JP6287137B2 - ポリシリコンヒューズおよびポリシリコンヒューズを有する、半導体装置およびポリシリコンヒューズの分断方法 - Google Patents

Description

この発明は、ポリシリコンヒューズおよびポリシリコンヒューズを有する半導体装置に関する。

半導体回路（半導体基板に形成される集積回路などの）の抵抗値などを調整するために、トリミングデバイスとしてポリシリコンヒューズが用いられる。例えば、半導体回路に複数並列に接続した抵抗を設け、各抵抗にトリミングデバイスであるポリシリコンヒューズを接続する。抵抗値の調整は、レーザー照射法や電圧印加法を用いてポリシリコンヒューズを溶断して行なう。特に、電圧印加法は、プロセス完了後のウェハ特性試験と一緒に行うことができる簡便な方法である。

図１６は、従来のポリシリコンヒューズ６００の構成図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図である。
このポリシリコンヒューズ６００の主要部分は、幅が狭いポリシリコンの狭窄部５１と、幅が広いポリシリコンの電極部５２と、この電極部５２に接続ビア５３を介して接続する金属電極５４を備える。狭窄部５１と電極部５２はＬＯＣＯＳなど絶縁膜５５上に形成され、電極部５２と金属電極５４の間には接続ビア５３を有する層間絶縁膜５６（ＨＴＯ膜等）が配置され、金属電極５４上は表面保護膜が５７被覆されている。ポリシリコンヒューズ５００を形成するポリシリコンには、ドープトポリシリコンやイオン注入したポリシリコンが用いられ、ドープ量やイオン注入量によりヒューズ部のポリシリコンの比抵抗を調整する。つぎに、電圧印加法によるポリシリコンヒューズの溶断について説明する。

ポリシリコンヒューズ６００の金属電極５４に電圧を印加すると、狭窄部５１に電流が流れ、狭窄部５１が発熱して溶融する。このとき狭窄部５１近傍の電極部５２のポリシリコンも溶融する。狭窄部５１の溶融したポリシリコンは表面張力により電極部５２の溶融したポリシリコンに引き寄せられ、狭窄部５１の溶融したポリシリコンは細かく分断される。狭窄部５１の溶融したポリシリコンが分断される（溶断される）ことでポリシリコンヒューズ６００は電気的に絶縁状態になる。ポリシリコンヒューズ６００の分断により、半導体回路に形成された並列の回路特性調整用の抵抗数が減り、半導体回路の抵抗値が調整される。

つぎに、電圧印加法を用いて、電気ヒューズ（金属ヒューズ）を安定して溶断する方法を開示した特許文献について説明する。
特許文献１では，ヒューズ溶断部の横に開口部を設け、ヒューズ側壁側の絶縁膜を破裂させることで、ヒューズ上部の絶縁膜に影響を及ぼさなくする方法が開示されている。

また、特許文献２では、ヒューズ溶断部の側面に空隙を設ける方法が開示されている。
また、特許文献３では、切断不良を防止するため、層間絶縁膜の応力を緩和する方法が開示されている。

また、特許文献４では、電気ヒューズ構造は、上下に配置された上層電気ヒューズ及び下層電気ヒューズを有する。そして、これらの上層電気ヒューズ及び下層電気ヒューズは、電気的にバイアスを加えることで溶断することができる。さらに、上層電気ヒューズの一端と下層電気ヒューズの一端は、共通接続されているので、上層電気ヒューズの一端と下層電気ヒューズの一端にかかる電位を容易に一致させることができることが開示されている。この電気ヒューズはメモリアレイの切替に用いられる。

特開２００３−２５８１０４号公報 特開２０１０−２５１４９９号公報 特許第４１６４０５４号公報 特開２００６−７３９４７号公報

前記のポリシリコンヒューズを有する半導体装置には高い信頼性が求められる。しかし、高温下で半導体装置を動作させたときに、溶断で細かく分断されたポリシリコンの残渣がマイグレーション現象により互いに繋がり、漏れ電流（リーク電流）が流れてポリシリコンヒューズは電気的な絶縁状態を安定して維持できなくなる。そうすると半導体回路の抵抗値が最適値からずれきて、半導体装置の回路特性に影響を及ぼす。

図１７は、ポリシリコンヒューズ５００の溶断後の狭窄部５１の拡大断面図である。点線で示すように、残渣５８がマイグレーションで繋がると漏れ電流が流れる。このマイグレーション現象は高温時（動作時）に加速するため、半導体装置の動作時に回路特性が変化して半導体装置の信頼性を低下させる。

この発明の目的は、前記の課題を解決して、溶断したときに電気的な絶縁状態を安定して維持できるポリシリコンヒューズ、半導体装置およびポリシリコンヒューズの分断方法を提供することにある。

前記の目的を達成するために、幅が狭い第１狭窄部と該第１狭窄部の両側に前記第１狭窄部と接続する幅が広い第１電極部を有する空洞形成用の第１ポリシリコンヒューズ部と、幅が狭い第２狭窄部と該第２狭窄部の両側に前記第２狭窄部と接続する幅が広い第２電極部を有する回路特性調整用の第２ポリシリコンヒューズ部と、を備え、前記第１狭窄部と前記第２狭窄部が絶縁膜を挟んで対向して配置されるポリシリコンヒューズとする。

また、前記第１ポリシリコンヒューズ部と前記第２ポリシリコンヒューズ部が互いに直交し、前記第１狭窄部と前記第２狭窄部を重なるように配置する。こうすることで、第１ポリシリコンヒューズ部が溶断して形成される空洞に第２ポリシリコンヒューズ部の溶融したポリシリコンが吸収されて、第２ポリシリコンヒューズ部を確実に分断し、ポリシリコンヒューズが電気的に安定して絶縁状態を維持できるので好ましい。

また、前記絶縁膜の厚さが、０．１μｍ以上で、０．５μｍ以下であると好ましい。０．１μｍ未満にすると、第１ポリシリコンヒューズ部の溶断で絶縁膜は破損する場合が生じる。一方、０．５μｍ超にすると、第２ポリシリコンヒューズ部が溶断したときに絶縁膜が破損しなくなり、空洞に溶融したポリシリコンを吸収することが出来なくなる。

また、前記ポリシリコンヒューズを有する半導体装置であって、前記第１ポリシリコンヒューズ部の一方の第１電極部が第１トリミングパッドに接続し、他方の第１電極部がグランドに接続し、前記第２ポリシリコンヒューズ部の一方の第２電極部が第２トリミングパッドと回路特性調整用部品に接続し、他方の第２電極部がグランドに接続する構成の半導体装置とする。

また、前記回路特性調整用部品の一例として抵抗であるとよい。勿論、他の電子部品（ＭＯＳＦＥＴなど）の場合でもよい。
また、一方の前記第１電極部にアノードが接続し、一方の前記第２電極部にカソードが接続するダイオードを配置し前記第２トリミングパッドを削除すると、トリミングパッド数を減らすことができるので好ましい。

また、上記のポリシリコンヒューズの分断方法として、
前記第１ポリシリコンヒューズ部の両前記第１電極部間に電圧を印加することにより前記第１狭窄部を溶融し空洞を形成する空洞形成工程と、
前記空洞形成工程の後、前記第２ポリシリコンヒューズ部の両前記第２電極部間に電圧を印加することにより前記第２狭窄部を溶融し、かつ、該溶融したポリシリコンが前記第２狭窄部と前記空洞との間の前記絶縁膜を破壊し前記空洞に飛散することにより前記第２ポリシリコンヒューズ部を電気的に分断するポリシリコンヒューズの分断方法とする。

また、前記空洞形成工程の前に、前記第１狭窄部が前記第２狭窄部の下方に位置するようにする工程を備える分断方法とする。

この発明によれば、回路調整用のポリシリコンヒューズに隣接して空洞形成用のポリシリコンヒューズを設ける。この空洞形成用ポリシリコンヒューズを溶断して空洞を形成することによって、回路調整用のポリシリコンヒューズが溶断したときに溶断したポリシリコンがこの空洞に吸収されて、電気的な絶縁状態を安定して維持できるようにできる。

この発明に係る第１実施例のポリシリコンヒューズ１００の要部平面図である。 （ａ）は図１のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図、（ｂ）は図１のＹ−Ｙ線で切断した要部断面図である。 トリミングで回路特性調整用の第２ポリシリコンヒューズ部４を溶断する場合の工程図である。 図３に続く、工程図である。 図４に続く、工程図である。 図５に続く、工程図である。 第２狭窄部４ａが溶断前後の断面図であり、（ａ）は溶断前で空洞７が形成された図、（ｂ）は溶断後の図である。 ポリシリコンヒューズ１００を溶断したとき印加電圧と時間の関係を示し、（ａ）は第１ポリシリコンヒューズ部２の溶断を示す図、（ｂ）は第２ポリシリコンヒューズ部４の溶断を示す図である。 この発明に係る第２実施例のポリシリコンヒューズ２００の要部断面図である。 この発明に係る第３実施例のポリシリコンヒューズ３００の構成図であり、同図（ａ）は、要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＹ−Ｙ線で切断した要部断面図である。 この発明に係る第４実施例のポリシリコンヒューズを有する半導体装置４００の構成図である。 この発明に係る第５実施例のポリシリコンヒューズを有する半導体装置５００の構成図である。 図１２のＥ部の等価回路図である。 第１ポリシリコンヒューズ部２と第２ポリシリコンヒューズ部４およびダイオードＤをまとめてトリミングヒューズＦ（Ｆ１〜Ｆ３）とした場合の図１１の等価回路図である。 図１２の半導体装置５００に用いられる第１ポリシリコンヒューズ部２と第２ポリシリコンヒューズ部４を溶断したときの印加電圧と時間の関係を示す図である。 従来のポリシリコンヒューズ６００の構成図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図である。 ポリシリコンヒューズ６００の溶断後の狭窄部５１の拡大断面図である。

実施の形態を以下の実施例で説明する。

図１および図２は、この発明に係る第１実施例のポリシリコンヒューズ１００の構成図であり、図１は要部平面図、図２（ａ）は図１のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図、図２（ｂ）は図１のＹ−Ｙ線で切断した要部断面図である。ポリシリコンヒューズ１００は空洞形成用の第１ポリシリコンヒューズ部２と回路特性調整用の第２ポリシリコンヒューズ部４で構成される。第１ポリシリコンヒューズ部２は、第１狭窄部２ａ、第１電極部２ｂ、第１金属電極２ｃおよび第１接続ビア２ｄからなり、第２ポリシリコンヒューズ部４は第２狭窄部４ａ、第２電極部４ｂ、第２金属電極４ｃおよび第２接続ビア４ｄからなる。

このポリシリコンヒューズ１００は、絶縁層１と、この絶縁層１上に配置される空洞形成用の第１ポリシリコンヒューズ部２と第１ポリシリコンヒューズ部２上に配置される層間絶縁膜３を備える。この第１ポリシリコンヒューズ部２は幅が狭い第１狭窄部２ａとこれに接続する幅の広い第１電極部２ｂで構成される。尚、図中の符号のＷ１は第１狭窄部２ａの幅、Ｌ１は第１狭窄部２ａの長さおよびＴ１は第１ポリシリコンヒューズ部２の厚さである。

また、層間絶縁膜３上に配置される回路特性調整用の第２ポリシリコンヒューズ部４と、前記第１金属電極２ｃ上と第２ポリシリコンヒューズ部４上および層間絶縁膜３上に配置される層間絶縁膜５を備える。この第２ポリシリコンヒューズ部４は幅が狭い第２狭窄部４ａとこれに接続する幅の広い第２電極部４ｂで構成される。尚、図中の符号のＷ２は第２狭窄部４ａの幅、Ｌ２は第２狭窄部４ａの長さおよびＴ２は第２ポリシリコンヒューズ部４の厚さである。

また、第１ポリシリコンヒューズ部２上に配置される層間絶縁膜３おとび層間絶縁膜５に第１接続ビア２ｄを形成し、この第１接続ビア２ｄを介して前記第１電極部２ｂに接続する第１金属電極２ｃ（第１ヒューズ電極）を備える。

また、第２ポリシリコンヒューズ部４上に配置される層間絶縁膜５に第２接続ビア４ｄを形成し、この第２接続ビア４ｄを介して第２電極部４ｂに接続する第２金属電極４ｃ（第２ヒューズ電極）を備える。

前記第１金属電極２ｃ上と第２金属電極４ｃ上および前記層間絶縁膜５上に配置される表面保護膜６を備える。
前記の第１ポリシリコンヒューズ部２と第２ポリシリコンヒューズ部４は互いに直交して配置される。直交する箇所は第１狭窄部２ａと第２狭窄部４ａであり、互いに重なるように層間絶縁膜３を挟んで配置される。

前記の第１金属電極２ｃに電圧を印加して第１ポリシリコンヒューズ部２に電流を流して、第１狭窄部２ａを溶断する。この第１狭窄部２ａのポリシリコンが溶融するとき、第１狭窄部２ａの近傍の第１電極部２ｂのポリシリコンも溶融し、第１狭窄部２ａのポリシリコンは第１電極部２ｂの溶融したポリシリコン８は表面張力により引き寄せられて第１ポリシリコンヒューズ部２に空洞７が形成される。このとき溶融したポリシリコンの残渣８ａが繋がっても空洞７は形成される。（図４参照）。

空洞７形成後、前記の第２金属電極４ｃに電圧を印加して第２ポリシリコンヒューズ部４に電流を流すと、第２狭窄部４ａのポリシリコンが溶融し、この溶融したポリシリコン８は四方八方に飛散し、層間絶縁膜３を破壊して空洞７に吸収される。溶融したポリシリコン８が空洞７に吸収されることで、溶融したポリシリコンの残渣８ａは分断され、第２ポリシリコンヒューズ部４は切断される（図６参照）。第２ポリシリコンヒューズ部４が分断されることで、この第２ポリシリコンヒューズ部４に接続する調整用抵抗の一つが切り離され、回路抵抗Ｒは調整される。この回路抵抗Ｒは調整用抵抗Ｒ１〜Ｒ４とポリシリコンヒューズ１００で構成される。

前記の下層の第１狭窄部２ａは、幅Ｗ１が例えば２μｍ程度、長さＬ１が例えば２μｍ程度で、抵抗値は数十Ω程度と小さい。一方、上層の第２狭窄部４ａは、幅Ｗ２が例えば1μｍ程度、長さＬ２が例えば２μｍ程度で、抵抗値は数百Ω程度と大きい。また、第１ポリシリコンヒューズ部２および第２ポリシリコンヒューズ部４のポリシリコンの厚さＴ１，Ｔ２は０．５〜１μｍ程度である。

前記の絶縁層１はＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ：選択酸化膜）などで形成される。また、前記の第１ポリシリコンヒューズ部２および第２ポリシリコンヒューズ部４のそれぞれの抵抗値は、ポリシリコンに導入する不純物のドーズ量やイオン注入量で調整される。空洞を形成する第１狭窄部２ａの面積は、第２狭窄部４ａの面積と同等かそれ以上が好ましい。

前記の層間絶縁膜３は例えば厚さＴ３が０．１μｍ〜０．５μｍ程度のＨＴＯ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｏｘｉｄｅ）膜などで形成される。この層間絶縁膜３の厚さを０．１μｍ未満にすると、第１ポリシリコンヒューズ部２の溶断で層間絶縁膜３は破損する場合が生じる。一方、０．５μｍ超にすると、第２ポリシリコンヒューズ部４が溶断したときに層間絶縁膜３が破損しなくなり、空洞７に溶融したポリシリコン８を吸収することが出来なくなる。

また、ＬＯＣＯＳなどの厚い絶縁膜１上に空洞７を形成するための第１ポリシリコンヒューズ部２が形成されているので、この第１ポリシリコンヒューズ部２の切断状態は下地の半導体基板内に形成される半導体回路には影響を及ぼさない。

前記したように、回路調整用の第２ポリシリコンヒューズ部４の第２狭窄部４ａの下方に空洞７を設けることによって、第２狭窄部４ａの溶融したポリシリコンが空洞７に吸収されて確実に分断され、電気的な絶縁状態を安定して維持できるようになる。

図３〜図６は、トリミングで回路特性調整用の第２ポリシリコンヒューズ部４を溶断する場合の順序を工程順に示した工程図である。（ａ）は図１に相当する平面図、図３および図４の（ｂ）は図２（ｂ）に相当する要部断面図、図５および図６の（ｂ）は図２（ａ）に相当する要部断面図である。

図３において、第１金属電極２ｃ間に電圧Ｖ１を印加して、空洞形成用の第１ポリシリコンヒューズ部２に電流Ｉ１を流す。この電流Ｉ１は矢印で示すように第１金属電極２ｃ（図の上側）から第１電極部２ｂ（図の上側）、第１狭窄部２ａ、第１電極部２ｂ（図の下側）を経由して第１金属電極２ｃ（図の下側）へ流れる。

つぎに、図４において、前記したように、電流Ｉ１によるジュール熱により第１狭窄部２ａとこの第１狭窄部２ａの近傍の第１電極部２ｂのポリシリコンが溶融する。第１狭窄部２ａの溶融したポリシリコンは第１電極部２ｂの溶融したポリシリコン８に表面張力によって引っ張られて分断し、空洞７が形成される。このとき、第１狭窄部２ａが完全に分断されない場合でも空洞７（空隙）は形成される。

つぎに、図５において、金属電極にＶ１より高い電圧Ｖ２を印加して、回路特性調整用の第２ポリシリコンヒューズ部４の第２狭窄部４ａのポリシリコンに電流Ｉ２を流す。
つぎに、図６において、第２狭窄部４ａのポリシリコンが溶融することで、溶融したポリシリコン８が下側の層間絶縁膜３と一緒に飛散（破壊）する。溶融したポリシリコン８が飛散して空洞７に達することで、第２ポリシリコンヒューズ部４の第２狭窄部４ａの溶融したポリシリコンの残渣８ａは確実に分断される。そのため、高温下でもマイグレーションによる残渣の繋がりを防止できて、電気的な絶縁状態を安定して得ることができる。その結果、高い信頼性のポリシリコンヒューズ１００が得られる。

図７は、第２狭窄部４ａの溶断前後の断面図であり、同図（ａ）は溶断前で空洞７が形成された図、同図（ｂ）は溶断後の図である。
同図（ａ）に示すように溶融したポリシリコン８が分断されなくても、同図（ｂ）に示すように回路特性調整用の第２ポリシリコンヒューズ部４が溶断時には溶融したポリシリコン８が空洞７に吸収されて、第２ポリシリコンヒューズ部４は確実に分断される。

また、本実施例は、空洞形成用の第１ポリシリコンヒューズ部２が回路調整用の第２ポリシリコンヒューズ部４の下に位置した状態で、回路調整用の第２ポリシリコンヒューズ部４を溶融する。このような場合、回路調整用の第２ポリシリコンヒューズ部４が溶けきらなかったとしても、溶けきらなかった第２ポリシリコンヒューズ部４は層間絶縁膜３の破壊とともに空洞７に落ちる。よって、分断を確実に行うことができる。

図８は、ポリシリコンヒューズ１００を溶断したとき印加電圧と時間の関係を示し、同図（ａ）は第１ポリシリコンヒューズ部２の溶断を示す図、同図（ｂ）は第２ポリシリコンヒューズ部４の溶断を示す図である。

同図（ａ）において、第１金属電極２ｃに電圧Ｖ１＝１０Ｖを印加して、第１金属電極２ｃから３０ｍＡの電流Ｉ１（ここではＩ１は定電流）を空洞形成用の第１ポリシリコンヒューズ部２に流す。第１狭窄部２ａは電流Ｉ１によるジュール熱により発熱し１秒で溶断して空洞７が形成される。この電流Ｉ１を大きくすると、第１狭窄部２ａが溶断したときに、層間絶縁膜３が破裂して第２狭窄部４ａに影響を及ぼすため、第１狭窄部２ａに流す電流Ｉ１を過大にすることは好ましくない。

同図（ｂ）において、第１ポリシリコンヒューズ部２が溶断して空洞７が形成された後、第２ポリシリコンヒューズ部４の第２金属電極４ｃに電圧Ｖ２＝１８Ｖを印加して、第２ポリシリコンヒューズ部４に４０ｍＡの電流Ｉ２（ここではＩ２は定電流）を流す。この電流Ｉ２により、１．６秒で第２狭窄部４ａが溶断する。溶融したポリシリコン８は空洞７に吸収されて、第２ポリシリコンヒューズ部４は電気的な絶縁状態を安定して維持できるようになる。その結果、ポリシリコンヒューズ１００は電気的な絶縁状態を安定して維持できる。

図９は、この発明に係る第２実施例のポリシリコンヒューズ２００の構成図であり、同図（ａ）は、要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＹ−Ｙ線で切断した要部断面図である。

図１のポリシリコンヒューズ１００との違いは、第２ポリシリコンヒューズ部４上に層間絶縁膜１０を挟んで別の空洞形成用の第１ポリシリコンヒューズ部１１を配置している点である。上層の第１ポリシリコンヒューズ部１１は下層の第１ポリシリコンヒューズ部２の直上に同一形状で配置する。第２ポリシリコンヒューズ部４の上下に空洞７を配置することで絶縁状態は図１の場合よりさらに向上させることができる。

勿論、上層の第１ポリシリコンヒューズ部１１のみでも図１と同様の効果が得られる。
これは、溶融したポリシリコンは重力と無関係に四方八方に飛散するため、空洞が第２ポリシリコンヒューズ部４の上方に位置した場合も溶融したポリシリコンは効果的に空洞に吸収されるためである。

図１０は、この発明に係る第３実施例のポリシリコンヒューズ３００の構成図であり、同図（ａ）は、要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＹ−Ｙ線で切断した要部断面図である。

第２ポリシリコンヒューズ部４の左右に隣接して第１ポリシリコンヒューズ部１５を横にそれぞれ配置した点が実施例１，２と異なる。空洞７を形成する狭窄部１５ａと回路特性調整用の第２ポリシリコンヒューズ部４の第２狭窄部４ａを水平方向で分離している絶縁膜３ａ（層間絶縁膜３に相当する絶縁膜）は薄い方が破壊され易いため好ましい。また、第２ポリシリコンヒューズ部４の上下左右に第１ポリシリコンヒューズ部２，１１，１５を配置してもよい。

本発明のポリシリコンヒューズのポイントは、空洞形成用の第１ポリシリコンヒューズ部２、１５の第１狭窄部２ａ，１５ａを溶融して空洞７を形成し、この空洞７を回路調整用の第２ポリシリコンヒューズ部４の第２狭窄部４ａに隣接して配置する点にある。

図１１は、この発明に係る第４実施例のポリシリコンヒューズを有する半導体装置４００の構成図である。
この半導体装置４００は、半導体回路を備え、回路特性を調整するための複数並列接続された調整用抵抗Ｒ１〜Ｒ４と、この調整用抵抗Ｒ１〜Ｒ４の内Ｒ１〜Ｒ３にそれぞれ接続する第１ポリシリコンヒューズ部２および第２ポリシリコンヒューズ部４を備える。回路抵抗Ｒは適正な回路特性を得るための抵抗である。この回路抵抗Ｒは前記のＲ１〜Ｒ４で構成され、このＲ１〜Ｒ４は回路抵抗Ｒを調整するための抵抗である。この内Ｒ４は回路調整用の固定抵抗であり、Ｒ１〜Ｒ３はＲ４の抵抗値を減じる調整をするための抵抗である。Ｒ１〜Ｒ３のいずれかまたはすべてをグランドＧＮＤと分離することで、回路抵抗Ｒの調整は行なわれる。

第１ポリシリコンヒューズ部２および第２ポリシリコンヒューズ部４がトリミングのためのヒューズＦ（Ｆ１〜Ｆ３）を構成する。また、トリミング（調整）した後の第２ポリシリコンヒューズ部４と接続する調整用抵抗（Ｒ１〜Ｒ３のいずれか）と第２ポリシリコンヒューズ部４で前記の回路抵抗Ｒ（集積回路などを構成する抵抗）は構成される。

前記した図２を参照しながら半導体装置４００の構成を説明する。半導体基板２０上に絶縁層１である例えばＬＯＣＯＳが配置され、この絶縁層１上に第１ポリシリコンヒューズ部２が配置される。第１ポリシリコンヒューズ部２上に層間絶縁膜３を介して第２ポリシリコンヒューズ部４が配置され、第２ポリシリコンヒューズ部４上に層間絶縁膜５と表面保護膜６が配置される。半導体基板２０の外周部上には第１、第２トリミングパッド２１、２２が配置される。第１トリミングパッド２１は第１ポリシリコンヒューズ部２の第１金属電極２ｃ、第２トリミングパッド２２は第２ポリシリコンヒューズ部４の第２金属電極４ｃに接続する。

ここでは調整用抵抗Ｒ１〜Ｒ４（各抵抗値は例えば数１０ｋΩ以上）は４個あり、その一端はそれぞれ接続している。Ｒ１〜Ｒ３の他端は第１ポリシリコンヒューズ部２および第２ポリシリコンヒューズ部４を介してグランドＧＮＤに接続し、Ｒ４は直接グランドＧＮＤに接続している。

つぎに動作を説明する。Ｒ１に接続する第１トリミングパッド２１に電圧Ｖ１を印加して第１ポリシリコンヒューズ部２に電流Ｉ１（ここでは定電流）を流して溶断し空洞７を形成する。つぎに、第２トリミングパッド２２で電圧Ｖ２を印加して電流Ｉ２（ここでは定電流）を流して第２ポリシリコンヒューズ部４を溶断する。溶断したポリシリコンは空洞７に吸収され確実に分断されるので、ポリシリコンヒューズ１００は絶縁状態を安定して維持することができる。尚、Ｖ１，Ｖ２，Ｉ１，Ｉ２は図８で説明してある。

抵抗値の調整がさらに必要になるときには、Ｒ２に接続する第１トリミングパッド２１に電圧Ｖ１を印加して電流Ｉ１を流して、第１ポリシリコンヒューズ部２を溶断して空洞７を形成する。つぎに、第２トリミングパッド２２で電圧Ｖ２を印加して電流Ｉ２を流して第２ポリシリコンヒューズ部４を溶断する。この操作を繰り返すことで回路抵抗Ｒを調整することができる。

図１２は、この発明に係る第５実施例のポリシリコンヒューズを有する半導体装置５００の構成図である。
図１１の半導体装置４００との違いは、第１ポリシリコンヒューズ部２の第１金属電極２ｃと第２ポリシリコンヒューズ部４の第２金属電極４ｃの間にダイオードＤを設けて、前記の第２トリミングパッド２１を削除して一つのトリミングパッド２３にすることで、トリミングパッド数を半減した点である。

また、前記のダイオードＤのカソードＫは第２ポリシリコンヒューズ部４の第２金属電極４ｃに接続し、アノードＡは第１ポリシリコンヒューズ部２の第１金属電極２ｃに接続する。

第１ポリシリコンヒューズ部２の第１金属電極２ｃと第２ポリシリコンヒューズ部４の第２金属電極４ｃに接続する前記の第１、第２トリミングパッド２１，２２を共通化して一つのトリミングパッド２３にすることで半導体装置３００に比べて半導体装置４００の占有面積を小さくできる。

図１３は、図１２のＥ部の等価回路図である。第１ポリシリコンヒューズ部２と第２ポリシリコンヒューズ部４をそれぞれヒューズ記号で表わしてそれぞれＦ０１，Ｆ０２と称する。

図１４は、第１ポリシリコンヒューズ部２と第２ポリシリコンヒューズ部４およびダイオードＤをまとめてトリミングヒューズＦ（Ｆ１〜Ｆ３）とした場合の図１１の等価回路図である。

図１５は、図１２の半導体装置５００に用いられる第１ポリシリコンヒューズ部２と第２ポリシリコンヒューズ部４を溶断したときの印加電圧と時間の関係を示す図である。
トリミングパッド２３に、例えば電圧Ｖ１を印加して３０ｍＡの電流Ｉ１（ここでは定電流）を空洞形成用の第１ポリシリコンヒューズ部２（Ｆ０１）に流すと、１秒後（電圧Ｖ１が跳ね上がる）に第１ポリシリコンヒューズ部２（Ｆ０１）のみを溶断して空洞７が形成される。つぎに、１．５秒の時点に電圧Ｖ１から電圧Ｖ２に切り替えて、４０ｍＡの電流Ｉ２（ここでは定電流）を第２ポリシリコンヒューズ部４（Ｆ０２）に流すと、３．２秒後（電圧Ｖ２が跳ね上がる）に第２ポリシリコンヒューズ部４（Ｆ０２）は溶断する。

この溶断により調整用抵抗Ｒ１〜Ｒ３の一部が切り離されて回路抵抗Ｒは大きくなり調整される。この調整が不十分な場合にはさらに前記の操作を繰り返す。
前記のダイオードＤは、分断が不十分な空洞形成用の第１ポリシリコンヒューズ部２を回路抵抗Ｒから切り離す働きをする。

以上説明のとおり、本発明では、溶融したポリシリコンが空洞７に吸収されるため、高温動作においてもマイグレーションによる特性変動（例えば、漏れ電流の増加など）が抑制されて、高い信頼性の半導体装置４００，５００を提供することができる。

１ 絶縁層
２、１１，１５、Ｆ０１ 第１ポリシリコンヒューズ部
２ａ、１５ａ 第１狭窄部
２ｂ 第１電極部
２ｃ 第１金属電極
２ｄ 第１接続ビア
３，３ａ，５ 層間絶縁膜
４、Ｆ０２ 第２ポリシリコンヒューズ部
４ａ 第２狭窄部
４ｂ 第２電極部
４ｃ 第２金属電極
４ｄ 第２接続ビア
６ 表面保護膜
７ 空洞
８ 溶融したポリシリコン
８ａ 溶融したポリシリコンの残渣
２０ 半導体基板
２１ 第１トリミングパッド
２２ 第２トリミングパッド
２３ トリミングパッド
１００，２００、Ｆ、Ｆ１〜Ｆ３ ポリシリコンヒューズ
３００，４００ 半導体装置
Ｒ 回路抵抗
Ｒ１〜Ｒ３ 調整用抵抗
Ｒ４ 固定抵抗
Ｉ１，Ｉ２ 電流
Ｄ ダイオード

Claims (8)

1. 幅が狭い第１狭窄部と該第１狭窄部の両側に該第１狭窄部と接続する幅が広い第１電極部を有する空洞形成用の第１ポリシリコンヒューズ部と、
   幅が狭い第２狭窄部と該第２狭窄部の両側に前記第２狭窄部と接続する幅が広い第２電極部を有する回路特性調整用の第２ポリシリコンヒューズ部と、を備え、
   前記第１狭窄部と前記第２狭窄部が絶縁膜を挟んで対向して配置されることを特徴とするポリシリコンヒューズ。
2. 前記第１ポリシリコンヒューズ部と前記第２ポリシリコンヒューズ部が互いに直交し、前記第１狭窄部と前記第２狭窄部が重なるように配置されることを特徴とする請求項１に記載のポリシリコンヒューズ。
3. 前記絶縁膜の厚さが、０．１μｍ以上で、０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のポリシリコンヒューズ。
4. 前記請求項１〜３のいずれか一項に記載のポリシリコンヒューズを有する半導体装置であって、
   前記第１ポリシリコンヒューズ部の一方の第１電極部が第１トリミングパッドに接続し、他方の第１電極部がグランドに接続し、
   前記第２ポリシリコンヒューズ部の一方の第２電極部が第２トリミングパッドと回路特性調整用部品に接続し、他方の第２電極部がグランドに接続することを特徴とする半導体装置。
5. 前記回路特性調整用部品が抵抗であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
6. 一方の前記第１電極部にアノードが接続し、一方の前記第２電極部にカソードが接続するダイオードを配置し、前記第２トリミングパッドを削除することを特徴とする請求項４または５に記載の半導体装置。
7. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載のポリシリコンヒューズの分断方法であって、
   前記第１ポリシリコンヒューズ部の両前記第１電極部間に電圧を印加することにより前記第１狭窄部を溶融し空洞を形成する空洞形成工程と、
   前記空洞形成工程の後、前記第２ポリシリコンヒューズ部の両前記第２電極部間に電圧を印加することにより前記第２狭窄部を溶融し、かつ、該溶融したポリシリコンが前記第２狭窄部と前記空洞との間の前記絶縁膜を破壊し前記空洞に飛散することにより前記第２ポリシリコンヒューズ部を電気的に分断することを特徴とするポリシリコンヒューズの分断方法。
8. 前記空洞形成工程の前に、前記第１狭窄部が前記第２狭窄部の下方に位置するようにする工程を備えることを特徴とする請求項７に記載のポリシリコンヒューズの分断方法。