JP2012039046A - Semiconductor device, method of manufacturing the same and programming method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヴィア切断型電気ヒューズで論理回路が形成されている半導体装置、その製造方法およびプログラミング方法、に関する。 The present invention relates to a semiconductor device in which a logic circuit is formed by a via-cutting electric fuse, a manufacturing method thereof, and a programming method thereof.
近年の半導体回路の微細化の進展により、半導体装置に搭載されるSRAM(Static Random Access Memory)規模が飛躍的に増大し、歩留り向上のためにSRAMに冗長回路を設けて不良発生時に冗長セルに置き換えることにより歩留り向上を図る必要性が上がっている。 Due to the recent progress in miniaturization of semiconductor circuits, the size of SRAM (Static Random Access Memory) mounted on semiconductor devices has increased dramatically, and redundant circuits have been provided in SRAMs to improve yields so that redundant cells can be used when defects occur. The need to improve yield by replacing it is increasing.
また大規模メモリとしてエンべデットDRAM(Dynamic Random Access Memory)の搭載や、トレーサビリティ確保のために、チップID(Identity)を搭載する必要性が高まっている。このようなメモリの冗長回路の切り替えやチップIDの論理素子としてヴィア切断型電気ヒューズがある(特許文献1)。 In addition, there is a growing need for mounting an embedded DRAM (Dynamic Random Access Memory) as a large-scale memory and mounting a chip ID (Identity) for ensuring traceability. There is a via-cutting type electric fuse as a logic element for switching a redundant circuit of such a memory or a chip ID (Patent Document 1).
しかし、ヴィア切断型電気ヒューズを用いた場合、切断不良や切断不十分が生じると、歩留り低下を起こす。従って、切断するヒューズ素子を最低限にする必要がある。 However, when a via-cutting type electric fuse is used, if a defective cutting or insufficient cutting occurs, the yield decreases. Therefore, it is necessary to minimize the fuse elements to be cut.
また、ヴィア切断型電気ヒューズは電流による発熱によりヒューズヴィアを切断するので、必然的に切断に時間がかかることになり、切断するヒューズ素子を最低限にする必要がある。 Further, since the via-cutting type electric fuse cuts the fuse via by heat generation due to electric current, it necessarily takes time to cut, and it is necessary to minimize the fuse element to be cut.
図6にヴィア切断型電気ヒューズを備えた半導体装置の回路図を示す。図2に未切断のヴィア切断型電気ヒューズ3の断面図を、図3に正常に切断されたヴィア切断型電気ヒューズ4の断面図を示す。図9にヒューズ素子のプログラミング方法および読み出し方法のフローチャートを示す。
FIG. 6 shows a circuit diagram of a semiconductor device provided with a via-cutting electric fuse. FIG. 2 shows a cross-sectional view of an uncut via-cut type
論理判定回路および切断回路1は、選択回路2で装置固有論理回路6とチップ個別論理回路7との複数のヴィア切断型電気ヒューズ3に接離自在に接続されている。
The logic determination circuit and the
切断回路1が必要により選択的に選択回路2で接続されたヴィア切断型電気ヒューズ3のヒューズヴィアを切断することで、装置固有論理回路6とチップ個別論理回路7とがプログラミングされる。
The device-specific logic circuit 6 and the chip
ヒューズ素子の論理はヴィアが切断されて読み出し時の電圧印加の際の電流が閾値以下となる場合を反転論理(0)、未切断で読み出し時の電圧印加の際の電流が閾値以上となる場合を正論理(1)と定義する。 The logic of the fuse element is inverted logic (0) when the via is cut and the current when the voltage is applied during reading is less than the threshold, and when the current when the voltage is applied during reading is not more than the threshold Is defined as positive logic (1).
図9のフローチャートに示すプログラミング方法を用いた場合、特定の半導体装置固有で論理値が決まるような装置固有論理回路6も反転論理(0)箇所はヴィア切断型電気ヒューズ3を切断する必要がある。
When the programming method shown in the flowchart of FIG. 9 is used, the device-specific logic circuit 6 whose logic value is determined by a specific semiconductor device also needs to cut the via-cut type
そのため、図7に示すようなヴィア切断不良残り部17が生じた場合、上層配線11と下層配線12が繋がったままになり、読み出し時に電流が閾値以上に流れて判定不良を起こし歩留り低下が生じるという課題がある。
Therefore, when the via cutting
また、図8に示すようなヴィア切断不十分部18が生じた場合、半導体装置の組み立て時や基盤への取り付け時のリフロー熱によりヴィア切断不十分部18が下層配線12と再癒着することにより図7の状態となり、同じく読み出し時に電流が閾値以上に流れて判定不良を起こし歩留り低下が生じるという課題がある。
Further, when the via cutting
本発明の半導体装置は、ヴィア切断型電気ヒューズのヒューズヴィアの切断の有無で論理回路がプログラミングされる半導体装置であって、切断の要否が未定の部分にはヒューズヴィアを有するヴィア切断型電気ヒューズが形成されており、切断の必要が確定している部分にはヒューズヴィアが省略されたヴィア切断型電気ヒューズが形成されている。 A semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device in which a logic circuit is programmed depending on whether or not a via-via type electric fuse is cut, and a via-cut type electric device having a fuse via in an undecided portion of whether or not to be cut is determined. A via-cutting type electric fuse in which a fuse via is omitted is formed in a portion where a fuse is formed and the necessity of cutting is determined.
本発明の半導体装置では、ヒューズヴィアの切断の要否が未定の部分にはヴィア切断型電気ヒューズが形成されている。このため、必要によりヒューズヴィアを電熱で切断してプログラミングすることができる。切断の必要が確定している部分にはヒューズヴィアが省略されたヴィア切断型電気ヒューズが形成されている。このため、プログラミングするときにヒューズヴィアを切断するために通電する必要がない。 In the semiconductor device of the present invention, a via-cut type electric fuse is formed in a portion where it is not yet determined whether or not to cut the fuse via. For this reason, if necessary, the fuse via can be cut by electric heating and programmed. A via-cutting type electric fuse in which the fuse via is omitted is formed in a portion where the necessity of cutting is determined. For this reason, it is not necessary to energize to cut the fuse via when programming.
本発明の半導体装置の製造方法は、ヴィア切断型電気ヒューズのヒューズヴィアの切断の有無で論理回路がプログラミングされる半導体装置の製造方法であって、製造段階で切断の要否が未定の部分にはヒューズヴィアを有するヴィア切断型電気ヒューズを形成し、製造段階で切断の必要が確定している部分にはヒューズヴィアが省略されたヴィア切断型電気ヒューズを形成する。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device in which a logic circuit is programmed depending on whether or not a via via of a via-cut type electric fuse is cut. Forms a via-cutting type electric fuse having a fuse via, and forms a via-cutting type electric fuse in which the fuse via is omitted in a portion where the necessity of cutting is determined in the manufacturing stage.
本発明の半導体装置のプログラミング方法は、ヴィア切断型電気ヒューズのヒューズヴィアの切断の有無で論理回路がプログラミングされる半導体装置のプログラミング方法であって、製造段階では未定であった切断の必要が確定したヴィア切断型電気ヒューズは通電によりヒューズヴィアを切断し、製造段階から切断が確定していたヴィア切断型電気ヒューズには通電しない。 The programming method for a semiconductor device according to the present invention is a programming method for a semiconductor device in which a logic circuit is programmed depending on whether or not a via-via type electric fuse is blown. The via-cut type electric fuse cuts the fuse via by energization, and does not pass the via-cut type electric fuse that has been confirmed to be cut from the manufacturing stage.
本発明の半導体装置では、ヒューズヴィアの切断の要否が未定の部分にはヴィア切断型電気ヒューズが形成されている。このため、必要によりヒューズヴィアを電熱で切断してプログラミングすることができる。切断の必要が確定している部分にはヒューズヴィアが省略されたヴィア切断型電気ヒューズが形成されている。このため、プログラミングするときにヒューズヴィアを切断するために通電する必要がない。従って、プログラミングの通電を必要最小限とすることができ、ヒューズヴィアの切断不良による論理回路の歩留りの低下も改善することができる。 In the semiconductor device of the present invention, a via-cut type electric fuse is formed in a portion where it is not yet determined whether or not to cut the fuse via. For this reason, if necessary, the fuse via can be cut by electric heating and programmed. A via-cutting type electric fuse in which the fuse via is omitted is formed in a portion where the necessity of cutting is determined. For this reason, it is not necessary to energize to cut the fuse via when programming. Accordingly, it is possible to minimize the energization of programming, and it is possible to improve the decrease in the yield of the logic circuit due to defective cutting of the fuse via.
本発明の実施の一形態を図面を参照して以下に説明する。ただし、本実施の形態に関して前述した一従来例と同一の部分は、同一の名称および符号を使用して詳細な説明は省略する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the same parts as those of the conventional example described above with respect to the present embodiment are denoted by the same names and symbols, and detailed description thereof is omitted.
図1に本実施の形態のヴィア切断型電気ヒューズを備えた半導体装置の回路図を示す。図2に従来と共通のヴィア切断型電気ヒューズ3の断面図を示す。図3に従来と共通の切断されたヴィア切断型電気ヒューズ4の断面図を示す。図4に本実施の形態のヴィア切断型電気ヒューズ5(ヒューズヴィアなし)の断面図を示す。
FIG. 1 shows a circuit diagram of a semiconductor device provided with a via-cutting electric fuse of this embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional via-cut type
本実施の形態の半導体装置は、ヴィア切断型電気ヒューズ3のヒューズヴィア13の切断の有無で論理回路6,7がプログラミングされる。ただし、図1に示すように、本実施の形態の半導体装置では、切断の要否が未定の部分にはヒューズヴィア13を有するヴィア切断型電気ヒューズ3が形成されており、切断の必要が確定している部分にはヒューズヴィア13が省略されたヴィア切断型電気ヒューズ5が形成されている。
In the semiconductor device of the present embodiment, the
このような半導体装置の製造方法としては、製造段階で切断の要否が未定の部分にはヒューズヴィア13を有するヴィア切断型電気ヒューズ3を形成し、製造段階で切断の必要が確定している部分にはヒューズヴィア13が省略されたヴィア切断型電気ヒューズ5を形成する。
As a manufacturing method of such a semiconductor device, a via-cutting type
このように製造された半導体装置のプログラミング方法としては、図5に示すように、製造段階では未定であった切断の必要が確定したヴィア切断型電気ヒューズ3は通電によりヒューズヴィア13を切断し、製造段階から切断が確定していたヴィア切断型電気ヒューズ5には通電しない。
As a programming method of the semiconductor device manufactured in this way, as shown in FIG. 5, the via-cutting
このように製造されてプログラミングされることで、図1に示すように、ヴィア切断型電気ヒューズ3,5で論理回路6,7がプログラミングされた半導体装置が形成される。
By being manufactured and programmed in this manner, as shown in FIG. 1, a semiconductor device in which the
より具体的には、本実施の形態の半導体装置では、ヴィア切断型電気ヒューズ3は、図2に示すように、厚さ0.22μmの上層配線11、厚さ0.2μmの下層配線12が絶縁膜14中に銅配線で形成されている。
More specifically, in the semiconductor device of the present embodiment, the via-cutting
これらの上下配線11,12間を接続する径0.09μmのヒューズヴィア13が設けられている。このヒューズヴィア13は、従来と同様に、図3に示すように、必要により電熱により選択的に切断される。
A fuse via 13 having a diameter of 0.09 μm is provided to connect the upper and
一方、ヴィア切断型電気ヒューズ(ヒューズヴィアなし)5は、図4に示すように、厚さ0.22μmの上層配線11、厚さ0.2μmの下層配線12が絶縁膜14中に銅配線で形成されている。
On the other hand, as shown in FIG. 4, the via-cutting type electric fuse (without fuse via) 5 includes an
しかし、図示するように、これらの上下配線11,12を接続するヒューズヴィア13は最初から形成されておらず、上下配線11,12は0.17μmの絶縁膜厚で物理的に分離されている。
However, as shown in the drawing, the fuse via 13 connecting the upper and
本実施の形態の半導体装置では、前述のように製造段階で切断の要否が未定の部分にはヴィア切断型電気ヒューズ3を形成しておき、切断の必要が確定している部分にはヴィア切断型電気ヒューズ5を形成しておく。
In the semiconductor device according to the present embodiment, as described above, a via-cutting
本発明では絶縁膜14を成膜した後、ダマシン法を用いて下層配線12を構成する溝を加工し、メッキにより溝を埋設してCMP法により下層配線12を形成する。その後、絶縁膜14を再度成長したのちデュアルダマシン法を用いて上層配線11の溝およびヴィア切断型電気ヒューズ3および4のヴィアを形成する。
In the present invention, after forming the insulating
その際、ヴィア切断型電気ヒューズ(ヒューズヴィアなし)5のヴィア部は予めフォトマスクパターンでヴィアを形成しないようにマスクを変更しておく、その後、メッキにより溝およびヴィアを埋設してCMP法により下層配線12およびヒューズ3のヴィア部にヴィア(ヒューズ部)13を形成する。
At that time, the via portion of the via-cut type electric fuse (no fuse via) 5 is changed in advance so that a via is not formed by a photomask pattern, and then grooves and vias are buried by plating, and CMP is performed. A via (fuse portion) 13 is formed in the via portion of the
図3に示されたヴィア切断型電気ヒューズ4の断面図と比較すると、従来では切断ヴィア15および空洞(ヒューズ部)16が存在するのに対してヴィアを製造時に予めフォトマスクで形成していないためヒューズヴィアなし(ヒューズ部)19は絶縁膜14で形成されている(図4を参照)。 Compared with the cross-sectional view of the via-cutting electric fuse 4 shown in FIG. 3, the via is not formed in advance by a photomask at the time of manufacture, whereas the cutting via 15 and the cavity (fuse portion) 16 exist in the prior art. Therefore, the fuse vialess (fuse portion) 19 is formed of the insulating film 14 (see FIG. 4).
この構成をとることにより、図5に示すプログラミング方法の通り、装置固有論理回路6の反転論理(0)は切断回路1を用いずに予め反転論理が決まっているため、装置固有部はプログラムを行う必要がない。
By adopting this configuration, the inversion logic (0) of the device-specific logic circuit 6 is determined in advance without using the
そのため装置固有論理回路6では従来例のような切断動作に伴うヴィア切断不良残り部17やヴィア切断不十分部18が生じることがない。そのため装置固有論理回路6の反転論理(0)の誤判定が発生することがなくなり歩留りが向上する効果が得られる。
Therefore, the device-specific logic circuit 6 does not have a via cutting
また、装置固有論理回路6の反転論理(0)箇所をプログラムをする必要がなくなるためプログラムにかかる時間が短縮できる効果が得られる。 In addition, since it is not necessary to program the inverted logic (0) portion of the device-specific logic circuit 6, it is possible to reduce the time required for programming.
本実施の形態の半導体装置では、装置固有部の反転論理部のヴィア切断型電気ヒューズ3,5はヒューズヴィア13の有無のみの違いであり、ヴィア切断型電気ヒューズ3,5の抵抗値により決まる電流値で決定する論理判定回路および切断回路1であるため、従来の素子と同一の論理判定回路および切断回路1を用いることができる。
In the semiconductor device according to the present embodiment, the via-cutting
しかも、ヒューズヴィア13の有無はヴィア形成工程のフォトマスクの変更のみで行えるため容易に変更が可能である。また同一の判定回路で判定できることにより別の判定回路が不要なため別の判定回路を設けることによるチップサイズの増大を防ぐことができ、読み出しも容易である。 In addition, the presence or absence of the fuse via 13 can be easily changed because it can be performed only by changing the photomask in the via formation process. Further, since the determination can be performed by the same determination circuit, the need for another determination circuit is unnecessary, so that an increase in chip size due to the provision of another determination circuit can be prevented, and reading is easy.
本実施の形態の半導体装置では、上述のようにヒューズヴィア13の切断の要否が未定の部分にはヴィア切断型電気ヒューズ3が形成されている。このため、必要によりヒューズヴィア13を電熱で切断してプログラミングすることができる。
In the semiconductor device of the present embodiment, as described above, the via-cutting
切断の必要が確定している部分にはヒューズヴィア13が省略されたヴィア切断型電気ヒューズ5が形成されている。このため、プログラミングするときにヒューズヴィア13を切断するために通電する必要がない。従って、プログラミングの通電を必要最小限とすることができ、ヒューズヴィア13の切断不良による論理回路6,7の歩留りの低下も改善することができる。
A via-cutting type
なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。また、上述した実施の形態では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。 The present invention is not limited to the present embodiment, and various modifications are allowed without departing from the scope of the present invention. In the above-described embodiment, the structure of each part has been specifically described. However, the structure and the like can be variously changed within a range that satisfies the present invention.
1 論理判定回路および切断回路
2 選択回路
3 ヴィア切断型電気ヒューズ
4 切断されたヴィア切断型電気ヒューズ
5 ヴィア切断型電気ヒューズ(ヒューズヴィアなし)
6 装置固有論理回路
7 チップ個別論理回路
11 上層配線
12 下層配線
13 ヒューズヴィア
14 絶縁膜
15 切断ヴィア
16 空洞(ヒューズ部)
17 ヴィア切断不良残り部
18 ヴィア切断不十分部
19 ヒューズ部(ヒューズヴィアなし)
DESCRIPTION OF
6 Device-
17 Via cutting
Claims (3)
切断の要否が未定の部分には前記ヒューズヴィアを有する前記ヴィア切断型電気ヒューズが形成されており、
切断の必要が確定している部分には前記ヒューズヴィアが省略された前記ヴィア切断型電気ヒューズが形成されている半導体装置。 A semiconductor device in which a logic circuit is programmed by whether or not a fuse via of a via cut type electric fuse is cut,
The via-cutting electric fuse having the fuse via is formed in a portion where the necessity of cutting is undecided,
A semiconductor device in which the via-cutting type electric fuse in which the fuse via is omitted is formed in a portion where the necessity of cutting is determined.
製造段階で切断の要否が未定の部分には前記ヒューズヴィアを有する前記ヴィア切断型電気ヒューズを形成し、
製造段階で切断の必要が確定している部分には前記ヒューズヴィアが省略された前記ヴィア切断型電気ヒューズを形成する半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device in which a logic circuit is programmed based on whether or not a fuse via of a via cut type electric fuse is cut,
Forming the via-cutting electric fuse having the fuse via in a portion where the necessity of cutting is undecided in the manufacturing stage,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the via-cut type electric fuse is formed by omitting the fuse via at a portion where the necessity of cutting is determined at a manufacturing stage.
製造段階では未定であった切断の必要が確定した前記ヴィア切断型電気ヒューズは通電により前記ヒューズヴィアを切断し、
製造段階から切断が確定していた前記ヴィア切断型電気ヒューズには通電しない半導体装置のプログラミング方法。 A method of programming a semiconductor device in which a logic circuit is programmed by whether or not a fuse via of a via cut type electric fuse is cut,
The via-cutting type electric fuse, which has been determined to be undecided at the manufacturing stage, cuts the fuse via by energization,
A method for programming a semiconductor device in which a current is not supplied to the via-cutting electric fuse that has been determined to be cut from the manufacturing stage.
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US9412694B2 (en) | 2013-05-17 | 2016-08-09 | Fuji Electric Co., Ltd. | Polysilicon fuse, manufacturing method thereof, and semiconductor device including polysilicon fuse |
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2010
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