JP2005191174A - Fuse, semiconductor device having the same and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体基板上に形成したヒューズ、及びこのヒューズを有する半導体装置、及びこのヒューズの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a fuse formed on a semiconductor substrate, a semiconductor device having the fuse, and a method for manufacturing the fuse.
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、半導体基板上に設けたヒューズ層からなるヒューズを複数設け、こ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。)。 Conventionally, in a semiconductor device having a programmable gate array structure, a semiconductor device capable of repairing a defect in a memory cell, or an analog device semiconductor device capable of adjusting characteristics, a fuse composed of a fuse layer provided on a semiconductor substrate Are provided, and programming, defect repair, or characteristic adjustment is performed by selectively cutting the fuse (see, for example, Patent Document 1).
このようなヒューズは、図2に示すように、半導体基板100の上面に絶縁膜200を形成し、この絶縁膜200の上面にポリシリコンからなるヒューズ層300を形成して、ヒューズ層300が所要の抵抗率を有するようにヒューズ層300に不純物注入を行った後、このヒューズ層300を所定形状にパターンニングして形成している。
As shown in FIG. 2, such a fuse has an
その後、ヒューズ層300の上面にはヒューズ層300を被覆する窒化珪素からなる被覆用絶縁膜400を設け、この被覆用絶縁膜400の所要の位置に所定間隔を隔てて第1電極用開口500と第2電極用開口600を設け、半導体基板100の上面にスパッタリング等によって金属膜を形成し、この金属膜を所定形状にパターンニングして第1電極700と第2電極800を形成している。
しかしながら、ヒューズ層に接続した第1電極と第2電極との間に高電流を通電してヒューズ層を溶断した場合には、均一に形成したヒューズ層において、一般的に第1電極と第2電極との中間部分よりも第1電極と第2電極とで高電位となっている方の電極寄りの位置において溶断が生じやすく、しかも溶断後の電位差の影響により、低電位となっている方の電極と接続しているヒューズ層の溶断端部が高電位となっている方の電極に引き寄せられ、ヒューズ層が捲れ上がるとともに溶断端部が高電位の電極と接触してショートを発生させることがあるという問題があった。 However, when the fuse layer is blown by passing a high current between the first electrode and the second electrode connected to the fuse layer, the first electrode and the second electrode are generally formed in the uniformly formed fuse layer. One where the first electrode and the second electrode have a higher potential than the middle part of the electrode, and fusing is likely to occur near the electrode, and the potential is lower due to the potential difference after the fusing. The fused end of the fuse layer connected to the other electrode is attracted to the electrode with the higher potential, and the fuse layer rises and the fused end contacts the higher potential electrode to cause a short circuit. There was a problem that there was.
そこで、第1電極と第2電極との配設間隔を大きくすることによりヒューズ層の溶断位置と電極との間に十分な間隔を設けることによって、溶断されたヒューズ層の端部が電極と接触することを解消するようにしているが、第1電極と第2電極との配設間隔を大きくした場合には、ヒューズ層の溶断により多くの電流と時間が必要となることによって作業効率が低下するという問題があるとともに、集積度の向上を阻害するという問題があった。 Therefore, the end of the blown fuse layer is in contact with the electrode by providing a sufficient gap between the fusing position of the fuse layer and the electrode by increasing the arrangement interval between the first electrode and the second electrode. However, when the arrangement interval between the first electrode and the second electrode is increased, the working efficiency is reduced because more current and time are required for fusing the fuse layer. There is a problem that the improvement of the integration degree is obstructed.
そこで、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第1の電極と第2の電極とを接続して構成したヒューズにおいて、第1の電極と第2の電極との間に部分的に抵抗値を高くした高抵抗領域を形成した。さらに、高抵抗領域は、第1の電極と第2の電極のうち、低電位側となる電極寄りに形成したことにも特徴を有するものである。 Therefore, in the fuse of the present invention, in the fuse configured by connecting the first electrode and the second electrode to the fuse layer provided on the semiconductor substrate, a part is provided between the first electrode and the second electrode. A high resistance region having a high resistance value was formed. Furthermore, the high resistance region is also characterized in that it is formed near the electrode on the low potential side of the first electrode and the second electrode.
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に第1の電極と第2の電極とを接続して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、第1の電極と第2の電極との間に部分的に抵抗値を高くした高抵抗領域を形成した。 In the semiconductor device of the present invention, in the semiconductor device having a fuse formed by connecting the first electrode and the second electrode to the fuse layer provided on the semiconductor substrate, the fuse layer includes the first electrode and A high resistance region having a partially increased resistance value was formed between the second electrode and the second electrode.
また、本発明のヒューズの製造方法では、半導体基板にヒューズ層を形成し、このヒューズ層と接続する第1の電極と第2の電極とを形成するヒューズの製造方法において、第1の電極の形成部と第2の電極の形成部との間のヒューズ層の一部にマスクを設けてヒューズ層に不純物を注入することにより、ヒューズ層に部分的に抵抗値を高くした高抵抗領域を形成することとした。さらに、第1の電極の形成部と第2の電極の形成部との間でマスクの配設位置を調整することにより、高抵抗領域の形成位置を調整することにも特徴を有し、第1の電極の形成部と第2の電極の形成部のうち、低電位となる電極の形成部寄りにマスクを設けることにも特徴を有するものである。 In the fuse manufacturing method of the present invention, a fuse layer is formed on a semiconductor substrate, and a first electrode and a second electrode connected to the fuse layer are formed. A mask is provided in a part of the fuse layer between the formation part and the formation part of the second electrode, and impurities are injected into the fuse layer, thereby forming a high resistance region having a partially increased resistance value in the fuse layer. It was decided to. Further, the present invention is characterized in that the formation position of the high resistance region is adjusted by adjusting the arrangement position of the mask between the formation portion of the first electrode and the formation portion of the second electrode. Of the first electrode formation portion and the second electrode formation portion, a mask is provided near the formation portion of the electrode having a low potential.
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第1の電極と第2の電極とを接続して構成したヒューズにおいて、第1の電極と第2の電極との間に部分的に抵抗値を高くした高抵抗領域を形成したことによって、高抵抗領域の形成位置によりヒューズ層の溶断位置を調整することができるので、第1の電極と第2の電極との間隔を広げることなくショートの発生を防止できる。 According to the first aspect of the present invention, in the fuse configured by connecting the first electrode and the second electrode to the fuse layer provided on the semiconductor substrate, the fuse is interposed between the first electrode and the second electrode. By forming the high resistance region having a partially increased resistance value, the fusing position of the fuse layer can be adjusted by the formation position of the high resistance region, so the distance between the first electrode and the second electrode can be adjusted. Short circuit can be prevented without spreading.
請求項2記載の発明によれば、第1の電極と第2の電極のうち、低電位側となる電極寄りに高抵抗領域を形成したことによって、第1の電極と第2の電極との間隔を狭めてもショートの発生を確実に防止できる。 According to the second aspect of the present invention, the high resistance region is formed near the electrode on the low potential side of the first electrode and the second electrode, so that the first electrode and the second electrode Even if the interval is narrowed, the occurrence of a short circuit can be reliably prevented.
請求項3記載の発明によれば、半導体基板に設けたヒューズ層に第1の電極と第2の電極とを接続して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、第1の電極と第2の電極との間に部分的に抵抗値を高くした高抵抗領域を形成したことによって、高抵抗領域の形成位置によりヒューズ層の溶断位置を調整することができるので、第1の電極と第2の電極との間隔を広げることなくショートの発生を防止できる。したがって、半導体装置におけるヒューズの形成領域を小さくすることができるので、半導体装置を小型化することができる。 According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device having the fuse formed by connecting the first electrode and the second electrode to the fuse layer provided on the semiconductor substrate, the fuse layer includes the first electrode. Since the high resistance region having a partially increased resistance value is formed between the first electrode and the second electrode, the fusing position of the fuse layer can be adjusted by the formation position of the high resistance region. The occurrence of a short circuit can be prevented without increasing the distance between the first electrode and the second electrode. Therefore, since the formation region of the fuse in the semiconductor device can be reduced, the semiconductor device can be reduced in size.
請求項4記載の発明によれば、半導体基板にヒューズ層を形成し、このヒューズ層と接続する第1の電極と第2の電極とを形成するヒューズの製造方法において、第1の電極の形成部と第2の電極の形成部との間のヒューズ層の一部にマスクを設けてヒューズ層に不純物を注入することにより、ヒューズ層に部分的に抵抗値を高くした高抵抗領域を形成することによって、高抵抗領域の形成位置によりヒューズ層の溶断位置を調整することができるので、第1の電極と第2の電極との間隔を広げることなくショートの発生を防止できる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a fuse, a fuse layer is formed on a semiconductor substrate, and a first electrode and a second electrode connected to the fuse layer are formed. A mask is provided in a part of the fuse layer between the part and the second electrode formation part, and an impurity is implanted into the fuse layer, thereby forming a high resistance region having a partially increased resistance value in the fuse layer. As a result, the fusing position of the fuse layer can be adjusted depending on the position where the high resistance region is formed, so that the occurrence of a short circuit can be prevented without increasing the distance between the first electrode and the second electrode.
請求項5記載の発明によれば、第1の電極の形成部と第2の電極の形成部との間でマスクの配設位置を調整することによって、高抵抗領域の形成位置を極めて容易にかつ確実に調整できる。 According to the fifth aspect of the present invention, the position where the high resistance region is formed can be very easily adjusted by adjusting the arrangement position of the mask between the first electrode forming portion and the second electrode forming portion. And it can be adjusted reliably.
請求項6記載の発明によれば、第1の電極の形成部と第2の電極の形成部のうち、低電位となる電極の形成部寄りにマスクを設けることによって、第1の電極と第2の電極との間隔を狭めてもショートの発生を確実に防止できる。 According to the sixth aspect of the present invention, the first electrode and the second electrode are formed by providing the mask near the formation portion of the first electrode formation portion and the formation portion of the second electrode that is at a low potential. The occurrence of a short circuit can be reliably prevented even when the distance between the two electrodes is narrowed.
本発明のヒューズ、及びこのヒューズを有する半導体装置、及びこのヒューズの製造方法では、半導体基板に設けたヒューズ層の一部に部分的に抵抗値を高くした高抵抗領域を形成しているものである。 In the fuse of the present invention, the semiconductor device having the fuse, and the method of manufacturing the fuse, a high resistance region having a partially increased resistance value is formed in a part of the fuse layer provided on the semiconductor substrate. is there.
このようにヒューズ層に高抵抗領域を設けることによって、高抵抗領域を挟むようにヒューズ層に接続して設けた第1の電極と第2の電極との間に高電流を通電した場合には、高抵抗領域が高発熱領域となって溶断が生じるので、高抵抗領域において確実にヒューズ層を溶断させることができる。 By providing a high resistance region in the fuse layer in this manner, when a high current is passed between the first electrode and the second electrode connected to the fuse layer so as to sandwich the high resistance region, Since the high resistance region becomes a high heat generation region and fusing occurs, the fuse layer can be surely blown in the high resistance region.
したがって、高抵抗領域の形成位置によりヒューズ層の溶断位置を調整することができるので、高抵抗領域の形成位置を調整することにより、第1の電極と第2の電極との間隔を広げることなくショートの発生を防止できる。 Therefore, since the fusing position of the fuse layer can be adjusted by the formation position of the high resistance region, adjusting the formation position of the high resistance region without increasing the interval between the first electrode and the second electrode. Short circuit can be prevented from occurring.
特に、高抵抗領域は、第1の電極と第2の電極のうち、溶断のための電流通電における低電位側の電極寄りに高抵抗領域を形成することによって、溶断後のヒューズ層における低電位側の電極と接続したヒューズ層の溶断端部が、高電位側の電極にまで達することを確実に防止でき、第1の電極と第2の電極との間隔を狭めてもショートの発生を確実に防止できる。 In particular, the high-resistance region is formed by forming a high-resistance region near the low-potential-side electrode in current conduction for fusing, between the first electrode and the second electrode, so that the low-potential in the fuse layer after fusing. The fusing end of the fuse layer connected to the side electrode can be reliably prevented from reaching the electrode on the high potential side, and even if the distance between the first electrode and the second electrode is narrowed, the occurrence of a short circuit is ensured Can be prevented.
また、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ておくことにより、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反応を防止することによって、溶断状態を確実に維持可能としてもよい。この場合、ヒューズ層にはシリコンを含有した層を用いるとともに、再結合防止層にはカーボンを含有した層を用いることにより、ヒューズ層を溶断した場合に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るので、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、溶断したヒューズ層の再結合を確実に防止できる。このような再結合防止層は、ヒューズ層の上面または下面、あるいは上下両面に積層することにより、ヒューズ層の再結合を確実に防止できる。 In addition, by installing a recombination prevention layer next to the fuse layer to prevent recombination of the blown fuse layer, when the fuse layer is blown, recombination of the fuse layer from which the recombination prevention layer has blown By preventing the reaction, the fusing state may be reliably maintained. In this case, a layer containing silicon is used for the fuse layer, and a layer containing carbon is used for the recombination prevention layer, so that when the fuse layer is blown, the reaction between the fuse layer and the recombination prevention layer occurs. Since stable silicon oxide (SiC) can be formed as a material, the blown state of the fuse layer can be reliably maintained by this silicon carbide, and recombination of the blown fuse layer can be reliably prevented. Such a recombination prevention layer can reliably prevent recombination of the fuse layer by being laminated on the upper surface or the lower surface of the fuse layer, or both upper and lower surfaces.
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の製造工程を示した断面模式図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing process of the fuse of this embodiment.
図1(a)に示すように、ヒューズは半導体基板10上に形成しており、この半導体基板10の上面には絶縁膜20を形成し、この絶縁膜20の上面にポリシリコン膜30を成膜して、このポリシリコン膜30に所要の不純物をイオン注入することによりポリシリコン膜30の電気伝導度、すなわち抵抗率を調整している。ここでのイオン注入によるポリシリコン膜30の抵抗率の調整を「一次抵抗率調整」と呼ぶことにする。
As shown in FIG. 1A, the fuse is formed on the
次いで、ポリシリコン膜30の上面にはレジストを塗布し、このレジストを所要のパターンにパターンニングして、図1(b)に示すように、ポリシリコン膜30の上面の所要の位置にのみレジストマスク40を形成し、再度、ポリシリコン膜30に所要の不純物をイオン注入することによりポリシリコン膜30の電気伝導度、すなわち抵抗率を調整している。ここでのイオン注入によるポリシリコン膜30の抵抗率の調整を「二次抵抗率調整」と呼ぶことにする。
Next, a resist is applied to the upper surface of the
この二次抵抗率調整において、ポリシリコン膜30のレジストマスク40で被覆された領域では不純物が注入されないことにより、二次抵抗率調整において不純物が注入された領域よりも抵抗率を高くすることができる。このように不純物の注入量を調整することにより抵抗率を部分的に高く調整した領域を、高抵抗領域31と呼ぶことにする。
In this secondary resistivity adjustment, the impurity is not implanted in the region covered with the
高抵抗領域31は、ヒューズを形成した場合において溶断のために高電位とする電極と低電位とする電極のうち、低電位とする電極に近接させる方が好ましいので、後述するようにヒューズ層30'に接続する第1電極51及び第2電極52を形成するための第1電極形成領域51'と第2電極形成領域52'のうち、本実施形態では、低電位側となる第1電極51が形成される第1電極形成領域51'の方に近接させてレジストマスク40を形成している。
Since it is preferable that the
高抵抗領域31の形成後、レジストマスク40を除去し、ポリシリコン膜30を所定形状にパターンニングすることにより、図1(c)に示すようにヒューズ層30'を形成している。
After the formation of the
次いで、半導体基板10の上面には窒化珪素膜等からなる被覆用絶縁膜60を成膜してヒューズ層30'を被覆している。
Next, a
被覆用絶縁膜60によるヒューズ層30'の被覆後、図1(d)に示すように、被覆用絶縁膜60の所要の位置には第1電極用開口71と第2電極用開口72をそれぞれ設け、その後、スパッタリング等によって半導体基板10の上面にアルミニウム膜等の金属膜を形成し、この金属膜を所定形状にパターンニングして、ヒューズ層30'に接続した第1電極51及び第2電極52を形成している。
After covering the fuse layer 30 'with the covering insulating
このように、ヒューズ層30'には高抵抗領域31を形成しておくことにより、ヒューズ層30'に溶断用の高電流を通電した場合には、高抵抗領域31において最も発熱することにより高抵抗領域31で確実に溶断を生じさせることができる。したがって、高抵抗領域31の形成位置を調整することによって、溶断後の溶断端部による高電位側の電極とのショートを防止できる。
In this way, by forming the
しかも、高抵抗領域31の形成位置は、レジストマスク40の形成位置によって調整できるので、極めて容易に所定位置に高抵抗領域31を形成できる。
In addition, since the formation position of the
特に、レジストマスク40を第1電極形成領域51'に近接させて設けることによって高抵抗領域31を第1電極51に近接させて形成することにより、本実施形態のようにヒューズ層30'の溶断時に第1電極51を第2電極52よりも低電位となる電極としている場合に、第1電極51と第2電極52との間隔を狭めても、高電位となる第2電極52と高抵抗領域31との間隔を比較的大きくすることができ、ヒューズ層30'の溶断端部と第2電極52とのショートを確実に防止できる。したがって、このようなヒューズ層30'からなるヒューズを設けた半導体装置の小型化を図ることができる。
In particular, the
本実施形態では、一次抵抗率調整においてポリシリコン膜30に注入する不純物の量を、ヒューズ層30'の高抵抗領域31以外の部分に注入される不純物の量の約半分程度となるようにし、その後、二次抵抗率調整において残りの量の不純物をレジストマスク40で被覆されていないポリシリコン膜30に注入するようにしているが、例えば、他の実施形態として、一次抵抗率調整において高抵抗領域31部分で所望のヒューズ抵抗値が得られる量の不純物をポリシリコン膜30に注入し、二次抵抗率調整において高抵抗領域31以外の領域の抵抗率を低減させるように不純物を注入するようにしてもよい。
In the present embodiment, the amount of impurities injected into the
このように一次抵抗率調整において高抵抗領域31部分で所望のヒューズ抵抗値が得られる量の不純物をポリシリコン膜30に注入しておくことにより、所望の抵抗値を有するヒューズを容易に形成することができる。
As described above, by implanting the
10 半導体基板
20 絶縁膜
30 ポリシリコン膜
30' ヒューズ層
31 高抵抗領域
40 レジストマスク
51 第1電極
51' 第1電極形成領域
52 第2電極
52' 第2電極形成領域
60 被覆用絶縁膜
71 第1電極用開口
72 第2電極用開口
10 Semiconductor substrate
20 Insulating film
30 Polysilicon film
30 'fuse layer
31 High resistance region
40 resist mask
51 First electrode
51 '1st electrode formation area
52 Second electrode
52 'Second electrode formation region
60 Insulation film for coating
71 First electrode opening
72 Second electrode opening
Claims (6)
前記第1の電極と前記第2の電極との間に部分的に抵抗値を高くした高抵抗領域を形成したことを特徴とするヒューズ。 In a fuse configured by connecting a first electrode and a second electrode to a fuse layer provided on a semiconductor substrate,
A fuse, wherein a high resistance region having a partially increased resistance value is formed between the first electrode and the second electrode.
前記ヒューズ層には、前記第1の電極と前記第2の電極との間に部分的に抵抗値を高くした高抵抗領域を形成したことを特徴とする半導体装置。 In a semiconductor device having a fuse configured by connecting a first electrode and a second electrode to a fuse layer provided on a semiconductor substrate,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a high resistance region having a partially increased resistance value is formed between the first electrode and the second electrode in the fuse layer.
前記第1の電極の形成部と前記第2の電極の形成部との間の前記ヒューズ層の一部にマスクを設けて前記ヒューズ層に不純物を注入することにより、前記ヒューズ層に部分的に抵抗値を高くした高抵抗領域を形成することを特徴とするヒューズの製造方法。 In a fuse manufacturing method for forming a fuse layer on a semiconductor substrate and forming a first electrode and a second electrode connected to the fuse layer,
A mask is provided in a part of the fuse layer between the first electrode formation portion and the second electrode formation portion, and an impurity is implanted into the fuse layer, thereby partially in the fuse layer. A method for manufacturing a fuse, comprising forming a high resistance region having a high resistance value.
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Cited By (1)
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US8604585B2 (en) | 2009-07-02 | 2013-12-10 | Hynix Semiconductor Inc. | Fuse of semiconductor device and method for fabricating the same |
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2003
- 2003-12-25 JP JP2003428941A patent/JP2005191174A/en active Pending
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