徴とする半導体装置。