JP6295589B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体装置に関する。

半導体集積回路の特性を調整する方法として、抵抗値を調整可能なポリシリコンヒューズを用いたトリミングが公知である。ポリシリコンヒューズは、ポリシリコンからなる抵抗体（以下、ポリシリコン抵抗体とする）を有し、回路特性を調整するためのデータの書き込みなどに利用されている。ポリシリコンヒューズを用いたトリミングでは、ポリシリコン抵抗体に比較的大きな電流を流して融点以上に加熱し、電流経路となるポリシリコン抵抗体の一部をシリコン酸化物などの絶縁体や空隙に変えることで、ポリシリコンヒューズの抵抗値を増加させている。

ポリシリコンヒューズは、低電圧で抵抗値を変化させることができる構成であるのが好ましい。その理由は、半導体集積回路の内部で使用される低電圧でポリシリコンヒューズをトリミングすることができるからである。これによって、ポリシリコンヒューズをパッケージに組み込んだ後においても、半導体集積回路の内部で使用される低電圧でポリシリコンヒューズをトリミングして回路特性を調整することができるなど、ポリシリコンヒューズのトリミングのタイミングやポリシリコンヒューズに電流を流すための手段など設計の自由度が向上するという利点がある。

低電圧で抵抗値を増加させることができるポリシリコンヒューズを備えた半導体装置として、局所的に幅の狭い領域（断面積の小さい部分）を有するポリシリコン抵抗体と、一部を略半円状にくり貫いた平面形状とすることで、ポリシリコン抵抗体の幅の狭い領域からほぼ同心円状に一定距離を隔てた位置に配置したコンタクト電極と、からなるポリシリコンヒューズを備えた装置が提案されている（例えば、下記特許文献１参照。）。下記特許文献１では、ポリシリコン抵抗体の幅の狭い領域からコンタクト電極までの距離を一定にし、ポリシリコン抵抗体の幅の狭い領域に電流を集中させている。

しかしながら、下記特許文献１では、ポリシリコン抵抗体の幅の狭い領域に発熱箇所を集中させてポリシリコン抵抗体を溶断させているが、ポリシリコン抵抗体の溶断部分の状態によっては十分な信頼性が得られない虞がある。その理由は、次のとおりである。従来の半導体集積回路では、ポリシリコンヒューズに電圧がかかった状態で動作している場合が多い。このため、ポリシリコン抵抗体の溶断部分の状態によっては、この溶断部分が電流経路となってしまい、ポリシリコンヒューズ全体にリーク電流が流れて発熱し、ポリシリコンヒューズの状態が製品出荷時と異なる状態に変化する虞がある。すなわち、長時間使用する際の長期的な信頼性が低いという問題がある。

このような問題が生じないようにポリシリコンヒューズをトリミングするには、ポリシリコン抵抗体の一部を絶縁体や空隙に変えることでポリシリコン抵抗体を確実に切断し、かつ絶縁体や空隙に置き換えた部分を挟んで対向するポリシリコン抵抗体間の距離を可能な限り長く確保する必要がある（例えば、下記非特許文献１参照。）。下記非特許文献１では、ポリシリコン抵抗体の一部を空隙に変えることでポリシリコンヒューズの抵抗値を増加させている。下記非特許文献１に示すポリシリコンヒューズについて、図９〜１１を参照して説明する。図９〜１１は、下記非特許文献１の図１，２である。

図９は、従来のポリシリコンヒューズの平面構造を示す平面図である。図１０は、図９のポリシリコンヒューズを備えた半導体装置の構造を示す斜視図である。図１１は、図１０の半導体装置のポリシリコンヒューズ周辺の構造を示す平面図である。図９〜１１に示すように、従来のポリシリコンヒューズは、半導体基板１０１上にＬＯＣＯＳ膜（不図示）を介して設けられたポリシリコン抵抗体１０２で構成される。ポリシリコン抵抗体１０２は、溶断される第１部分１０２−１の幅（短手方向の長さ）ｗ１０２−１を他の第２部分１０２−２の幅ｗ１０２−２よりも狭くした平面形状を有する。

ポリシリコン抵抗体１０２の第１部分１０２−１の平面形状は細長い略矩形状となっている。具体的には、ポリシリコン抵抗体１０２の第１部分１０２−１は、長手方向の長さｌ１０２−１を３μｍ程度とし、短手方向の長さ（幅）ｗ１０２−１を１μｍ程度とし、厚さｔ１０１を０．５μｍ程度としている。溶断前のポリシリコンヒューズの抵抗値は２００Ω程度である。電圧４Ｖでの溶断後のポリシリコンヒューズの抵抗値は例えば１０ＧΩ以上である。ポリシリコン抵抗体１０２を低電圧で溶解するために、ポリシリコン抵抗体１０２の第１部分１０２−１の周囲には酸化膜１０４を除去してなる空洞１０３が設けられている。

ポリシリコン抵抗体１０２の第１部分１０２−１の周囲に空洞１０３を形成するには、一般的なＣＭＯＳプロセスに、エッチングにより酸化膜１０４に空洞１０３を形成する際にマスクとして用いるエッチングマスクの形成工程が追加される。また、酸化膜１０４をエッチングするときに、ポリシリコン抵抗体１０２のカバープレートとして使用するポリシリコン膜１０５をポリシリコン抵抗体１０２の第１部分１０２−１の上方に形成する。ポリシリコン膜１０５には、エッチングにより空洞１０３を形成するために必要な処理が施されている。符号１０６は酸化膜であり、符号１０７はパッシベーション膜である。

空洞１０３は、酸化膜１０４に比べて、熱伝導率が小さく、熱の発散が少ない。このため、図９〜１１に示す半導体装置では、ポリシリコン抵抗体１０２を溶断するために外部から供給されるエネルギーは、ポリシリコン抵抗体の周囲が酸化膜で覆われている場合と比べて少なく、ポリシリコン抵抗体１０２の第１部分１０２−１を低電圧で溶断する（焼き切る）ことができる。また、空洞１０３には、ポリシリコン抵抗体１０２の溶解した部分が流れ込むのに十分な空間があり、溶断されたポリシリコンは下方に流れ落ち、ポリシリコン抵抗体１０２の第２部分１０２−２間に残留しない。このため、ポリシリコン抵抗体１０２の第１部分１０２−１を確実に空隙に置き換えられる。

特開２０００−４０７９０号公報

ディ・メイヤー−シュナイダー（Ｄ．Ｍａｉｅｒ−Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ）、外３名、ノベル サーフェイス−マイクロマシンド ロー−パワー フュージズ フォア オン−チップ キャリブレーション（Ｎｏｖｅｌ ｓｕｒｆａｃｅ−ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ ｌｏｗ−ｐｏｗｅｒ ｆｕｓｅｓ ｆｏｒ ｏｎ−ｃｈｉｐ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）、（独国）、センサーズ アンド アクチュエータズ Ａ：フィジカル（Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ）、エルゼビア（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ）、２００２年、第９７〜９８巻、ｐ．１７３−１７８

しかしながら、上述した非特許文献１では、次の２つの理由により、コストが増加するという問題がある。１つ目の理由は、上述したように、エッチングにより空洞１０３を形成する際に用いるエッチングマスクが必要となるからである。２つ目の理由は、溶解したポリシリコンが流れ込む空間を形成するために空隙１０３を広くしているため、ポリシリコン抵抗体１０２のカバープレートとして使用するポリシリコン膜１０５の面積を広くする必要があり（例えば上記非特許文献１では３０μｍ×３０μｍ）、周囲が酸化膜で覆われた通常のポリシリコンヒューズよりもサイズが大きくなるからである。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、信頼性の高いヒューズを備えた半導体装置を低コストで提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、次の特徴を有する。半導体基板上に絶縁膜が設けられている。前記絶縁膜上にヒューズが設けられている。前記ヒューズを覆う酸化膜が設けられている。前記酸化膜に、前記ヒューズの一部を露出するコンタクトホールが選択的に設けられている。前記コンタクトホールの内部に、コンタクト電極が設けられている。前記コンタクト電極は、前記ヒューズに接する。前記ヒューズは、第１抵抗体、第２抵抗体および第３抵抗体からなる。第１抵抗体、第２抵抗体および第３抵抗体は、多結晶シリコンからなる。前記第２抵抗体は前記第１抵抗体の一方の端部に連続し、前記第３抵抗体は前記第１抵抗体の他方の端部に連続する。前記第２抵抗体および前記第３抵抗体は、前記第１抵抗体よりも抵抗が低い。そして、前記第１抵抗体の幅は、前記第２抵抗体側および前記第３抵抗体側から所定箇所に向かって狭くなっている。前記第１抵抗体は、前記第２抵抗体と前記第３抵抗体との間に、電流経路に直交する方向に並列に、複数形成されている。前記第２抵抗体および前記第３抵抗体にそれぞれ１つ以上の前記コンタクト電極が設けられている。

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第１抵抗体は、前記所定箇所を上底とし、前記第２抵抗体との界面および前記第３抵抗体との界面をそれぞれ下底とする２つの台形形状を上底同士が対向するように配置した平面形状を有することを特徴とする。

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第１抵抗体の、前記第２抵抗体との界面を下底とする台形形状部分の側面と、前記第３抵抗体との界面を下底とする台形形状部分の側面と、のなす角度は、９０度より大きいことを特徴とする。

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記ヒューズには、前記第２抵抗体から前記第１抵抗体を介して前記第３抵抗体に向かう電流経路で電流が流れ、前記第１抵抗体の前記所定箇所は、前記電流が流れることにより最も発熱する箇所であることを特徴とする。

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第１抵抗体の、前記電流経路に直交する方向の幅は、前記第２抵抗体および前記第３抵抗体の、前記電流経路に直交する方向の幅よりも狭いことを特徴とする。

上述した発明によれば、半導体集積回路の内部で使用される低電圧（例えば５Ｖ〜１０Ｖ程度）であっても、ヒューズの切断面間の距離を従来よりも長くすることができる。これにより、従来構造より確実に、ヒューズを切断することができる。また、本発明によれば、ヒューズの周囲を空洞にするためのエッチング処理に用いるエッチングマスクや、ポリシリコン抵抗体のカバープレートを必要としないため、コストが増加することを防止することができる。

本発明にかかる半導体装置によれば、信頼性の高いヒューズを備えた半導体装置を低コストで提供することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる半導体装置に設けられたポリシリコンヒューズの構造を示す斜視図である。 実施の形態１にかかるポリシリコンヒューズの平面構造を示す平面図である。 図２のポリシリコンヒューズの切断後の状態を示す平面図である。 従来のポリシリコンヒューズの平面構造を示す平面図である。 図４のポリシリコンヒューズの切断後の状態を示す平面図である。 本発明にかかる半導体装置のポリシリコンヒューズを構成するポリシリコン抵抗体の高抵抗導体の１／２の部分を示す平面図である。 実施の形態２にかかる半導体装置に設けられたポリシリコンヒューズの平面構造を示す平面図である。 実施の形態２にかかる半導体装置に設けられたポリシリコンヒューズの別の一例の平面構造を示す平面図である。 従来のポリシリコンヒューズの平面構造を示す平面図である。 図９のポリシリコンヒューズを備えた半導体装置の構造を示す斜視図である。 図１０の半導体装置のポリシリコンヒューズ周辺の構造を示す平面図である。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、添付図面において、この発明にかかる半導体装置の各構成は、当該構成を見やすくするために実際の寸法と異なる寸法で図示されている。

（実施の形態１）
実施の形態１にかかる半導体装置の構造について説明する。図１は、実施の形態１にかかる半導体装置に設けられたポリシリコンヒューズの構造を示す斜視図である。図２は、実施の形態１にかかるポリシリコンヒューズの平面構造を示す平面図である。実施の形態１にかかる半導体装置は、図１，２に示すようなポリシリコンヒューズを複数備える。複数のポリシリコンヒューズは、例えば、１つのポリシリコンヒューズを１ビットとし、ポリシリコンヒューズが切断されているか否かによってデータの書き込みを行う記憶部（メモリ）を構成する。ポリシリコンヒューズは、半導体基板（不図示）上にＬＯＣＯＳ膜（局部絶縁膜）を介して設けられている。すなわち、ポリシリコンヒューズは、半導体基板上の例えば絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などの半導体素子のおもて面素子構造（不図示）が設けられていない部分に配置されている。

ポリシリコンヒューズは、例えば、ポリシリコン（多結晶シリコン）からなる抵抗体（以下、ポリシリコン抵抗体とする）１で構成される。ポリシリコン抵抗体１は、例えば、一般的な半導体製造プロセスによって形成されるポリシリコン層を用いて形成される。ポリシリコン抵抗体１は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）によって覆われている。また、ポリシリコン抵抗体１は、相対的に高抵抗な部分（以下、高抵抗導体とする、第１抵抗体）２と、相対的に低抵抗な部分（以下、低抵抗導体とする、第２，３抵抗体）３とからなる。具体的には、例えば、ポリシリコン抵抗体１は、高抵抗導体２と、高抵抗導体２の一方の端部に接する低抵抗導体（第２抵抗体）３と、高抵抗導体２の他方の端部に接する低抵抗導体（第３抵抗体）３と、からなる。ポリシリコンヒューズのトリミング時、ポリシリコン抵抗体１には、一方の低抵抗導体３から高抵抗導体２を介して他方の低抵抗導体３へ向かう電流経路で電流が流れる。高抵抗導体２は、低抵抗導体３の幅（ポリシリコン抵抗体１の電流経路に直交する方向における長さ、以下、単に幅とする）ｗ３よりも幅ｗ２−１，２−２（詳細は後述）を狭くすることによって低抵抗導体３よりも高抵抗となっており、電流が集中し温度が上昇しやすくなっている。

高抵抗導体２のうち、ポリシリコンヒューズに電流が流れたときに最も活発に反応する第１箇所（例えば、ポリシリコン抵抗体１の電流経路に平行な方向における高抵抗導体２の中央部）２１の幅ｗ２−１は最も狭くなっている。また、高抵抗導体２のうち、低抵抗導体３との界面である第２箇所２２の幅ｗ２−２は最も広くなっている。ポリシリコン抵抗体１が反応するとは、ポリシリコンヒューズのトリミング時にポリシリコン抵抗体１に電圧が印加されることにより、ジュール熱が生じて発熱することである。第１箇所２１は、最も活発に反応する箇所であり、発熱によりポリシリコンが溶解する、または溶解して蒸発する。ポリシリコンヒューズのトリミングのメカニズムについては後述する。

高抵抗導体２の幅は、第１箇所２１から第２箇所２２に向かって徐々に広くなっているのが好ましい。すなわち、高抵抗導体２は、第１箇所２１を上底とし、第２箇所２２を下底とする台形状の平面形状を有する部分（以下、台形形状部分とする）を、当該台形形状部分の上底同士が対向するように当該上底を対称軸として線対称に配置した平面形状を有するのが好ましい。それは、次の３つの理由による。

１つ目の理由は、高抵抗導体を略矩形状の平面形状とした従来構造（以下、単に従来構造とする）よりも、確実にポリシリコン抵抗体１を切断することができるからである。具体的には、ポリシリコンヒューズのトリミング時に、高抵抗導体２の第１箇所２１付近の溶解の結果、ポリシリコンの収縮によって形成される空隙部分の長さ（ポリシリコン抵抗体１の電流経路に平行な方向における長さ、以下、単に長さとする）、すなわち第１箇所２１を上底とした空隙部分の台形形状の高さは、従来構造の高抵抗導体の溶解する部分の長さよりも長くなる（後述する図６の説明を参照）。これにより、トリミングによって切断されたポリシリコン抵抗体１の切断面間の距離を従来構造よりも長くすることができる。したがって、ポリシリコン抵抗体１の切断面間に挟まれた部分の抵抗を従来構造よりも高抵抗とすることができる。

２つ目の理由は、高抵抗導体２の第１箇所２１を溶断しやすくすることができるからである。具体的には、例えば、高抵抗導体２の幅を第１箇所２１から第２箇所２２に向かって段階的に広くする場合、電界が集中する箇所が段差の角部となるため、最も発熱する箇所（第１箇所２１）と、電界が集中する箇所とにずれが生じる。それに対して、高抵抗導体２の平面形状を第１箇所２１から第２箇所２２に向かって徐々に広くした台形状の平面形状にした場合には、第１箇所２１に電界が集中するため、最も発熱する箇所と、電界が集中する箇所とを一致させることができ、高抵抗導体２の第１箇所２１を溶断しやすくすることができる。

３つ目の理由は、高抵抗導体２の寸法を設計基準（デザインルール）に基づいて決定される最小寸法とすることができるからである。具体的には、例えば、高抵抗導体２の幅を第１箇所２１から第２箇所２２に向かって段階的に広くする場合、段差の長さを少なくとも設計基準に基づいて決定される最小値である例えば１μｍ程度にする必要がある。このため、第１箇所２１から第２箇所２２に向かって１段階広くした場合でも、第１箇所２１の長さと、第１箇所２１を挟み込む一方の低抵抗導体３側の段差の長さと、第１箇所２１を挟み込む他方の低抵抗導体３側の段差の長さとを、それぞれ設計基準に基づく最小値（例えば１μｍ）にする必要があり、高抵抗導体２の長さｌ２は少なくとも３μｍとなる。

それに対して、高抵抗導体２の平面形状を第１箇所２１から第２箇所２２に向かって徐々に広くした台形状の平面形状とした場合、高抵抗導体２の台形形状部分の高さに相当する高抵抗導体２の長さｌ２の半分の長さを設計基準に基づく最小値（例えば１μｍ）とすることができるため、高抵抗導体２の長さｌ２を少なくとも２μｍとすることができる。なお、高抵抗導体２の長さｌ２が短すぎる場合、ポリシリコンヒューズのトリミング時に、高抵抗導体２の第１箇所２１付近の溶解されたポリシリコンが移動しにくく、高抵抗導体２の第１箇所２１付近に隙間が生じにくくなる。一方、高抵抗導体２の長さｌ２が長すぎる場合、高抵抗導体２が高抵抗になりすぎて、高抵抗導体２を溶断するために高電圧を印加する必要がある。このため、高抵抗導体２の長さｌ２は、所望の電圧で高抵抗導体２が溶断される程度の長さであるのがよく、具体的には、例えば設計基準に基づいて決定される最小値である例えば２μｍ程度であるのがよい。

また、高抵抗導体２の平面形状を第１箇所２１から第２箇所２２に向かって徐々に広くした台形状の平面形状とした場合、高抵抗導体２の側面２３は、２つの台形状部分の上底同士の界面である第１箇所２１を交線とし、一方の台形形状部分の側面２４と、他方の台形形状部分の側面２５とのなす角度θが９０度より大きいことが好ましい。その理由は、角度θが９０度以下である場合、一方の台形形状部分の側面２４と、他方の台形形状部分の側面２５との距離が近すぎるため、製品として長期間使用する際に、一方の低抵抗導体３から他方の低抵抗導体３に向かってリーク電流が生じるなどにより長期的な信頼性が低くなる虞があるからである。さらに好ましくは、角度θを１２０度以上とすることがよい。一方、角度θを１５０度以下とすることが、第１箇所２１が溶断され易く好ましい。

低抵抗導体３には、おもて面素子構造を構成する電極にポリシリコン抵抗体１を接続するための複数のコンタクト電極４が接する。コンタクト電極４は、例えば、ポリシリコン抵抗体１を覆うシリコン酸化膜に設けられたコンタクトホール内に設けられている。コンタクト電極４は、ポリシリコンヒューズをトリミングするためのスイッチとして機能する例えばＭＯＳＦＥＴのゲート電極や、ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴのドレイン電極などと接続される。スイッチとなるＭＯＳＦＥＴのオン・オフによって、高抵抗導体２を挟んで対向するコンタクト電極４間に電流が流れる。コンタクト電極４は、例えば、高抵抗導体２と低抵抗導体３との界面である第２箇所２２から例えば１μｍ程度離れた位置に配置されている。複数のコンタクト電極４の配置は、種々変更可能であるが、高抵抗導体２との距離が近いほうが高抵抗導体２の第１箇所２１が発熱しやすいため、高抵抗導体２と低抵抗導体３との界面に平行に配置されるのがよい。

次に、ポリシリコンヒューズのトリミングのメカニズムについて説明する。図３は、図２のポリシリコンヒューズの切断後の状態を示す平面図である。ポリシリコンヒューズのトリミングとは、ポリシリコンヒューズの一部が溶断されることであり、ポリシリコン抵抗体１の第１箇所２１が酸化膜に置き換えられることでなされる。具体的には、ポリシリコン抵抗体１の低抵抗導体３に電圧を印加することで、高抵抗導体２が電流経路となり、一方の低抵抗導体３から高抵抗導体２を介して他方の低抵抗導体３へと電流が流れる。これによって、ポリシリコン抵抗体１にジュール熱が生じる。このとき、高抵抗導体２は低抵抗導体３よりも高温となり、高抵抗導体２の第１箇所２１は最も高温となる。

高抵抗導体２の第１箇所２１付近のポリシリコンは、温度が１４００℃程度を超えたときに溶解して液化し、温度が２３００℃程度を超えたときに蒸発する。液化したポリシリコンは、表面張力およびエレクトロマイグレーションによって収縮し、両端の低抵抗導体３側へ移動して島状にまとまろうとする。また、液化したポリシリコンは、固体のときよりも高密度となり、体積が１０％程度減少する。このように、ポリシリコンの液化によるポリシリコンの移動および体積減少と、ポリシリコンの気化によるポリシリコンの蒸発とにより、高抵抗導体２の第１箇所２１付近に部分的にポリシリコンがほぼ存在しない領域（隙間）が生じる。一方、シリコン酸化膜の、ポリシリコン抵抗体１を覆う部分は、１６００℃程度で溶解し、高抵抗導体２の第１箇所２１付近に生じた隙間に流れ込む。

高抵抗導体２の第１箇所２１付近に生じた隙間へのシリコン酸化膜が流入することにより、高抵抗導体２の第１箇所２１がシリコン酸化膜に置き換わる。このため、ポリシリコン抵抗体１は、高抵抗導体２の第１箇所２１で溶断された状態となる。高抵抗導体２が溶断されることにより、ポリシリコン抵抗体１の電流経路が分断されるため、ポリシリコン抵抗体１にジュール熱が発生しなくなり、温度が下がり始める。ポリシリコン抵抗体１の温度が下がることで、液化されたポリシリコンおよびシリコン酸化膜が固体となる。このため、ポリシリコン抵抗体１は、高抵抗導体２の第１箇所２１付近で２つに切断された状態で固化される。これによって、ポリシリコンヒューズのトリミングが完了する。

次に、実施の形態１のポリシリコンヒューズのトリミング後の状態について、従来構造と比較しながら説明する。図４は、従来のポリシリコンヒューズの平面構造を示す平面図である。図５は、図４のポリシリコンヒューズの切断後の状態を示す平面図である。図３に示すように、本発明のポリシリコン抵抗体１の高抵抗導体２は、ポリシリコンヒューズのトリミングのメカニズムに記載したように、第１箇所２１付近で２つに切断される。高抵抗導体２の第１箇所２１付近には、ポリシリコンの液化により高抵抗導体２の全体積の例えば１０％の体積が減少され、ポリシリコンがほぼ存在しない領域（隙間）２６が形成される。液化したポリシリコンは、例えば高抵抗導体２を挟んで対向する低抵抗導体３側（例えば図面上下）にそれぞれ分かれるとする。高抵抗導体２の第１箇所２１の幅ｗ２−１を例えば１．０μｍとし、高抵抗導体２の第２箇所２２の幅ｗ２−２を例えば２．０μｍとし、高抵抗導体２の長さｌ２を例えば２．０μｍとした場合、隙間２６の間隔ｌ２ａは例えば０．２８μｍとなる。２つに切断された後の各高抵抗導体２−１，２−２の長さｌ２ｂ，ｌ２ｃは例えば０．８６μｍとなる（ｌ２＝ｌ２ａ＋ｌ２ｂ＋ｌ２ｃ）。

一方、図４，５に示すように、高抵抗導体１１２の第１箇所１２１と第２箇所１２２との幅ｗ１１２が等しい略矩形状の平面形状とした従来構造のポリシリコン抵抗体１１１においても、高抵抗導体１１２の第１箇所１２１付近に、ポリシリコンの液化により高抵抗導体１１２の全体積の例えば１０％の体積が減少され、ポリシリコンがほぼ存在しない領域（隙間）１２６が形成される。液化したポリシリコンは、例えば高抵抗導体１１２を挟んで対向する低抵抗導体１１３側（例えば図面上下）にそれぞれ分かれているとする。高抵抗導体１１２の第１箇所１２１は、ポリシリコン抵抗体１の電流経路に平行な方向における高抵抗導体１１２の中央部である。高抵抗導体１１２の第２箇所１２２は、高抵抗導体１１２と低抵抗導体１１３との界面である。符号１１４は、コンタクト電極である。高抵抗導体１１２の幅ｗ１１２を例えば１．０μｍとし、高抵抗導体２の長さｌ１１２を例えば２．０μｍとした場合、隙間１２６の間隔ｌ１１２ａは例えば０．２０μｍとなる。２つに切断された後の各高抵抗導体１１２−１，１１２−２の長さｌ１１２ｂ，ｌ１１２ｃは例えば０．９０μｍとなる（ｌ１１２＝ｌ１１２ａ＋ｌ１１２ｂ＋ｌ１１２ｃ）。

このように、本発明においては、高抵抗導体２の第１箇所２１付近に生じる隙間２６の間隔ｌ２ａを、従来構造の高抵抗導体１１２の第１箇所１２１付近に生じる隙間１２６の間隔ｌ１１２ａよりも４０％広くすることができる。その理由は、次のとおりである。図６は、本発明にかかる半導体装置のポリシリコンヒューズを構成するポリシリコン抵抗体の高抵抗導体の１／２の部分を示す平面図である。図６（ａ）に、図２の高抵抗導体２の下側半分の台形形状部分（以下、台形形状部分２とする）を示す。また、図６（ｂ）には、比較として、図４の従来構造の高抵抗導体１１２の下側半分の矩形形状部分（以下、矩形形状部分１１２とする）を示す。すなわち、本発明の台形形状部分２の厚さｔ０＝ｌ２／２であり、従来構造の矩形形状部分１１２の厚さｔ２＝ｌ１１２／２である。

本発明の台形形状部分２の第１箇所２１の幅ｗ２−１は、第２箇所２２の幅ｗ２−２よりも狭い。このため、例えば台形形状部分２の全体積に対して体積１０％となるように、かつ底部に平行に台形形状部分２を分割した場合、台形形状部分２の第１箇所２１側の体積１０％の部分の厚さは、台形形状部分２の第２箇所２２側の体積１０％の部分の厚さよりも厚い。一方、従来構造の矩形形状部分１１２の第１箇所１２１と第２箇所１２２との幅ｗ１１２は等しい。このため、例えば矩形形状部分１１２の全体積に対して体積１０％となるように、かつ底部に平行に矩形形状部分１１２を分割した場合、矩形形状部分１１２の体積１０％の部分の厚さは、矩形形状部分１１２いずれの部分であっても等しい。

ここで、高抵抗導体の第１箇所付近におけるポリシリコンが溶解されることによって生じる隙間について、次のように仮定する。図６（ａ）に示すように、本発明において、台形形状部分２の第１箇所２１から台形形状部分２の全体積に対して体積１０％にあたる部分（ハッチング部分Ｓ１）が溶解されて隙間２６（高抵抗導体２の第１箇所２１付近に生じるポリシリコンがほぼ存在しない領域）となる。また、図６（ｂ）に示すように、従来構造において、矩形形状部分１１２の第１箇所１２１から矩形形状部分１１２の全体積に対して体積１０％にあたる部分（ハッチング部分Ｓ２）が溶解されて隙間１２６となる。

この場合、上述したように、台形形状部分２の体積１０％の部分の厚さが深さ方向の部分によって異なり、矩形形状部分１１２の体積１０％の部分の厚さが深さ方向のいずれの部分においても等しいことより、台形形状部分２の総厚さｔ０に対する台形形状部分２のハッチング部分Ｓ１の厚さｔ１の比（＝ｔ１／ｔ０）は、矩形形状部分１１２の総厚さｔ２に対する矩形形状部分１１２のハッチング部分Ｓ２の厚さｔ３の比（＝ｔ３／ｔ２）よりも厚くなる。すなわち、台形形状部分２の総厚さｔ０と矩形形状部分１１２の総厚さｔ２とが等しい場合（ｔ０＝ｔ２）、台形形状部分２のハッチング部分Ｓ１の厚さｔ１は、矩形形状部分１１２のハッチング部分Ｓ２の厚さｔ３よりも厚くなる（ｔ１＞ｔ３）。したがって、本発明のハッチング部分Ｓ１が溶解されてなる隙間２６の間隔ｌ２ａは、従来構造のハッチング部分Ｓ２が溶解されてなる隙間１２６の間隔ｌ１１２ａよりも広くなる。このように隙間２６の間隔ｌ２ａを従来構造よりも広くすることができることにより、従来構造よりも確実にポリシリコン抵抗体１を切断することができる。

以上、説明したように、実施の形態１によれば、ポリシリコンヒューズを構成するポリシリコン抵抗体の、他の部分（低抵抗導体）よりも高抵抗な高抵抗導体のうち、電流が流れたときに最も活発に反応する第１箇所の幅を、低抵抗導体との界面である第２箇所の幅よりも狭くすることにより、半導体集積回路の内部で使用される低電圧（例えば５Ｖ〜１０Ｖ程度）であっても、ポリシリコンヒューズの切断面間の距離を従来よりも長くすることができる。これにより、従来構造よりも確実に、ポリシリコンヒューズを構成するポリシリコン抵抗体を切断することができる。また、実施の形態１によれば、半導体集積回路の内部で使用される低電圧でポリシリコン抵抗体を切断することができるため、ポリシリコンヒューズをパッケージに組み込んだ後に精度よく回路特性を調整することができる。個々のチップにダイシングする前のウェハの状態のまま、ポリシリコンヒューズをトリミングしてもよい。

また、実施の形態１によれば、ポリシリコン抵抗体の周囲を空洞にするためのエッチング処理に用いるエッチングマスクや、ポリシリコン抵抗体のカバープレートを必要としないため、コストが増加することを防止することができる。したがって、信頼性の高いポリシリコンヒューズを低コストで提供することができる。例えば、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）用の過電流検出に用いる場合に、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）を用いる場合よりも信頼性が高い記憶部を低コストで提供することができる。また、実施の形態１によれば、従来と同様に高電圧でポリシリコンヒューズのトリミングを行う場合においても同様に効果を奏する。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる半導体装置の構造について説明する。図７は、実施の形態２にかかる半導体装置に設けられたポリシリコンヒューズの平面構造を示す平面図である。図８は、実施の形態２にかかる半導体装置に設けられたポリシリコンヒューズの別の一例の平面構造を示す平面図である。実施の形態２にかかる半導体装置が実施の形態１にかかる半導体装置と異なる点は、ポリシリコン抵抗体１０の対向する低抵抗導体３の間に複数の高抵抗導体２を設けた点である。複数の高抵抗導体２は、ポリシリコン抵抗体１０の電流経路に直交する方向に並列に設けられている。これにより、高抵抗導体２を挟んで対向するコンタクト電極４間に、複数の電流経路（高抵抗導体２）が形成される。このように、２つ以上の高抵抗導体２を並列に配置することにより、高抵抗導体２から熱を逃げにくくすることができる。

また、図８に示すように、ポリシリコン抵抗体２０の対向する低抵抗導体３の間に、第１箇所３１と第２箇所３２との幅が等しい略矩形状の平面形状を有する高抵抗導体１２を並列に複数設けてもよい。高抵抗導体１２の第１箇所３１は、ポリシリコン抵抗体２０の電流経路に平行な方向における高抵抗導体１２の中央部である。高抵抗導体１２の第２箇所３２とは、高抵抗導体１２と低抵抗導体３との界面である。

以上、説明したように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、各実施の形態では、ポリシリコンからなる抵抗体からなるポリシリコンヒューズを例に説明しているが、ポリシリコンに代えて、液化したときに収縮する材料からなる抵抗体を用いてヒューズを構成してもよい。また、各実施の形態では、高抵抗導体の両側面において、第１箇所を交線とし、一方の台形形状部分の側面と、他方の台形形状部分の側面とが所定の角度をなす構成としているが（すなわち台形形状部分が略等脚台形状の平面形状をなす）、これに限らず、高抵抗導体の一方の側面のみが、第１箇所を交線とし、一方の台形形状部分の側面と、他方の台形形状部分の側面とが所定の角度をなす構成となっていてもよい。また、各実施の形態では、ポリシリコンヒューズによって記憶部を構成する場合を例に説明しているが、これに限らず、本発明にかかるポリシリコンヒューズによって例えば基準電圧を調整してもよい。

以上のように、本発明にかかる半導体装置は、ＩＰＭ用の過電流検出など、電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置に使用されるパワー半導体装置に有用である。

１ ポリシリコン抵抗体
２ 高抵抗導体
３ 低抵抗導体
４ コンタクト電極
２１ 高抵抗導体の第１箇所
２２ 高抵抗導体の第２箇所
２３ 高抵抗導体の側面
２４ 高抵抗導体の一方の台形形状部分の側面
２５ 高抵抗導体の他方の台形形状部分の側面
ｌ２ 高抵抗導体の長さ
ｌ２ａ ポリシリコンがほぼ存在しない領域（隙間）の間隔
ｗ２−１ 高抵抗導体の第１箇所の幅
ｗ２−２ 高抵抗導体の第２箇所の幅
ｗ３ 低抵抗導体の幅
θ 高抵抗導体の一方の台形形状部分の側面と他方の台形形状部分の側面とのなす角度

Claims (5)

1. 半導体基板上に設けられた絶縁膜と、
   前記絶縁膜上に設けられたヒューズと、
   前記ヒューズを覆う酸化膜と、
   前記酸化膜に選択的に設けられ、前記ヒューズの一部を露出するコンタクトホールと、
   前記コンタクトホールの内部に設けられ、前記ヒューズに接するコンタクト電極と、
   を備え、
   前記ヒューズは、
   多結晶シリコンからなる第１抵抗体と、
   前記第１抵抗体の一方の端部に連続する、前記第１抵抗体よりも抵抗が低い多結晶シリコンからなる第２抵抗体と、
   前記第１抵抗体の他方の端部に連続する、前記第１抵抗体よりも抵抗が低い多結晶シリコンからなる第３抵抗体と、からなり、
   前記第１抵抗体の幅は、前記第２抵抗体側および前記第３抵抗体側から所定箇所に向かって狭くなっており、
   前記第１抵抗体は、前記第２抵抗体と前記第３抵抗体との間に、電流経路に直交する方向に並列に、複数形成されており、
   前記第２抵抗体および前記第３抵抗体にそれぞれ１つ以上の前記コンタクト電極が設けられていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記第１抵抗体は、前記所定箇所を上底とし、前記第２抵抗体との界面および前記第３抵抗体との界面をそれぞれ下底とする２つの台形形状を上底同士が対向するように配置した平面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１抵抗体の、前記第２抵抗体との界面を下底とする台形形状部分の側面と、前記第３抵抗体との界面を下底とする台形形状部分の側面と、のなす角度は、９０度より大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記ヒューズには、前記第２抵抗体から前記第１抵抗体を介して前記第３抵抗体に向かう電流経路で電流が流れ、
   前記第１抵抗体の前記所定箇所は、前記電流が流れることにより最も発熱する箇所であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置。
5. 前記第１抵抗体の、前記電流経路に直交する方向の幅は、前記第２抵抗体および前記第３抵抗体の、前記電流経路に直交する方向の幅よりも狭いことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。

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