JP5430879B2 - 電気ヒューズ、半導体装置、および電気ヒューズの切断方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気ヒューズ、半導体装置、および電気ヒューズの切断方法に関する。

従来、半導体装置にヒューズを搭載しておき、ヒューズを切断することにより半導体装置で使用する抵抗の値を調整したり、不良素子を切り離して正常素子に置き換える等の処理を行う技術が知られている。

ヒューズの切断方法としては、ヒューズの一部にレーザを照射することによりヒューズを切断する方式や、ヒューズを電流により切断する方式が知られている。

ヒューズを電流により切断する電気ヒューズの一例として、シリサイド層中の金属原子が移動するエレクトロマイグレーション現象を利用するものが知られている。図８は、従来、シリサイド層を用いた電気ヒューズが切断される様子を示す図である。図８（ａ）は、切断前の状態を示す。ここでは、ポリシリコン層１２上にシリサイド層１４が形成されており、その上にコンタクト１８およびコンタクト２２が形成されている。コンタクト１８は配線１６と接続されており、コンタクト２２は配線２０と接続されている。これらにより電気ヒューズ１１が構成されている。このような構成の電気ヒューズ１１に、配線１６から配線２０の方向に電流を流すと、配線１６、コンタクト１８、シリサイド層１４、コンタクト２２および配線２０を介して電流が流れる。このとき、電子は配線２０から配線１６の方向に流れる。そのため、シリサイド層１４中で、電子が図中左から右の方向に移動する。これにより、図８（ｂ）に示すように、シリサイド層１４がコンタクト１８の方向にマイグレーションして、シリサイド層１４が切断される。そのため、配線１６から配線２０の方向に電流を流す際に、ポリシリコン層１２を介して電流が流れるようになる。このため、コンタクト１８とコンタクト２２との間の抵抗変化が生じ、電気ヒューズ１１が切断されたと判断することができる。

特許文献１（特開２００７−２６６０６１号公報）には、ポリシリコン上にシリサイド層が形成された構成の電気ヒューズ（ｅヒューズ）のコンタクト領域に隣接する周辺の一部の領域を非シリサイド領域とした構成が記載されている。これにより、エレクトロマイグレーションによって移動した金属原子が非シリサイド領域へ移動するため、エレクトロマイグレーションで切断されたヒューズのバックフローを防ぐことができるとされている。

特許文献２（特開２００７−７３５７６号公報）には、切断後にシリコン層上に形成された金属シリサイド層の金属材料の少なくとも一部が一方のコンタクト部側へ移動して、他方のコンタクト部がシリコン層に接するヒューズ素子が記載されている。
特開２００７−２６６０６１号公報 特開２００７−７３５７６号公報

しかし、特許文献１に記載の方法では、緩やかなマイグレーションによってシリサイド層を切断しているので、シリサイド層が切断されるだけで、コンタクトとシリサイド層とが接した状態となっている。そのため、ヒューズの切断前後の抵抗値の変化が小さく、精度のよい判断ができないという問題があった。特許文献２には、切断後にはコンタクトとシリコン層とが接する構成が記載されており、この場合、切断前はコンタクトとシリサイド層、切断後はコンタクトとシリコン層とが接続する構成となるので、ヒューズの切断前後の抵抗値の変化を大きくすることができると考えられる。しかし、特許文献２の方法でも、緩やかなマイグレーションによってシリサイド層の金属材料を移動させているだけなので、切断領域が狭く、シリサイド層が移動して再び接続してしまうおそれがある。そのため、この場合も精度のよい判断ができないという問題があった。

本発明によれば、
ポリシリコン層と、当該ポリシリコン層上に形成されたシリサイド層と、前記シリサイド層上に互いに間隔を隔てて配置された第１の金属コンタクトおよび第２の金属コンタクトとを含む電気ヒューズであって、
切断後に、前記シリサイド層が、前記第２の金属コンタクト直下および前記第２の金属コンタクトと前記第１の金属コンタクトとの間の領域に存在しない電気ヒューズが提供される。

本発明によれば、
基板と、前記基板上に形成されたポリシリコン層と、当該ポリシリコン層上に形成されたシリサイド層と、前記シリサイド層上に互いに間隔を隔てて配置された第１の金属コンタクトおよび第２の金属コンタクトとを含む電気ヒューズを含む半導体装置であって、
前記電気ヒューズの切断後に、前記シリサイド層が、前記第２の金属コンタクト直下および前記第２の金属コンタクトと前記第１の金属コンタクトとの間の領域に存在しない半導体装置が提供される。

本発明によれば、
ポリシリコン層と、当該ポリシリコン層上に形成されたシリサイド層と、前記シリサイド層上に互いに間隔を隔てて配置された第１の金属コンタクトおよび第２の金属コンタクトとを含む電気ヒューズの切断方法であって、
前記第１の金属コンタクトと前記第２の金属コンタクトとの間に電流を流すことにより、前記第２の金属コンタクト直下および前記第２の金属コンタクトと前記第１の金属コンタクトとの間の領域の前記シリサイド層が前記第１の金属コンタクトの方向に移動して、前記第２の金属コンタクト直下および前記第２の金属コンタクトと前記第１の金属コンタクトとの間の領域にも存在しないように切断する電気ヒューズの切断方法が提供される。
ここで、電気ヒューズは、第１の金属コンタクトと第２の金属コンタクトとの間に電流を流すことにより、第２の金属コンタクト直下のシリサイド層が第１の金属コンタクトの方向に移動して第２の金属コンタクト直下に前記シリサイド層が存在しなくなるとともに、当該シリサイド層が第１の金属コンタクト直下の領域に押し込まれて切断される。シリサイド層は、第１の金属コンタクトの直下よりも、さらに第２の金属コンタクトから遠い位置にまで移動され、第１の金属コンタクトと第２の金属コンタクトとの間に存在しないようになる。これにより、シリサイド層は、第２の金属コンタクトから見て、第１の金属コンタクトの遠方に移動する。

以上のような構成とすれば、ヒューズの切断前後の抵抗値の変化を大きくすることができるので、精度のよい判断をすることができるとともに、再接続のおそれを低減することができ、ヒューズの切断状態を精度よく判定することができる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、ヒューズの切断状態を精度よく判定できる。

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。

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。
半導体装置１００は、シリコン基板等の基板（不図示）と、その上に形成されたポリシリコン層１０２と、ポリシリコン層１０２上に形成されたシリサイド層１０４と、シリサイド層１０４上に互いに間隔を隔てて配置された第１の金属コンタクト１０８および第２の金属コンタクト１１２と、第１の金属コンタクト１０８上に形成された第１の配線１０６と、第２の金属コンタクト１１２上に形成された第２の配線１１０とを含む。ここで、第１の配線１０６、第１の金属コンタクト１０８、シリサイド層１０４、ポリシリコン層１０２、第２の金属コンタクト１１２、および第２の配線１１０により電気ヒューズ１０１が構成される。図１は、電気ヒューズ１０１が切断される前の状態を示す図である。

第１の金属コンタクト１０８および第２の金属コンタクト１１２は、たとえばＴｉ／ＴｉＮバリアメタル膜とタングステンとにより構成することができる。また、コンタクト１１２は、第１の金属コンタクト１０８および第２の金属コンタクト１１２は、それぞれシリサイド層１０４に接続されている。シリサイド層１０４は、たとえばニッケルシリサイド、コバルトシリサイド、またはチタンシリサイド等とすることができる。第１の配線１０６は、第１の金属コンタクト１０８に接続されている。第２の配線１１０は、第２の金属コンタクト１１２に接続されている。

図２は、このような電気ヒューズ１０１に、電流を流して電気ヒューズ１０１を切断する手順を示す図である。
第１の配線１０６に高電圧を印加し、第２の配線１１０を接地して、第１の配線１０６から第２の配線１１０の方向に電流を流す。これにより、第１の配線１０６、第１の金属コンタクト１０８、シリサイド層１０４、第２の金属コンタクト１１２、および第２の配線１１０の方向に電流が流れる。このとき、電子は電流と逆方向に流れるため、シリサイド層１０４中でも、第２の金属コンタクト１１２から第１の金属コンタクト１０８の方向に電子が移動する。本実施の形態においては、電気ヒューズ１０１切断時の電流を通常よりも大電流とする。これにより、電子の流れに沿ってシリサイド層１０４が急速に移動する。このように、過剰なパワーを印加することにより、シリサイド層１０４が急速に第１の金属コンタクト１０８の方向に移動し、シリサイド層１０４が、第２の金属コンタクト１１２直下および第２の金属コンタクト１１２と第１のコンタクト１０８との間の領域に存在しないようになる。

図３（ａ）は、第２の金属コンタクト１１２直下のシリサイド層１０４が第１の金属コンタクト１０８の方向に移動し、第２の金属コンタクト１１２がポリシリコン層１０２と直接接続するようになった状態を示す図である。このような状態となると、図中破線で囲った箇所において、切断前の第２の金属コンタクト１１２とシリサイド層１０４との間のオーミック接触から、第２の金属コンタクト１１２とポリシリコン層１０２との間のショットキー接触に変わるので、切断前後の電気ヒューズ１０１の抵抗値の変化を大きくすることができる。また、シリサイド層１０４が、第１の金属コンタクト１０８直下に押し込まれて、第１の金属コンタクト１０８と第２の金属コンタクト１１２との間の領域に存在しなくなるので、再接続が生じるのを防ぐこともできる。

図３（ｂ）は、第２の金属コンタクト１１２直下のシリサイド層１０４が第１の金属コンタクト１０８の方向に移動するとともに、第２の金属コンタクト１１２の下部分の金属も第１の金属コンタクト１０８の方向に移動した状態を示す図である。第２の金属コンタクト１１２の下部分の金属が第１の金属コンタクト１０８の方向に移動した結果、第２の金属コンタクト１１２がシリサイド層１０４およびポリシリコン層１０２と電気的に切断されている。このような状態とした場合も、図中破線で囲った箇所において、電気ヒューズ１０１が完全に切断された状態となるので、切断前後の電気ヒューズ１０１の抵抗値の変化を大きくすることができる。

このような構成とすることにより、切断後の電気ヒューズ１０１の抵抗値を、切断前の抵抗値の１×１０^２倍以上とすることができる。

図４は、本実施の形態における電気ヒューズ１０１の構成を示す平面図である。図４（ａ）は、切断前、図４（ｂ）は、切断後の状態を示す。
本実施の形態において、第１の金属コンタクト１０８および第２の金属コンタクト１１２は、矩形状のシリサイド層１０４の一端部および他端部にそれぞれ設けられる。すなわち、第１の金属コンタクト１０８や第２の金属コンタクト１１２が設けられる領域のシリサイド層１０４の幅は、これらの間の領域の幅と略同一である。このような構成とすることにより、電気ヒューズ１０１切断時に、第２の金属コンタクト１１２の直下にシリサイド層１０４が存在しないようにしやすくすることができる。また、ここでは第１の金属コンタクト１０８および第２の金属コンタクト１１２がそれぞれ２つ設けられた構成を示しているが、これらの数はとくに限定されない。

図５は、本実施の形態における半導体装置１００の構成を示す模式図である。
半導体装置１００の第２の配線１１０は、判定回路１５０の一端に接続される。判定回路の他端側は接地されている。また、第１の配線１０６は、電源線に接続されている。ここで、判定回路１５０は、切断後の抵抗値が切断前の抵抗値の１×１０^２倍以上である場合に電気ヒューズ１０１が切断されたと判定することができる。

図９は、本実施の形態におけるの電気ヒューズ１０１を含む半導体装置１００（半導体チップ）の構成を示すブロック図である。
半導体チップ上には、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）等のメモリ領域、ロジック領域（Ｌｏｇｉｃ）、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）、高速ＩＯ等が設けられる。ここで、ＤＲＡＭやＳＲＡＭ等のメモリ領域の周囲には、不良ビットに代わる冗長ビットを動作させるために、複数の電気ヒューズ１０１が配置されている。ウエハプロセス製造工程後に半導体装置１００の動作を確認し、不良ビットがあれば、その不良ビットを冗長ビットに置き換えるために、不良ビットに接続された電気ヒューズ１０１を切断する。したがって、半導体装置１００において、切断された状態の電気ヒューズ１０１と切断されていない状態の電気ヒューズ１０１とが混在している。

図１に示した構成の半導体装置１００を形成し、第１の配線１０６と第２の配線１１０との間に電流を流してヒューズを切断した。例１では、例２に比べて約３倍程度の電流を流して切断した。

図６は、電気ヒューズ１０１の切断前の抵抗値と、例１と例２のそれぞれで切断した電気ヒューズ１０１の切断後の抵抗値とを示す図である。切断前の電気ヒューズ１０１の抵抗値は、約１００Ω程度であるが、例１の条件で切断した場合、抵抗値が約１０ＭΩ程度となり、切断前の抵抗値に比べて、約１×１０^５倍程度となった。一方、例２の条件で切断した場合、抵抗値が約１ｋΩ程度であり、切断前の抵抗値の約１０倍程度であった。

図７は、例１の条件で電気ヒューズ１０１を切断した場合の、半導体装置１００の構成を示す断面図である。
図中、白い部分が金属を示す。図中、破線で囲った部分がシリサイド層１０４である。図示したように、過剰なパワーを印加することにより、第２の金属コンタクト１１２直下のシリサイド層１０４が、第２の金属コンタクト１１２直下および第２の金属コンタクト１１２と第１のコンタクト１０８との間の領域に存在しないようになっている。また、シリサイド層１０４が第１の金属コンタクト１０８直下の領域に押し込まれている。

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。

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。 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。 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。 本発明の実施の形態における電気ヒューズの構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の構成を示す模式図である。 実施例において、電気ヒューズの切断前の抵抗値と、条件を変えて切断した電気ヒューズの切断後の抵抗値とを示す図である。 実施例における半導体装置の構成を示す断面図である。 従来の電気ヒューズの構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態におけるの電気ヒューズを含む半導体装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００ 半導体装置
１０１ 電気ヒューズ
１０２ ポリシリコン層
１０４ シリサイド層
１０６ 第１の配線
１０８ 第１の金属コンタクト
１１０ 第２の配線
１１２ 第２の金属コンタクト
１４０ 電源線
１５０ 判定回路

Claims (8)

1. ポリシリコン層と、当該ポリシリコン層上に形成されたシリサイド層と、前記シリサイド層上に互いに間隔を隔てて配置された第１の金属コンタクトおよび第２の金属コンタクトとを含む電気ヒューズであって、
   切断後に、前記シリサイド層が、前記第２の金属コンタクト直下および前記第２の金属コンタクトと前記第１の金属コンタクトとの間の領域に存在しない電気ヒューズ。
2. 請求項１に記載の電気ヒューズにおいて、
   切断後に、前記第２の金属コンタクトが前記ポリシリコン層と接続した電気ヒューズ。
3. 請求項１に記載の電気ヒューズにおいて、
   切断後において、前記第２の金属コンタクトが前記シリサイド層および前記ポリシリコン層と電気的に切断されている電気ヒューズ。
4. 請求項１から３いずれかに記載の電気ヒューズにおいて、
   切断後の抵抗値が切断前の抵抗値の１×１０^２倍以上である電気ヒューズ。
5. 基板と、前記基板上に形成されたポリシリコン層と、当該ポリシリコン層上に形成されたシリサイド層と、前記シリサイド層上に互いに間隔を隔てて配置された第１の金属コンタクトおよび第２の金属コンタクトとを含む電気ヒューズを含む半導体装置であって、
   前記電気ヒューズの切断後に、前記シリサイド層が、前記第２の金属コンタクト直下および前記第２の金属コンタクトと前記第１の金属コンタクトとの間の領域に存在しない半導体装置。
6. 請求項５に記載の半導体装置において、
   前記電気ヒューズの切断の有無を判定する判定回路をさらに含み、
   当該判定回路は、切断後の抵抗値が切断前の抵抗値の１×１０^２倍以上である場合に前記電気ヒューズが切断されたと判定する半導体装置。
7. ポリシリコン層と、当該ポリシリコン層上に形成されたシリサイド層と、前記シリサイド層上に互いに間隔を隔てて配置された第１の金属コンタクトおよび第２の金属コンタクトとを含む電気ヒューズの切断方法であって、
   前記第１の金属コンタクトと前記第２の金属コンタクトとの間に電流を流すことにより、前記第２の金属コンタクト直下および前記第２の金属コンタクトと前記第１の金属コンタクトとの間の領域の前記シリサイド層が前記第１の金属コンタクトの方向に移動して、前記第２の金属コンタクト直下および前記第２の金属コンタクトと前記第１の金属コンタクトとの間の領域にも存在しないように切断する電気ヒューズの切断方法。
8. 請求項７に記載の電気ヒューズの切断方法において、
   前記第２の金属コンタクト直下および前記第２の金属コンタクトと前記第１の金属コンタクトとの間の領域の前記シリサイド層が、前記第１の金属コンタクトの方向に移動して、前記第１の金属コンタクト直下の領域に押し込まれて切断する電気ヒューズの切断方法。