KR100831973B1 - 퓨즈의 전기화학적 소실 방지를 위한 반도체 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속계열 퓨즈의 소실을 방지기능이 향상된 반도체 장치를 제공하기 위한 것으로, 이를 위한 본 발명은 리페어 공정시 레이저 조사로 인해 퓨즈부에 구비된 다수개의 퓨즈중 일부가 블로잉되도록 하기 위해, 상기 퓨즈부 상부에 형성된 타 영역보다 얇은 절연층 영역인 퓨즈박스를 구비한 반도체 장치에 있어서, 상기 퓨즈박스를 통해 습기가 주변회로에 침투하는 것을 방지하도록 상기 퓨즈와 퓨즈박스의 주변을 둘러싸고, 상기 다수개의 퓨즈 중 블로잉되지 않는 퓨즈의 전위와 같은 전위를 인가받는 퓨즈가드링을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치가 제공된다.

반도체, 퓨즈, 수분, 가드링, 전위분포.

Description

퓨즈의 전기화학적 소실 방지를 위한 반도체 장치{Semiconductor device for preventing electric-chemical destruction of fuse}

도1은 통상적인 반도체 장치의 퓨즈 및 가드링을 나타내는 평면도.

도2는 도1의 퓨즈및 가드링을 나타내는 전자현미경 사진.

도3는 도1 퓨즈를 포함하는 주변회로도.

도4a 및 도4b는 수분 침투에 의해 퓨즈소실된 경우의 전자현미경 사진.

도5는 본 발명의 바람직한 실시에에 따른 퓨즈

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 장치의 리페어를 위한 퓨즈에 관한 것이다.

반도체 메모리에 있어서 리던던시 회로의 목적은 메모리의 대용량, 고집적화 경향속에서 일부 메모리 셀의 결함을 구제하기 위하여, 회로의 일부분을 물리, 화학적 방법을 통하여 수정함으로써 손상된 셀을 여분의 셀로 교체하여 양품화하는 것이다.

메모리 장치를 포함하여 통상의 반도체 장치는 제조과정에서의 결함등으로 동작하지 않는 회로를 여분의 회로로 대치하는 리페어(repair) 공정이나, 일부 회로의 특성을 응용에 맞게 변경하는 트리밍(trimming) 공정을 수행하게 된다. 이러한 리페어 공정이나 트리밍 공정은 소정의 배선 일부를 레이저의 조사 등을 이용하여 끊음으로써 수행된다. 이렇게 레이저의 조사에 의해 끊어지는 배선을 퓨즈라인이라 하고, 그 끊어지는 부위와 이를 둘러싸는 영역을 여기서는 퓨즈박스라 한다.

리페어 공정시 퓨즈를 절단하는 가장보편적인 방법인 레이저 블로잉을 이용하는 경우, 레이저 블로잉을 위해 퓨즈 상부의 절연막의 두께에 제한이 주어지므로 퓨즈부위의 절연막 두께를 얇게 유지해야 하며 이에 패키지 후 신뢰성에서 얇은 절연막 또는 퓨즈 부위의 절연막 단면을 통한 불순물 침투의 가능성이 잠재되어 있다. 따라서 요즘은 이를 해결하고자 퓨즈를 둘러싸는 영역에 메탈 가드링을 형성시켜 절연막 단면을 통한 수분 침투방지 베리어로 사용하기도 한다.

그러나 티타늄 나이트라이드(TIN)등의 메탈계열 물질을 퓨즈가 수분에 노출되는 경우 금속박막이 소실되는 경우는 없으나, 금속박막이 전극으로서 다른 금속과 전위차를 가진 상태로 수분에 노출되면 전기분해에 의해 퓨즈가 소실되는 문제점을 가지고 있다. 이러한 퓨즈의 흡습에 의한 소실 문제로 인해 퓨즈부의 동작상 신뢰성 저하가 문제되고 있다.

도1는 반도체 장치의 퓨즈 및 가드링을 나타내는 전자현미경 사진이다. 도1에 퓨즈의 헤드(1)부분과 가드링(2)이 나타나 있다.

도2은 종래기술에 의한 수분방지 퓨즈가드링을 구비한 반도체 장치의 퓨즈부를 나타내는 평면도이다.

도2을 참조하여 살펴보면, 퓨즈와 퓨즈박스 주변을 둘러싸고 있는 가드링이 형성되어 있다. 가드링은 하부구조물로 수분이 침투하는 것을 방지하기 위한 하부가드링과 상부의 구조물로서 수분이 침투하는 것을 방지하기 위한 상부가드링으로 되어 있으며, 여기서 상부가드링은 제2 메탈로 구성되어 있다.

상부가드링과 하부가드링은 제1 콘택으로 연결되어 있으며, 상하부 가드링의 전위는 접지전원 공급부(VSS)에 연결되도록 구성된다. 또한 각각의 퓨즈는 양 끝단에 퓨즈콘택을 통해 주변회로와 연결되는 퓨즈헤드가 형성되어 있다.

도3는 도2의 퓨즈를 포함하는 통상적인 주변회로도이다.

도3을 참조하여 살펴보면, 퓨즈의 일측으로는 내부동작전원(Vperi)가 연결되어 있으며, 퓨즈(Fuse)의 절연 또는 단락에 의해서 출력신호(OUT)가 로우 또는 하이로 출력된다.

그런데 종래에는 퓨즈 주변의 수분침투를 방지하기 위한 가드링에는 접지전원공급부(VSS)가 연결된다. 따라서 내부 동작전압(Vperi)에 일측이 연결된 블로잉되지 않은 퓨즈와 수분 침투방지를 위한 가드링(접지전위를 가지는) 사이에 전위차가 발생하게 되고, 수분이 이 사이로 침투하게 되면 전기분해가 발생하여 퓨즈를 소실시키는 문제점이 생긴다.

도4a 및 도4b는 수분 침투에 의해 퓨즈 소실된 경우의 전자현미경 사진이다.

도4a 및 도4b에 나타난 것처럼 수분에 의해 퓨즈가 소실되면 전체적으로 반 도체 동작이 오류가 발생하게 된다.

본 발명은 금속계열 퓨즈의 소실을 방지할 수 있는 반도체 장치를 제공함을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 리페어 공정시 레이저 조사로 인해 퓨즈부에 구비된 다수개의 퓨즈중 일부가 블로잉되도록 하기 위해, 상기 퓨즈부 상부에 형성된 타 영역보다 얇은 절연층 영역인 퓨즈박스를 구비한 반도체 장치에 있어서, 상기 퓨즈박스를 통해 습기가 주변회로에 침투하는 것을 방지하도록 상기 퓨즈와 퓨즈박스의 주변을 둘러싸고, 상기 다수개의 퓨즈 중 블로잉되지 않는 퓨즈의 전위와 같은 전위를 인가받는 퓨즈가드링을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치가 제공된다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시 할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도5는 본 발명의 바람직한 실시에에 따른 퓨즈부를 나타내는 단면도이다.

도5를 참조하여 살펴보면, 반도체 기판(10)상에 제1 층간절연막(11)이 형성되어 있고, 제1 층간절연막(11) 사이에 액티브영역(12)이 형성되어 있으며, 그 상부로 제2,3,4 층간절연막(13,17,18)이 적층되어 있고, 퓨즈박스(20)을 통해 수분이 침투되는 것을 방지하기 위한 가드링(14,15,16)이 3단으로 형성되어 있다. 또한 제2 층간절연막(13) 내부에 메탈 계열로 퓨즈(19)가 형성되어 있다. 한편 본 발명의 가장 핵심적인 사항으로서 가드링(14,15,16)에는 퓨즈의 일측으로 가해지는 전압이 인가된다.

이는 퓨즈에 가장 인접하게 형성되어 있는 구조물인 퓨즈가드링의 전위를 레이저 블로잉되지 않는 퓨즈의 전위와 같게 함으로써 전기분해에 취약한 금속계열 퓨즈의 소실을 방지하고, 이로 인해 퓨즈영역의 다른 금속 구조로부터의 전위를 상쇄시키는 전기적 쉴드(shield)로 작용하게 되는 것이다.

이를 자세히 살펴보면, 대규모집적회로의 회로 일부분이 이종물질의 침투 및 그 전기화학적 작용에 손상 또는 변형되는 것을 막기 위해 손실이 우려되는 부분과, 그 주변에 존재하며 반대 전극으로 작용할 수 있는 전도성 구조물간의 전위차를 없애거나 줄여 줌으로 손상을 방지할 수 있는 것이다.

또한 대규모 집적회로의 수율을 향상시키기 위해 결함구제회로를 적용할 때, 공정완료 후 물리적 조작에 의해 회로의 일부분을 변경하고자 하는 경우 변경 대상영역의 수분침투를 막고자 설치한 구조물에 고정된 전위를 인위적으로 인가하도록 배선 할 수 있다.

또한 메모리 디바이스의 퓨즈부 가드링에 접지이외의 전위로 고정되도록 특정 전위를 인계 또는 발생시켜 배선을 통해 공급할 수도 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

본 발명에 의해 반도체 장치에서 전기분해에 취약한 물질을 퓨즈로 사용하는 경우 고온다습조건에서의 퓨즈소실이 발생하는 근본적인 원인을 제거함으로서 반도체 장치의 신뢰성향상을 기대할 수 있다.

Claims (2)

1. 리페어 공정시 레이저 조사로 인해 퓨즈부에 구비된 다수개의 퓨즈중 일부가 블로잉되도록 하기 위해, 상기 퓨즈부 상부에 형성된 타 영역보다 얇은 절연층 영역인 퓨즈박스를 구비한 반도체 장치에 있어서,

   상기 퓨즈박스를 통해 습기가 주변회로에 침투하는 것을 방지하도록 상기 퓨즈와 퓨즈박스의 주변을 둘러싸고, 상기 다수개의 퓨즈 중 블로잉되지 않는 퓨즈의 전위와 같은 전위를 인가받는 퓨즈가드링을 포함하는 반도체장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 퓨즈는 티타늄 나이트라이드(TiN)인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.

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