JP2013149856A - 電気ヒューズ - Google Patents
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Abstract
【課題】グローバック現象の発生を抑制すること。
【解決手段】半導体装置１０の絶縁体２１上面には導電体２２が形成されている。導電体２２は、所定の方向（第１の方向）に沿って延びる配線部２２ａと、配線部２２ａの両端に形成され、配線部２２ａの幅よりも広く形成された端子部２２ｂ，２２ｃを有している。配線部２２ａの上方には、配線部２２ａの一部を覆うカバー膜２５が形成されている。カバー膜２５は、高い引っ張り応力を持つ。
【選択図】図１
【解決手段】半導体装置１０の絶縁体２１上面には導電体２２が形成されている。導電体２２は、所定の方向（第１の方向）に沿って延びる配線部２２ａと、配線部２２ａの両端に形成され、配線部２２ａの幅よりも広く形成された端子部２２ｂ，２２ｃを有している。配線部２２ａの上方には、配線部２２ａの一部を覆うカバー膜２５が形成されている。カバー膜２５は、高い引っ張り応力を持つ。
【選択図】図１
Description
電気的に切断される電気ヒューズに関する。
従来、半導体装置は、冗長回路などの設定や、抵抗値などの調整のために、電気ヒューズを含むヒューズ回路を備えている（例えば、特許文献１参照）。電気ヒューズは、供給される過電流によって溶断する。ヒューズ回路は、電気ヒューズの状態（非切断又は抵抗値が低い導通状態，断線又は抵抗値が高い非導通状態）に応じた信号を生成する。
ところで、電気ヒューズは、溶断箇所の絶縁距離、即ち溶断した導体間距離を十分に確保することが難しい。このことは、エレクトロマイグレーション等により、時間経過によって電気ヒューズの２つの端子間の抵抗値が徐々に減少し、切断箇所が導通状態に変化する、所謂グローバック現象の発生を招く。
本発明の一観点によれば、絶縁体の上面に形成され、配線部と、前記配線部を挟むように前記配線部の両端に配置され、前記配線部の前記両端を結んだ方向に沿った第１の方向と直交する第２の方向における前記配線部の幅よりも大きな幅を有する第１及び第２の端子部と、を含む導電体と、前記第１の端子部と前記第２の端子部とに挟まれた領域の上方において開口部を有し、前記配線部の少なくとも一部の上方に形成された引っ張り応力を有する保護膜と、を有する。
本発明の一観点によれば、グローバック現象の発生を抑制することができる。
以下、一実施形態を添付図面に従って説明する。尚、添付図面は、構造の概略を説明するためのものであり、実際の大きさを表していない。
図１（ａ）に示すように、半導体装置１０には、電気ヒューズ１１が形成されている。電気ヒューズ１１は、概略的に、導電体２２と、導電体２２の上方に形成されたカバー膜２５を含む。導電体２２は、例えば、多結晶シリコン（ポリシリコン:polycrystalline silicon）膜等である。カバー膜２５は、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ，Ｓｉ3Ｎ4）等である。
図１（ａ）に示すように、半導体装置１０には、電気ヒューズ１１が形成されている。電気ヒューズ１１は、概略的に、導電体２２と、導電体２２の上方に形成されたカバー膜２５を含む。導電体２２は、例えば、多結晶シリコン（ポリシリコン:polycrystalline silicon）膜等である。カバー膜２５は、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ，Ｓｉ3Ｎ4）等である。
図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線概略断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線概略断面図を示す。図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、半導体装置１０は絶縁体２１を有している。この絶縁体２１は、例えば、配線層間に形成された層間絶縁膜、ＬＯＣＯＳ（local oxidation of silicon）やＳＴＩ（shallow trench isolation）である。絶縁体２１の上面には導電体２２が形成されている。
図１（ａ）に示すように、導電体２２は、所定の方向（図１（ａ）において左右方向）に沿って延びる平面視長方形状に形成された配線部２２ａと、配線部２２ａの両端にそれぞれ形成された平面視矩形状の第１の端子部２２ｂと第２の端子部２２ｃを有している。第１の端子部２２ｂと第２の端子部２２ｃは、配線部２２ａの幅よりも大きく形成されている。このような配線部２２ａ及び端子部２２ｂ，２２ｃは、導電体２２に供給される切断のための電圧により、配線部２２ａに発熱が集中するように形成されている。
端子部２２ｂ、２２ｃには、それぞれ複数のプラグが接続される。これらのプラグは、例えばタングステン（Ｗ）である。端子部２２ｂ，２２ｃは、それぞれプラグを介して後述する層間絶縁膜２７上に形成された配線と接続される。
図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、導電体２２の上面及び側面は、絶縁膜２３により覆われている。絶縁膜２３は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）等である。
絶縁膜２３上には、絶縁膜２４が形成されている。この絶縁膜２４は、絶縁体２１の上面を覆うように形成されている。絶縁膜２４は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）等である。
絶縁膜２３上には、絶縁膜２４が形成されている。この絶縁膜２４は、絶縁体２１の上面を覆うように形成されている。絶縁膜２４は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）等である。
絶縁膜２４上には、カバー膜２５が形成されている。このカバー膜２５は、上記配線部２２ａの上方に形成されている。本実施形態において、カバー膜２５は、配線部２２ａの一部を覆うように形成されている。図１（ａ）に示すように、カバー膜２５は、配線部２２ａの中央部分を覆うように形成されている。カバー膜２５は、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ，Ｓｉ3Ｎ4）である。シリコン窒化膜は、シリコン酸化膜と比較すると、引っ張り応力が高い特性を持つ。そして、カバー膜２５による応力は、配線部２２ａに対して、絶縁体２１に向って働く。つまり、カバー膜２５による応力は、配線部２２ａを絶縁体２１に向って押圧する力（押圧力）として作用する。
図１（ｂ）に示すように、端子部２２ｂ、２２ｃの上方には、保護膜２６が形成されている。保護膜２６は、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ，Ｓｉ3Ｎ4）等である。図１（ｄ）に示すように、保護膜２６は、開口２６ａを有している。開口２６ａは、開口部の一例である。この開口２６ａは、配線部２２ａを含む矩形領域に対応する大きさに形成されている。例えば、開口２６ａは、上記の配線部２２ａと、その配線部２２ａの側方部分（配線部２２ａが延びる方向に沿って左右両側部分）を覆わないように形成されている。
なお、図１（ｄ）において、導電体２２とカバー膜２５及び保護膜２６の関係を判りやすくするため、導電体２２を一点鎖線で示している。また、配線部２２ａとカバー膜２５及び保護膜２６との関係を示すために、それぞれの端部を互いにずらして示している。
保護膜２６上には層間絶縁膜２７が形成されている。この層間絶縁膜２７は、上記のカバー膜２５等を覆うように形成されている。層間絶縁膜２７の上面は、図示しない上層の配線を形成するために、例えば化学機械的研磨（ＣＭＰ:Chemical Mechanical Polishing）法により平坦化されている。
上記のように形成された電気ヒューズ１１は、例えば、図２に示すヒューズ回路３０に用いられる。
ヒューズ回路３０は、電気ヒューズ１１、バッファ回路３１、プリドライバ３２、切断用ドライバ３３を有している。
ヒューズ回路３０は、電気ヒューズ１１、バッファ回路３１、プリドライバ３２、切断用ドライバ３３を有している。
電気ヒューズ１１の第１端子は、端子３４と接続されている。端子３４には、通常動作時（半導体装置１０を通常に使用するとき）に駆動電圧が供給され、電気ヒューズ１１のプログラム時（切断時）に切断のための電圧が供給される。電気ヒューズ１１の第２端子は切断用ドライバ３３に接続されている。切断用ドライバ３３は、例えばＮチャネルＭＯＳトランジスタである。切断用ドライバの第１端子（ソース端子）はグランドＧＮＤ電位の配線に接続される。切断用ドライバ３３の第２端子（ドレイン端子）は電気ヒューズ１１の第２端子に接続される。切断用ドライバ３３の制御端子（ゲート端子）には、バッファ回路３１及びプリドライバ３２によって、プログラム信号Ｓｐに応じた信号が供給される。バッファ回路３１及びプリドライバ３２は、例えばＰチャネルＭＯＳトランジスタとＮチャネルＭＯＳトランジスタよりなるインバータ回路である。
切断用ドライバ３３は、Ｈレベルのプログラム信号Ｓｐに応答してオンし、Ｌレベルのプログラム信号Ｓｐに応答してオフする。
電気ヒューズ１１の第２端子は論理回路（図２においてＮＡＮＤゲート）４１の１つの入力端子に接続されている。ＮＡＮＤゲート４１の他の１つの入力端子には信号Ｓ１が供給される。ＮＡＮＤゲート４１は、信号Ｓｆ，Ｓ１に応じた信号Ｓ２を出力する。
電気ヒューズ１１の第２端子は論理回路（図２においてＮＡＮＤゲート）４１の１つの入力端子に接続されている。ＮＡＮＤゲート４１の他の１つの入力端子には信号Ｓ１が供給される。ＮＡＮＤゲート４１は、信号Ｓｆ，Ｓ１に応じた信号Ｓ２を出力する。
電気ヒューズ１１が非切断状態にあるとき、電気ヒューズ１１の２つの端子間の抵抗値は、図１に示す配線部２２ａの抵抗値に対応する値となる。すると、ＮＡＮＤゲート４１には、駆動電圧に応じたＨレベルの信号Ｓｆが供給される。このとき、ＮＡＮＤゲート４１は、Ｈレベルの信号Ｓｆに応答して、信号Ｓ１を論理反転したレベルの信号Ｓ２を出力する。
電気ヒューズ１１が切断状態にあるとき、電気ヒューズ１１の２つの端子間の抵抗値は、電気ヒューズ１１の溶断によって高い値となる。すると、ＮＡＮＤゲート４１には、グランドＧＮＤレベル（Ｌレベル）の信号Ｓｆが供給される。このとき、ＮＡＮＤゲート４１は、Ｌレベルの信号Ｓｆに応答して、Ｈレベルの信号Ｓ２を出力する。
次に、電気ヒューズ１１の作用を説明する。
図２に示すヒューズ回路３０において、端子３４に切断電圧Ｖｐｒｏｇを供給し、Ｈレベルのプログラム信号Ｓｐを供給する。切断用ドライバ３３は、Ｈレベルのプログラム信号Ｓｐに基づいてオンする。すると、端子３４から電気ヒューズ１１と切断用ドライバ３３を介して切断のための電流が流れる。
図２に示すヒューズ回路３０において、端子３４に切断電圧Ｖｐｒｏｇを供給し、Ｈレベルのプログラム信号Ｓｐを供給する。切断用ドライバ３３は、Ｈレベルのプログラム信号Ｓｐに基づいてオンする。すると、端子３４から電気ヒューズ１１と切断用ドライバ３３を介して切断のための電流が流れる。
図３（ａ）は、本実施形態の電気ヒューズ１１の作用を示す断面図、図３（ｂ）は比較例の電気ヒューズにおける作用を示す断面図である。なお、説明の都合上、比較例の電気ヒューズについて、本実施形態の電気ヒューズ１１と同じ符号を付している。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す配線部２２ａは、この電流により発熱し、溶融する。このとき、図３（ｂ）に示すように、絶縁体２１上に形成された配線部２２ａは、カバー膜が形成されていないため、上方に向って膨張する。
これに対し、図３（ａ）に示すように、配線部２２ａの上方に形成されたカバー膜２５は、溶融した配線部２２ａの膨張を抑圧する。これにより、溶融した配線部２２ａは、カバー膜２５が形成されていない方向（図３（ａ）では斜め上方）に向って膨張する。また、図１（ａ）において、溶融した配線部２２ａは、カバー膜２５が形成されていない方向、即ち、図３（ａ）に示すのと同様の斜め上方及び絶縁体２１の上面に沿って膨張する。これにより、配線部２２ａは、切断される。そして、溶融した配線部２２ａは、カバー膜２５が形成されていない場合と比べ、切断したい箇所から離れる方向へ広い範囲に移動する。このため、配線部２２ａが結晶化したとき、切断部の端部間や、断片化した導体間の間隔は、カバー膜２５が形成されていない場合と比べ、広くなる。このため、切断部の端部間や導体間におけるグローバック現象は発生し難い。
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、横軸が経過時間、縦軸が電圧（例えば、図２に示す回路における出力信号Ｓｆの電圧）であり、それぞれ、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す電気ヒューズにおける特性の経時変動を示している。本実施形態である図３（ａ）の電気ヒューズ１１における抵抗値に基づく電圧の経時変動は、図４（ａ）に示すように、ほとんど見られなかった。これに対し、図３（ｂ）に示した比較例の電気ヒューズの抵抗値に基づく電圧は、図４（ｂ）に示すように、経時変動を示す。なお、切断方法（切断のための印加電圧，印加時間など）は、本実施形態の電気ヒューズ１１と、比較例の電気ヒューズにおいて同じである。
なお、図３（ｂ）に示した比較例の電気ヒューズにおいて、印加電圧を加えても切断されない場合や、切断不良が発生する場合がある。これは、上記したように、印加電圧によって溶融した配線部が、絶縁体より上方に向って膨張するため、結晶化において再度接続されてしまうためと考えられる。
これに対し、本実施形態の電気ヒューズ１１では、接続不良が発生し難い。本実施形態の電気ヒューズ１１は、溶融した配線部２２ａが比較例よりも切断したい箇所から離れる方向へ広範囲に膨張する。これにより、結晶化した際に、配線部２２ａが断片化するため、再接続し難いと考えられる。
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）半導体装置１０の絶縁体２１上面には導電体２２が形成されている。導電体２２は、所定の方向（第１の方向）に沿って延びる配線部２２ａと、配線部２２ａの両端に形成され、配線部２２ａの幅よりも広く形成された端子部２２ｂ，２２ｃを有している。配線部２２ａの上方には、配線部２２ａの一部を覆うカバー膜２５が形成されている。カバー膜２５は、高い引っ張り応力を持つ。
（１）半導体装置１０の絶縁体２１上面には導電体２２が形成されている。導電体２２は、所定の方向（第１の方向）に沿って延びる配線部２２ａと、配線部２２ａの両端に形成され、配線部２２ａの幅よりも広く形成された端子部２２ｂ，２２ｃを有している。配線部２２ａの上方には、配線部２２ａの一部を覆うカバー膜２５が形成されている。カバー膜２５は、高い引っ張り応力を持つ。
配線部２２ａの上方に形成されたカバー膜２５は、溶融した配線部２２ａの膨張を抑圧する。これにより、溶融した配線部２２ａは、カバー膜２５が形成されていない方向に向って膨張する。これにより、配線部２２ａは、切断される。そして、溶融した配線部２２ａは、カバー膜２５が形成されていない場合と比べ、切断したい箇所から離れる方向へ広い範囲に移動する。このため、配線部２２ａが結晶化したとき、切断部の端部間や、断片化した導体間の間隔は、カバー膜２５が形成されていない場合と比べ、広くなる。このように、カバー膜２５は、切断部の端部間や導体間におけるグローバック現象を抑制することができる。
尚、上記各実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・カバー膜の形状を適宜変更してもよい。
例えば、図５（ａ）に示すように、電気ヒューズ５１は、導電体２２とカバー膜５２を含む。カバー膜５２は、導電体２２の配線部２２ａ全体を覆うように形成されている。即ち、カバー膜５２は、配線部２２ａと略同一の大きさに形成されている。カバー膜５２は、保護膜２６と同じ材質（例えば、シリコン窒化膜）により形成され、カバー膜５２の両端部は、導電体２２の端子部２２ｂ，２２ｃを覆う保護膜２６と接続されている。ここでいうカバー膜５２が保護膜２６と接続されているとは、カバー膜５２と保護膜２６が同一層で、かつ、一つのパターンで形成されている（パターンが接触している）ことを意味している。
・カバー膜の形状を適宜変更してもよい。
例えば、図５（ａ）に示すように、電気ヒューズ５１は、導電体２２とカバー膜５２を含む。カバー膜５２は、導電体２２の配線部２２ａ全体を覆うように形成されている。即ち、カバー膜５２は、配線部２２ａと略同一の大きさに形成されている。カバー膜５２は、保護膜２６と同じ材質（例えば、シリコン窒化膜）により形成され、カバー膜５２の両端部は、導電体２２の端子部２２ｂ，２２ｃを覆う保護膜２６と接続されている。ここでいうカバー膜５２が保護膜２６と接続されているとは、カバー膜５２と保護膜２６が同一層で、かつ、一つのパターンで形成されている（パターンが接触している）ことを意味している。
カバー膜５２及び保護膜２６は、例えば、導電体２２全体を覆うように形成されたシリコン窒化膜に、配線部２２ａの側部上方に、配線部２２ａに沿って延びる矩形状の開口５３ａ，５３ｂを形成することにより得られる。開口５３ａ，５３ｂは、例えばエッチングにより形成される。
このカバー膜５２は、両端部が保護膜２６に接続されているため、配線部２２ａ全体を押圧する。従って、電気ヒューズ５１を切断する際に、溶融した配線部２２ａは、配線部２２ａが延びる方向と直交する方向、つまり開口５３ａ，５３ｂに向って移動する。これにより、配線部２２ａが確実に切断される。また、カバー膜５２が保護膜２６と接続されているため、カバー膜５２による押圧力は、端部が保護膜に接続されていないカバー膜による押圧力よりも高くなる。このことは、溶融した配線部２２ａの移動を促進し、配線部２２ａの切断を確実にする。
また、図５（ｂ）に示すように、電気ヒューズ６１は、導電体２２とカバー膜６２を含む。カバー膜６２は、導電体２２の配線部２２ａの一部を覆い、配線部２２ａが延びる方向と直交する方向に沿って延びるように形成されている。カバー膜６２は、保護膜２６と同じ材質（例えば、シリコン窒化膜）により形成され、カバー膜６２の両端部は、導電体２２の端子部２２ｂ，２２ｃを覆う保護膜２６と接続されている。
カバー膜６２及び保護膜２６は、例えば、導電体２２全体を覆うように形成されたシリコン窒化膜に、開口６３ａ，６３ｂを形成することにより得られる。開口６３ａ，６３ｂは、配線部２２ａの端部上方にあって、配線部２２ａと直交する方向に沿って延び、その長さが配線部２２ａの幅よりも大きな矩形状に形成されている。開口６３ａ，６３ｂは、例えばエッチングにより形成される。
このカバー膜６２は、両端部が保護膜２６に接続されているため、カバー膜６２による押圧力は、端部が保護膜に接続されていないカバー膜による押圧力よりも高くなる。このことは、溶融した配線部２２ａの移動を促進し、配線部２２ａの切断を確実にする。カバー膜６２は、配線部２２ａとの一部を覆い、配線部２２ａと直交する方向に沿って延びるように形成されている。従って、電気ヒューズ５１を切断する際に、溶融した配線部２２ａは、配線部２２ａの両端部に向って移動する。これにより、切断された端部間の距離が、カバー膜を形成しない場合と比べて大きくなり、配線部２２ａが確実に切断される。
なお、図５（ａ）（ｂ）において、図１（ｄ）と同様に、導電体２２とカバー膜５２，６２及び保護膜２６の関係を判りやすくするため、導電体２２を一点鎖線で示している。また、配線部２２ａとカバー膜５２，６２及び保護膜２６との関係を示すために、それぞれの端部を互いにずらして示している。
尚、図５（ａ）に示す開口５３ａ，５３ｂの大きさが互いに相異するようにカバー膜５２を形成してもよい。同様に、図５（ｂ）に示す開口６３ａ，６３ｂの大きさが互いに相異するようにカバー膜６２を形成してもよい。
図５（ａ）に示すカバー膜５２は、カバー膜５２の両端が保護膜２６と接続されているが、カバー膜５２の両端のうちの何れか一方のみを保護膜２６と接続するようにしてもよい。同様に、図５（ｂ）に示すカバー膜６２の両端のうちの何れか一方を保護膜２６と接続するようにしてもよい。
・上記各実施形態において、導電体２２の材質を適宜変更してもよい。例えば、導電体２２を金属薄膜抵抗としてもよい。金属薄膜抵抗に用いられる材質は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）である。
１１，５１，６１ 電気ヒューズ
２１ 絶縁体
２２ 導電体
２２ａ 配線部
２２ｂ、２２ｃ 端子部
２５，５２，６２ カバー膜
２６ 保護膜
２６ａ 開口
２１ 絶縁体
２２ 導電体
２２ａ 配線部
２２ｂ、２２ｃ 端子部
２５，５２，６２ カバー膜
２６ 保護膜
２６ａ 開口
Claims (10)
- 絶縁体の上面に形成され、配線部と、前記配線部を挟むように前記配線部の両端に配置され、前記配線部の前記両端を結んだ方向に沿った第１の方向と直交する第２の方向における前記配線部の幅よりも大きな幅を有する第１及び第２の端子部と、を含む導電体と、
前記第１の端子部と前記第２の端子部とに挟まれた領域の上方において開口部を有し、前記配線部の少なくとも一部の上方に形成された引っ張り応力を有する保護膜と、
を有する電気ヒューズ。 - 前記開口部は前記配線部の一部の上方にあり、前記第２の方向における前記開口部の長さが、前記配線部の前記幅よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の電気ヒューズ。
- 前記開口部は、前記挟まれた領域であって前記配線部の無い領域の上方にあることを特徴とする請求項１記載の電気ヒューズ。
- 前記保護膜はシリコン窒化膜である、ことを特徴とする請求項１〜３のうちの何れか一項に記載の電気ヒューズ。
- 絶縁体の上面に形成され、第１の方向に沿って延びる配線部と、前記配線部の両端に前記配線部よりも幅広く形成された第１及び第２の端子部を含む導電体と、
前記配線部の少なくとも一部の上方に形成され、引っ張り応力を有するカバー膜と、
を有する電気ヒューズ。 - 前記第１及び第２の端子部の上方に形成された保護膜を有し、
前記カバー膜は前記保護膜に接続されたこと、
を特徴とする請求項５記載の電気ヒューズ。 - 前記保護膜は、前記配線部を含む矩形領域に対応する開口を有し、
前記カバー膜は前記開口内に形成され、前記カバー膜の両端のうちの少なくとも一方の端部が前記保護膜と接続されたこと、
を特徴とする請求項６記載の電気ヒューズ。 - 前記カバー膜は、前記配線部と同じ形状に形成され、前記配線部の上面全体を覆うように形成され、前記カバー膜の両端部が前記保護膜と接続されたこと、
を特徴とする請求項６又は７記載の電気ヒューズ。 - 前記カバー膜は、前記配線部の一部を覆い、前記第１の方向と直交する方向に沿って延びるように形成され、前記カバー膜の両端部が前記保護膜と接続されたこと、
を特徴とする請求項６又は７記載の電気ヒューズ。 - 前記カバー膜はシリコン窒化膜である、ことを特徴とする請求項５〜９のうちの何れか一項に記載の電気ヒューズ。
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