JP5006604B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置に関し、とくにヒューズ素子を含む半導体装置に関する。
半導体装置の微細化・高集積化に伴う歩留まり低下を避けるため、半導体装置は、ヒューズ回路を用いて検査工程後に回路の修正や冗長回路の切り替えが可能なように設計される。一例として、ヒューズ素子は、ヒューズ素子上のヒューズ切断用開口部を通じてレーザー光を照射することにより溶融・蒸発させることにより切断される。ヒューズ切断用開口部では、ヒューズ素子の上部を覆う絶縁膜は他の部分よりも薄くなっている。また、ヒューズ素子が切断された部分では、溶融・蒸発時に絶縁膜が吹き飛ばされヒューズ素子が露出する。以上のように、ヒューズ素子の切断部では半導体装置表面と層間絶縁膜内のヒューズ素子との距離が近くなっているか、ヒューズ素子が表面に露出している。そのため、半導体装置の組立工程などで半導体装置表面が帯電した場合に、静電放電がヒューズ配線に向かって起こりやすく、ヒューズ素子そのものの破壊やヒューズ素子に接続された内部回路のゲート絶縁膜などの静電破壊に至るので信頼性を低下させる原因となる。
従来、半導体基板上に形成されたヒューズをイオンビームで切断する際、半導体装置に荷電粒子が照射され、半導体装置がチャージアップを起こし、絶縁膜が破壊されて半導体装置が故障してしまうという問題があった。特許文献1(特開平2−244740号公報)には、このような問題を解決するために、イオンビームによる被切断配線の近傍位置に少なくとも2つのpn接合を間隔をもって形成し、この2つのpn接合と、被切断配線とが電気的に接続された半導体装置が記載されている。
図7は、この半導体装置の構成を示す断面図である。被切断配線であるヒューズ配線3は、ヒューズ切断予定部2の両端でそれぞれコンタクト6aおよび6bを介してn型の不純物拡散層4に接続されている。不純物拡散層4はp型半導体基板9とともにpn接合を形成している。このような構成において、ヒューズ配線3のヒューズ切断予定部2に、層間絶縁膜8上からイオンビームが照射されてヒューズ配線3の電位が上昇すると、2つのpn接合が非破壊ブレークダウンを起こし、ヒューズ配線3に蓄積された電荷がp型半導体基板9に放電される。これにより、半導体装置のチャージアップを防ぐことができ、絶縁膜の破壊を防ぐことができる。
特許文献2(特開2006−73937号公報)には、第1導電型不純物が添加された半導体基板と、前記半導体基板表面に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成されたヒューズと、前記ヒューズと電気的に接続され、かつ第2導電型不純物が添加されて前記半導体基板表面に形成された第1拡散層と、基板電位に接続され、かつ第1導電型不純物が、前記半導体基板に添加された前記第1導電型不純物よりも高濃度に添加されて前記半導体基板表面に形成された第2拡散層であって、前記第1拡散層、前記半導体基板とともにダイオードを構成する前記第2拡散層と、前記第1拡散層に電気的に接続されたトランジスタとを備えることを特徴とする半導体装置が記載されている。これにより、半導体装置の冗長用ヒューズの切断面で発生するESDサージから内部回路のトランジスタを保護することができるとされている。
特許文献3(特開平1−81341号公報)および特許文献4(特開平2−033949号公報)には、ヒューズと内部電子回路等の素子とを接続する配線を2つに分断して、これらを拡散層を介して接続した構成の半導体装置が記載されている。これにより、ヒューズに接続された配線が浸水等により腐食しても、内部電子回路等の素子に接続された配線は腐食されないようにすることができる。特許文献5(特開平7−78872号公報)には、ヒューズである金属配線とノードとの間に、非金属で導電性を有する材料からなる連結手段を介在させ、この連結手段によって金属配線の腐食進行を阻止する技術が記載されている。
特開平2−244740号公報 特開2006−73937号公報 特開平1−81341号公報 特開平2−033949号公報 特開平7−78872号公報
しかし、従来、特許文献1や特許文献2に記載されたように、ESD(Electro-Static Discharge)サージから内部回路のトランジスタを保護するために保護素子を設けた場合、保護素子を配置するための利用面積が増大するという問題があった。
本発明によれば、
第1導電型の不純物が拡散された半導体基板と、
ヒューズ切断予定部を有する第1のヒューズ配線と、当該第1のヒューズ配線から隔離して形成されるとともに内部回路に接続された第2のヒューズ配線と、前記半導体基板表面に形成され、前記第1のヒューズ配線と前記第2のヒューズ配線とを電気的に接続する第2導電型の第1の不純物拡散層と、前記半導体基板表面に形成され、前記第1の不純物拡散層から離隔して設けられた第2導電型の第2の不純物拡散層と、をそれぞれ含む複数のヒューズ素子部と、
を有し、
前記複数のヒューズ素子部の第1のヒューズ配線、前記第2のヒューズ配線および前記第1の不純物拡散層は、それぞれ、所定のピッチ間隔で略平行に並置され、
各前記ヒューズ素子部において、前記第1の不純物拡散層および前記第2の不純物拡散層は、前記半導体基板とともに、前記第1のヒューズ配線の静電気保護素子を構成し、
前記ヒューズ素子部の前記第2の不純物拡散層は、隣接する他のヒューズ素子部の前記第2の不純物拡散層の方向に延在して形成され、当該隣接する他のヒューズ素子部の前記第2の不純物拡散層と接続された半導体装置が提供される。
また、本発明によれば、
第1導電型の不純物が拡散された半導体基板と、
ヒューズ切断予定部を有する第1のヒューズ配線と、当該第1のヒューズ配線から隔離して形成されるとともに内部回路に接続された第2のヒューズ配線と、前記半導体基板表面に形成され、前記第1のヒューズ配線と前記第2のヒューズ配線とを電気的に接続する第2導電型の第1の不純物拡散層と、前記半導体基板表面に形成され、前記第1の不純物拡散層から離隔して設けられた第2導電型の第2の不純物拡散層と、をそれぞれ含む複数のヒューズ素子部と、
を有し、
前記複数のヒューズ素子部の前記第1のヒューズ配線、前記第2のヒューズ配線および前記第1の不純物拡散層は、それぞれ、所定のピッチ間隔で略平行に並置され、
各前記ヒューズ素子部において、前記第1の不純物拡散層および前記第2の不純物拡散層は、前記半導体基板とともに、前記第1のヒューズ配線の静電気保護素子を構成し、
各前記ヒューズ素子部において、前記第2のヒューズ配線、前記第1の不純物拡散層、および前記第2の不純物拡散層が前記第1のヒューズ配線の一端側および他端側にそれぞれ設けられ、前記第2の不純物拡散層は、平面視において、複数のヒューズ素子部が形成された領域の周囲を囲むように環状に形成され、前記複数のヒューズ素子部に共通して設けられた半導体装置が提供される。
このようにすれば、ヒューズ素子を含む半導体装置の利用面積の増大を防ぎつつ内部回路をESDサージから保護することができる。
本発明によれば、ヒューズ素子を含む半導体装置の利用面積の増大を防ぎつつ内部回路をESDサージから保護することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
(第1の実施の形態)
図1は、本実施の形態における半導体装置100の構成を示す断面図である。また、図2は、本実施の形態における半導体装置100の上面図である。図1は、図2のA−A’断面図に該当する。
半導体装置100は、半導体基板101、半導体基板101の表面部に形成された第1の不純物拡散層104、第2の不純物拡散層105、および素子分離絶縁膜103、ならびに半導体基板101上に形成された層間絶縁膜106を有する。第1の不純物拡散層104と第2の不純物拡散層105とは、素子分離絶縁膜103により電気的に分離されている。ここで、第1の不純物拡散層104と第2の不純物拡散層105とは、n型拡散層とすることができる。また、半導体基板101には、p型不純物が拡散されている。
半導体装置100は、半導体基板101上の層間絶縁膜106中に形成された第1のコンタクト107、第2のコンタクト108、第1のヒューズ配線109、および第2のヒューズ配線110をさらに含む。第1のヒューズ配線109には、ヒューズ切断予定部111が設けられる。また、層間絶縁膜106には、ヒューズ切断予定部111上部にヒューズ切断用開口部112が形成されている。これにより第1のヒューズ配線109のヒューズ切断予定部111を容易に切断することができる。図示していないが、第2のヒューズ配線110は、第2のコンタクト108と接続された一端とは反対側の他端側で、半導体装置100の内部回路と接続される。
第1のヒューズ配線109は、第1のコンタクト107、第1の不純物拡散層104、および第2のコンタクト108を介して第2のヒューズ配線110と電気的に接続される。このように、第1のヒューズ配線109と第2のヒューズ配線110とが第1の不純物拡散層104を介して接続された構成とすることにより、第1のヒューズ配線109のヒューズ切断予定部111から入った水分が配線を介して内部回路側に侵入することを防ぐことができる。
さらに、半導体装置100は、半導体基板101上の層間絶縁膜106中に形成された第3のコンタクト118、配線114、およびVss配線116を含む。第2の不純物拡散層105は、第3のコンタクト118および配線114を介してVss配線116と接続される。
以上の構成において、第1のヒューズ配線109、第2のヒューズ配線110、第1の不純物拡散層104、および第2の不純物拡散層105によりヒューズ素子部が形成される。半導体装置100は、このようなヒューズ素子部を複数含む。また、図1において、半導体装置100は、左右対称の構成を有する。すなわち、第1のヒューズ配線109の両端にそれぞれ第1のコンタクト107、第1の不純物拡散層104、第2のコンタクト108、および第2のヒューズ配線110がこの順で接続されている。また、第1の不純物拡散層104の外側には第2の不純物拡散層105が配置されている。
図2を参照すると、第1のヒューズ配線109、第2のヒューズ配線110、第1の不純物拡散層104、および第2の不純物拡散層105は、平面視において同一直線状に形成されている。ここで、第1のヒューズ配線109および第2のヒューズ配線110は直線状に形成されている。第1の不純物拡散層104および第2の不純物拡散層105は、平面視において第1のヒューズ配線109の長手方向の線上に形成される。また、第1のヒューズ配線109と第2のヒューズ配線110とは、実質的に等しい配線幅を有する。
本実施の形態において、第1のヒューズ配線109と第2のヒューズ配線110との組合せが複数、所定のヒューズピッチPで略平行に並置されている。ここで、ヒューズピッチPは、あるヒューズ素子部の第1のヒューズ配線109をレーザで切断する時に、隣接するヒューズ素子部への影響が生じないような距離となるようにして決定される。ここで、影響とは、第1のヒューズ配線109を構成する材料がレーザの熱で周りに飛び散り、他のヒューズ素子部の第1のヒューズ配線109等とショートが生じること等である。このとき、レーザ照射する際の目ずれマージンも考慮してヒューズピッチPを決定することができる。また、複数の第1の不純物拡散層104も、所定のヒューズピッチPで略平行に並置されている。さらに、第2の不純物拡散層105は、複数のヒューズ素子部に共通に設けられる。本実施の形態において、第2の不純物拡散層105は、第1の不純物拡散層104が形成された領域の周囲を取り囲むように環状に形成されている。配線114(金属配線)は、第2の不純物拡散層105に第3のコンタクト118を介して接続され、第2の不純物拡散層105の上方に位置するように配置される。本実施の形態において、第2の不純物拡散層105上に形成された配線114も、第2の不純物拡散層105と同形状の環状に形成される。第3のコンタクト118および配線114が、第1のヒューズ配線109や第1の不純物拡散層104が形成された領域を取り囲み、表面層付近で発生した静電気を基板に逃がすガードリング層120として機能する。
第2の不純物拡散層105と配線114とは、第2のヒューズ配線110と平面的に重ならない部分で、第3のコンタクト118により接続されている。ここで、半導体基板101、第1の不純物拡散層104、および第2の不純物拡散層105でNPNバイポーラ素子である静電気保護素子が形成される。配線114は、接地されたVss配線116と接続されている。すなわち、第2の不純物拡散層105には、グラウンド電位が供給される。第1の不純物拡散層104にはヒューズ回路電位が与えられる。
隣接するヒューズ素子部の第1の不純物拡散層104間の距離Sは、第1のヒューズ配線109および第2のヒューズ配線110のヒューズピッチPおよび静電気保護素子に必要な能力を考慮して決定することができる。ただし、本実施の形態において、距離Sは、上述した方法で決定されたヒューズピッチPへの影響を与えない範囲で決定される。すなわち、本実施の形態において、上述したようにまず第1のヒューズ配線109をレーザで切断する時に必要なマージン等を考慮してヒューズピッチPを決定する。次いで、決定されたヒューズピッチPを変更しない範囲で、第1の不純物拡散層104の幅および距離Sを決定する。
また、第1の不純物拡散層104と第2の不純物拡散層105との間の距離Sを適宜制御することにより、バイポーラトランジスタを所望の能力にすることができる。各ヒューズ素子部において、第1の不純物拡散層104と第2の不純物拡散層105との距離Sは、これらにより静電気保護素子に必要な能力を考慮して決定することができる。ここで、距離Sは、NPNバイポーラ素子のベース長に相当する。このような静電気保護素子を第1のヒューズ配線109と第2のヒューズ配線110との間に設けることにより、ヒューズ素子である第1のヒューズ配線109が帯電しても、ヒューズ素子自身や内部回路素子を破壊から防ぐことができる。
図3は、図1および図2に示した半導体装置の回路構成を示す図である。
半導体装置100は、第1の不純物拡散層104、半導体基板101、および第2の不純物拡散層105により構成される保護素子150を含む。ここで、保護素子150は、NPNバイポーラトランジスタである。また、半導体装置100は、内部回路を構成するトランジスタ152をさらに含む。トランジスタ152は、所定の機能回路を構成する。このような構成において、第1のヒューズ配線109が半導体基板101の基板電位に対して負に帯電すると、保護素子150を構成する第1の不純物拡散層104(図3においてコレクタ)と半導体基板101間の寄生ダイオードで電流が流れる。一方、第1のヒューズ配線109が基板電位に対して正に帯電すると、保護素子150がオンとなり、電流が流れる。このため、第1のヒューズ配線109が基板電位に対して正/負どちらに帯電しても、半導体基板101との間に電位差が生じないようにすることができる。そのため、第1のヒューズ配線109に接続されたトランジスタ152のゲート電極と半導体基板101との間にも電位差が生じないようにすることができ、ゲート絶縁膜の破壊を防ぐことができる。
本実施の形態における半導体装置100によれば、複数のヒューズ素子部の第1の不純物拡散層104がヒューズピッチPで並置されるので、ヒューズ素子部の他に特別の保護素子領域を設ける必要がない。そのため、ヒューズ回路用の利用面積の増加を最小にすることができる。
さらに、第2の不純物拡散層105を複数のヒューズ素子部で共通としたことにより、追加的な占有面積を必要とせずに、静電気保護素子を形成することができる。また、第2の不純物拡散層105が環状に形成され、その上に配線114等によりガードリングが形成される。そのため、ヒューズ素子部に形成された第1の不純物拡散層104と内部回路に形成された拡散層との間の寄生素子の形成を防ぐことができる。
(第2の実施の形態)
図4は、本実施の形態における半導体装置100の構成を示す断面図である。また、図5は、本実施の形態における半導体装置100の上面図である。図4は、図5のC−C’断面図に該当する。
以下、第1の実施の形態において図1に示した半導体装置100と異なる構成についてのみ説明する。本実施の形態において、第1の不純物拡散層104と第2の不純物拡散層105との間には素子分離絶縁膜103は設けられず、半導体基板101により構成されるp型不純物領域が設けられる。このp型不純物領域上には、ゲート絶縁膜130およびゲート電極132により構成されるゲート134が形成される。第1の不純物拡散層104、ゲート134および第2の不純物拡散層105により、NMOSトランジスタである静電気保護素子が構成される。本実施の形態において、第1の不純物拡散層104と第2の不純物拡散層105との間の距離SはNMOSトランジスタのチャネル長に対応する。そのため、距離Sを制御することにより、NMOSトランジスタを所望の能力にすることができる。
また、半導体装置100は、配線114に接続されたコンタクト136、配線137、コンタクト138、および配線139をさらに含む。配線114、コンタクト136、配線137、コンタクト138、および配線139は、第2の不純物拡散層105と同形状の環状に形成され、ガードリング120として機能する。たとえば、第1のヒューズ配線109の近傍に、第1のヒューズ配線109よりも半導体装置100の表面側、すなわち図4において第1のヒューズ配線109よりも上方に、拡散層と接続された他の電極が配置されていれば、第1のヒューズ配線109が水分等の影響により帯電する場合でも、帯電を少なくすることができる。また、このような他の電極が配置されていれば、組み立て工程時に使用するコレット等の外部器具と他の電極との間で放電させることができ、第1のヒューズ配線109と外部器具との放電を防ぐことができる。
図6は、図4および図5に示した半導体装置の回路構成を示す図である。
半導体装置100は、上述したNMOSトランジスタである保護素子154を含む。このような構成において、第1のヒューズ配線109が半導体基板101の基板電位に対して負に帯電すると、保護素子154を構成する第1の不純物拡散層104と半導体基板101間の寄生ダイオードで電流が流れる。一方、第1のヒューズ配線109が基板電位に対して正に帯電すると、保護素子154がオンとなり、電流が流れる。このため、第1のヒューズ配線109が基板電位に対して正/負どちらに帯電しても、半導体基板101との間に電位差が生じないようにすることができる。そのため、第1のヒューズ配線109に接続されたトランジスタ152のゲート電極と半導体基板101との間にも電位差が生じないようにすることができ、ゲート絶縁膜の破壊を防ぐことができる。なお、本実施の形態で示したように、保護素子154のゲートを接地電位とした構成とすることにより、図3のNPN保護素子150よりさらに低いクランプ電圧で動作するようにすることができる。
以上のように、本実施の形態における半導体装置100によれば、必要面積の増加を最小限に抑えつつ、ヒューズ素子に電気的に接続された回路またはヒューズ素子に隣接する内部回路の信頼性を確保することができる。
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
なお、以上の実施の形態においては、複数のヒューズ素子部に対して共通してヒューズ切断用開口部112を設けた構成を示した。しかし、他の例において、各ヒューズ素子部毎に、ヒューズ切断用開口部(ヒューズ窓)をそれぞれ設けることもできる。この場合、第1のヒューズ配線109のヒューズピッチPは、ヒューズ切断用開口部の大きさに基づき決定することができる。
本発明の実施の形態における半導体装置の構成を示す断面図である。 図1に示した半導体装置の平面図である。 図1および図2に示した半導体装置の回路構成を示す図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の構成を示す断面図である。 図4に示した半導体装置の平面図である。 図4および図5に示した半導体装置の回路構成を示す図である。 従来の半導体装置の構成を示す断面図である。
符号の説明
100 半導体装置
101 半導体基板
103 素子分離絶縁膜
104 第1の不純物拡散層
105 第2の不純物拡散層
106 層間絶縁膜
107 第1のコンタクト
108 第2のコンタクト
109 第1のヒューズ配線
110 第2のヒューズ配線
111 ヒューズ切断予定部
112 ヒューズ切断用開口部
114 配線
116 Vss配線
118 第3のコンタクト
120 ガードリング
130 ゲート絶縁膜
132 ゲート電極
134 ゲート
136 コンタクト
137 配線
138 コンタクト
139 配線
150 保護素子
152 トランジスタ
154 保護素子

Claims (7)

  1. 第1導電型の不純物が拡散された半導体基板と、
    ヒューズ切断予定部を有する第1のヒューズ配線と、当該第1のヒューズ配線から隔離して形成されるとともに内部回路に接続された第2のヒューズ配線と、前記半導体基板表面に形成され、前記第1のヒューズ配線と前記第2のヒューズ配線とを電気的に接続する第2導電型の第1の不純物拡散層と、前記半導体基板表面に形成され、前記第1の不純物拡散層から離隔して設けられた第2導電型の第2の不純物拡散層と、をそれぞれ含む複数のヒューズ素子部と、
    を有し、
    前記複数のヒューズ素子部の前記第1のヒューズ配線、前記第2のヒューズ配線および前記第1の不純物拡散層は、それぞれ、所定のピッチ間隔で略平行に並置され、
    各前記ヒューズ素子部において、前記第1の不純物拡散層および前記第2の不純物拡散層は、前記半導体基板とともに、前記第1のヒューズ配線の静電気保護素子を構成し、
    前記ヒューズ素子部の前記第2の不純物拡散層は、隣接する他のヒューズ素子部の前記第2の不純物拡散層の方向に延在して形成され、当該隣接する他のヒューズ素子部の前記第2の不純物拡散層と接続された半導体装置。
  2. 第1導電型の不純物が拡散された半導体基板と、
    ヒューズ切断予定部を有する第1のヒューズ配線と、当該第1のヒューズ配線から隔離して形成されるとともに内部回路に接続された第2のヒューズ配線と、前記半導体基板表面に形成され、前記第1のヒューズ配線と前記第2のヒューズ配線とを電気的に接続する第2導電型の第1の不純物拡散層と、前記半導体基板表面に形成され、前記第1の不純物拡散層から離隔して設けられた第2導電型の第2の不純物拡散層と、をそれぞれ含む複数のヒューズ素子部と、
    を有し、
    前記複数のヒューズ素子部の前記第1のヒューズ配線、前記第2のヒューズ配線および前記第1の不純物拡散層は、それぞれ、所定のピッチ間隔で略平行に並置され、
    各前記ヒューズ素子部において、前記第1の不純物拡散層および前記第2の不純物拡散層は、前記半導体基板とともに、前記第1のヒューズ配線の静電気保護素子を構成し、
    各前記ヒューズ素子部において、前記第2のヒューズ配線、前記第1の不純物拡散層、および前記第2の不純物拡散層が前記第1のヒューズ配線の一端側および他端側にそれぞれ設けられ、前記第2の不純物拡散層は、平面視において、複数のヒューズ素子部が形成された領域の周囲を囲むように環状に形成され、前記複数のヒューズ素子部に共通して設けられた半導体装置。
  3. 請求項1または2に記載の半導体装置において、
    各前記ヒューズ素子部において、前記第1のヒューズ配線、前記第2のヒューズ配線、前記第1の不純物拡散層、および前記第2の不純物拡散層は、平面視において同一直線上に形成された半導体装置。
  4. 請求項1から3いずれかに記載の半導体装置において、
    各前記ヒューズ素子部において、前記第1の不純物拡散層および前記第2の不純物拡散層は、平面視において前記第1のヒューズ配線の長手方向の線上に形成された半導体装置。
  5. 請求項1から4いずれかに記載の半導体装置において、
    各前記ヒューズ素子部において、前記第1の不純物拡散層および前記第2の不純物拡散層は、前記半導体基板とともにバイポーラトランジスタを構成する半導体装置。
  6. 請求項1から4いずれかに記載の半導体装置において、
    各前記ヒューズ素子部において、前記第1の不純物拡散層と前記第2の不純物拡散層との間には、前記半導体基板により構成される第1導電型の不純物拡散領域が設けられ、当該不純物拡散領域上にゲート電極が形成され、前記第1の不純物拡散層および前記第2の不純物拡散層は、前記半導体基板および前記ゲート電極とともにMOSトランジスタを構成する半導体装置。
  7. 請求項1から6いずれかに記載の半導体装置において、
    前記第2の不純物拡散層にコンタクトを介して接続された金属配線が、前記第2の不純物拡散層上方に位置するように配置された半導体装置。
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