KR20080017635A - Fuse in semiconductor device and method for forming the fuse - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 다른 반도체 소자의 퓨즈 및 이를 이용한 리페어 방법을 설명하기 위해 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view for explaining a fuse and a repair method using the same of another semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 2a 내지 도 2h는 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 퓨즈 형성방법을 도시한 공정단면도.2A through 2H are cross-sectional views illustrating a method of forming a fuse according to an exemplary embodiment of the present invention shown in FIG.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
10 : 기판10: substrate
11 : 패드 산화막11: pad oxide film
12 : 패드 질화막12: pad nitride film
13 : 산화방지막13: antioxidant film
13A : 산화방지막 패턴13A: Antioxidation Pattern
15 : 희생 산화막15: sacrificial oxide film
16 : 오목부16: concave
17 : 전계집중 유도막17: field concentration induction film
18 : 절연막18: insulating film
19 : 전극19: electrode
본 발명은 반도체 소자 제조 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 결함을 보완해주는 반도체 소자의 리페어(repair) 퓨즈(fuse), 그리고 상기 퓨즈를 이용한 반도체 소자의 리페어 방법 및 상기 퓨즈 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technology, and more particularly, to a repair fuse for a semiconductor device that compensates for defects in the semiconductor device, a repair method for a semiconductor device using the fuse, and a method for forming the fuse.
반도체 소자 제조시 수많은 미세 셀 중에서 한 개라도 결함이 있으면 메모리로서의 기능을 수행하지 못하므로 불량품으로 처리된다. 그러나, 메모리 내의 일부 셀에만 결함이 발생하였는데도 불구하고 소자 전체를 불량품으로 폐기하는 것은 수율(yield) 측면에서 비효율적인 처리방법이다. 따라서, 현재에는 메모리 내에 미리 설치해둔 예비 메모리 셀(이하, 리던던시(redundancy) 셀이라 함)을 이용하여 불량셀을 대체하는 리페어 작업을 진행함으로써, 전체 메모리를 되살려 주는 방식으로 수율 향상을 이루고 있다.In the manufacture of semiconductor devices, if any one of a number of fine cells is defective, the semiconductor device does not function as a memory and thus is treated as a defective product. However, even though only some cells in the memory have failed, discarding the entire device as a defective product is an inefficient process in terms of yield. Therefore, a repair operation is performed to replace defective cells by using spare memory cells (hereinafter, referred to as redundancy cells) previously installed in the memory, thereby improving the yield by restoring the entire memory.
리던던시 셀을 이용한 리페어 작업은 통상, 일정 셀 어레이(cell array)마다 스페어 로우(spare low)와 스페어 칼럼(sapre column)을 미리 설치해 두어 결함이 발생된 불량 메모리 셀을 로우/컬럼 단위로 스페어 메모리 셀로 치완해 주는 방식으로 진행되는데, 이를 구체적으로 기술하면 다음과 같다.In the repair operation using the redundancy cell, a spare low and a spare column are pre-installed for each cell array, so that defective memory cells having defects are replaced with spare memory cells in row / column units. It proceeds in a relaxed manner, which is described in detail as follows.
즉, 웨이퍼 가공 완료 후 테스트를 통해 불량 메모리 셀을 골라내면 그에 해당하는 어드레스(adress)를 스페어 셀의 어드레스 신호로 바꾸어주는 프로그램을 내부회로에서 실행하게 된다. 따라서, 실제 사용시에 불량 라인에 해당하는 어드레스 신호가 입력되면 이 대신 예비 라인으로 선택이 바뀌게 되는 것이다. 이 프로그램 방식 중의 하나가 바로 레이저 빔으로 퓨즈(fuse)를 태워 끊어버리는 방식인데, 이렇게 레이저의 조사에 의해 끊어지는 배선을 퓨즈라 하고, 그 끊어지는 부위와 이를 둘러싸는 영역을 퓨즈 박스라 한다. 결국, 이 퓨즈 박스를 통하여 레이저가 조사됨에 따라 하부의 퓨즈가 끊어지게 되는 것이다.In other words, when a defective memory cell is selected through a test after wafer processing is completed, a program for changing an address corresponding to the address signal of the spare cell is executed in the internal circuit. Therefore, when an address signal corresponding to a bad line is input in actual use, the selection is switched to a spare line instead. One of the programming methods is a method of burning a fuse with a laser beam and breaking it. The wiring broken by the laser irradiation is called a fuse, and the broken portion and the area surrounding the fuse are called a fuse box. As a result, as the laser is irradiated through the fuse box, the lower fuse is blown.
그러나, 이와 같은 종래기술에 따라 리페어를 진행하다 보면 패키지(package) 공정이 완료된 후에는 반도체 소자를 리페어할 수 없다는 문제가 발생한다. 특히, 점차 고속화 동작이 요구되는 고집적 반도체 소자에서는 패키지 공정이 완료된 후에 반도체 소자의 패일이 증가하고 있는데, 이와 같이 패키지 완료 후 리페어가 불가한 문제점은 이러한 시점에서 하루 빨리 해결되어야 할 과제이다.However, when the repair is performed according to the conventional technology, a problem occurs that the semiconductor device cannot be repaired after the package process is completed. In particular, in the highly integrated semiconductor device that requires a high speed operation, the failure of the semiconductor device is increased after the package process is completed. Thus, a problem that cannot be repaired after the package is completed is a problem to be solved as soon as possible.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 패키지 공정 전 뿐만 아니라 후에도 리페어가 가능한 반도체 소자의 퓨즈 및 그 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuse and a method of forming the semiconductor device, which can be repaired before and after the packaging process.
상기에서 설명한 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 자신의 표면에 복수의 오목부가 형성되고, 이웃하는 상기 오목부 사이에 돌출부가 형성된 기판과, 상기 오목부 내에 매립된 전계집중 유도막과, 이웃하는 상기 오목부와 각각 중첩되도록 상기 돌출부의 상기 기판 상에 형성된 절연막과, 상기 절연막 상에 형성된 전극을 구비한 반도체 소자의 퓨즈을 구비한 반도체 소자의 퓨즈를 제공한다.According to an aspect of the present invention, a plurality of recesses are formed on a surface thereof, a substrate having protrusions formed between adjacent recesses, and an electric field concentration induction film embedded in the recesses. And an insulating film formed on the substrate of the protruding portion so as to overlap each of the neighboring recesses, and a fuse of the semiconductor device having an electrode formed on the insulating film.
또한, 상기에서 설명한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은, 자신의 표면에 복수의 오목부가 형성되고, 인접한 상기 오목부 사이에 돌출부가 형성된 기판을 제공하는 단계와, 상기 오목부 내에 매립된 전계집중 유도막을 형성하는 단계와, 이웃하는 상기 전계집중 유도막과 각각 중첩되도록 상기 돌출부의 상기 기판 상에 절연막을 형성하는 단계와, 상기 절연막 상에 전극을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 퓨즈 형성방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a substrate having a plurality of recesses formed on a surface thereof, and having a protrusion formed between the adjacent recesses, and buried in the recesses. And forming an insulating film on the substrate so as to overlap each of the neighboring field concentrating films, and forming an electrode on the insulating film. Provided is a method of forming a fuse.
통상, 반도체 소자의 불량을 검출하기 위해서 FAB(fabrication) 공정이 완료된 후에는 프로브 테스트(probe test1)를 진행하고, 여기서 불량이 검출되면 리페어를 진행하며, 이후 패키지 공정을 완료한 뒤에도 다시 프로브 테스트(probe test2)를 진행하여 칩의 불량을 테스트하게 된다. 그러나, 현재 기술로서는 probe test1에서 패일이 발생하면 퓨즈의 커팅으로 리던던시 셀을 이용해 메인 셀(main cell)을 대할 수 있지만, 패키지 후 패일이 발생하게 되면 리페어 할 수 있는 방법이 없는 실정이다. In general, after a FAB (fabrication) process is completed to detect a defect of a semiconductor device, a probe test (probe test1) is performed, and when a defect is detected, a repair test is performed, and after the completion of the package process, a probe test ( Probe test 2) is performed to test the chip defect. However, in the current technology, if a failure occurs in the probe test1, the main cell may be treated using a redundancy cell by cutting the fuse. However, if a failure occurs after the package, there is no way to repair the failure.
따라서, 본 발명은 기판과 전극 간에 발생된 고전계를 이용하여 리페어가 이루어지는 전기적 퓨즈(electrical fuse)를 구비함으로써, 패키지 공정을 진행하기 전 뿐만 아니라 패키지 공정을 진행한 후에도 리페어가 가능하도록 한다.Accordingly, the present invention includes an electric fuse in which a repair is performed using a high electric field generated between the substrate and the electrode, so that the repair can be performed not only before the package process but also after the package process.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do. In addition, in the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity, and in the case where the layers are said to be "on" another layer or substrate, they may be formed directly on another layer or substrate or Or a third layer may be interposed therebetween. In addition, the same reference numerals throughout the specification represent the same components.
실시예Example
도 1은 본 발명의 실시예에 다른 반도체 소자의 퓨즈 및 이를 이용한 리페어 방법을 설명하기 위해 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a fuse of a semiconductor device and a repairing method using the same according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 퓨즈는 절연막(11)을 통해 기판(10)과 전기적으로 분리된 전극(19) 구조를 갖되, 전극(19)의 중앙부를 기점으로 서로 맞닿도록 분리되어 기판(10) 내에 형성된 전계집중 유도막(17)을 구비한다. 특히, 기판(10)은 접계집중 유도막(17)이 서로 맞닿는 부분에서 최대한 전계가 집중되도록 하기 위해 이웃하는 전계집중 유도막(17) 사이에서 첨점 형태로 돌출된 형태의 돌출부('E' 부위 참조)를 갖도록 한다. 바람직하게, 전계집중 유도막(17)은 전극(19)의 중앙부에 대응되는 기판(10) 내에서 최대한 전계 가 집중되도록 전극(19)의 중앙부에 대응되는 부분을 기점으로 서로 맞닿게 된다.Referring to FIG. 1, a fuse of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention has a structure of an
이하, 이러한 구조의 퓨즈를 이용한 리페어 동작에 대해 간략히 설명하기로 한다. 상부전극으로 기능하는 전극(19)에 고전압, 예컨대 전원전압(VDD)을 인가하고 하부전극으로 기능하는 기판(10)에 접지전압(VSS)을 인가하게 되면 전극(19)과 기판(10) 간에 고전압차(고전계)가 발생하게 된다. 이때, 전계집중 유도막(17)이 서로 맞닿는 부분('E' 부위)에서 고전계가 집중되게 되면서 이 부분에 대응되는 부분에서의 절연막(11)이 파괴된다. 이를 통해, 기판(10)과 전극(19)이 서로 전기적으로 단락되면서 리페어 동작이 이루어지게 되는 것이다. Hereinafter, a repair operation using a fuse having such a structure will be briefly described. When a high voltage, for example, a power supply voltage V DD is applied to the
참고로, 전극(19)에 고전압을 인가하기 위해서는 도면에 도시하진 않았지만 전극(19)과 외부 핀을 서로 연결시키기 위한 패드가 필요하다. 또한, 이 패드는 다시 전극(19)에 전기적으로 연결되는 금속 배선과 연결된다. 여기서, 패드는 기존의 패드와 다른 위치에 새로운 패드를 추가하거나 칩의 동작에 필요한 전압 인가 패드가 아닌 기존의 패드를 공유하게 된다. 그리고, 패드를 통해 인가된 고전압은 칩의 구동과는 상관없이 금속배선을 통해 특정 어드레스(address)로 인가되어 리페어가 이루어지게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 퓨즈는 전기적으로 동작하는 전기적 퓨즈이기 때문에, 패키지 공정 전 뿐만 아니라 패키지 공정 후에도 리페어 동작이 가능하다.For reference, in order to apply a high voltage to the
이하에서는, 도 2a 내지 도 2h를 참조하여 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 퓨즈 형성방법에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of forming a fuse according to an exemplary embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2A to 2H.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상에 산화방지막(13)으로 패드 산화막(11) 및 패드 질화막(12)을 차례로 증착한다.First, as shown in FIG. 2A, the
이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 패드 질화막(12) 상에 포토레지스트(미도시)를 도포한 후, 포토마스크를 이용한 노광 및 현상공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(14)을 형성한다. 그런 다음, 포토레지스트 패턴(14)을 마스크로 이용한 식각공정을 실시하여 패드 질화막(12) 및 패드 산화막(11)을 식각한다. 이로써, 기판(10) 상부에는 산화방지막 패턴(13A)이 형성된다.Subsequently, as shown in FIG. 2B, after the photoresist (not shown) is applied on the
이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 스트립(strip) 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(14, 도 2b 참조)을 제거한다. 이후, 열산화공정, 일례로 LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon) 공정을 실시하여 산화방지막 패턴(13A)으로 인해 노출된 기판(10) 표면에 희생 산화막(15)을 형성한다. 이러한 LOCOS 공정의 진행시에는 희생 산화막(15)에 인접한 부근의 산화방지막 패턴(13A)은 희생 산화막(15)을 따라 패턴 변형이 발생한다. Subsequently, as shown in FIG. 2C, a strip process is performed to remove the photoresist pattern 14 (see FIG. 2B). Thereafter, a
이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 식각공정을 실시하여 산화방지막 패턴(13A, 도 2c 참조)을 제거한다. 예컨대, 먼저 인산용액(H3PO4)을 이용한 습식식각공정을 실시하여 패드 질화막(12, 도 2c 참조)을 제거하고, BOE(Buffered Oxide Etchant)를 이용한 습식식각공정을 실시하여 패드 산화막(11, 도 2c 참조)을 제거한다.Subsequently, as shown in FIG. 2D, an etching process is performed to remove the
이어서, 도 2e에 도시된 바와 같이, 희생 산화막(15) 사이로 노출된 기 판(10)을 일정깊이(H) 식각한다. 바람직하게는, 희생 산화막(15)의 깊이와 동일한 깊이를 갖도록 희생 산화막(15)의 최하부까지 기판(10)을 식각한다. Subsequently, as shown in FIG. 2E, the
이어서, 도 2f에 도시된 바와 같이, 식각공정을 실시하여 희생 산화막(15, 도 2e 참조)을 제거한다. 이로써, 기판(10)에는 복수의 오목부(16)가 형성된다. 바람직하게, 오목부(16)는 반원형태를 갖고 양측 상단 가장자리부가 서로 맞닿게 된다. Subsequently, as illustrated in FIG. 2F, an etching process is performed to remove the sacrificial oxide film 15 (see FIG. 2E). As a result, a plurality of
이어서, 도 2g에 도시된 바와 같이, 오목부(16)가 매립되도록 전계집중 유도막(17)을 증착한다. 예컨대, 전계집중 유도막(17)으로는 산화막을 증착한다.그런 다음, 화학적기계적연마(CMP, Chemical Mechanical Polishing) 및 에치백(etch-back)과 같은 평탄화공정을 실시하여 전계집중 유도막(17)을 평탄화한다. 이로써, 오목부(16) 내에 각각 고립된 복수의 전계집중 유도막(17)이 형성된다.Subsequently, as shown in FIG. 2G, the field
이어서, 도 2h에 도시된 바와 같이, 서로 이웃하는 전계집중 유도막(17)이 맞닿는 지점이 중심부가 되도록 전계집중 유도막(17) 상부에 절연막(18) 및 전극(19)의 적층구조를 형성한다. 예컨대, 전계집중 유도막(17) 상에 절연막(18) 및 전극(19)을 차례로 증착한 후, 소정의 포토레지스트 패턴(미도시)을 이용한 식각공정을 실시하여 전극(19) 및 절연막(18)을 식각한다. 이때, 포토레지스트 패턴은 전극(19)을 정의하기 위한 것으로 서로 이웃하는 전계집중 유도막(17)이 맞닿는 지점이 패턴의 중심이 되도록 형성한다. 이로써, 기판(10)을 하부전극으로 이용하고 전극(19)을 상부전극으로 이용하는 형태의 퓨즈가 완성된다.Subsequently, as illustrated in FIG. 2H, a stacked structure of an insulating
참고로, 절연막(18)은 ONO(Oxide/Nitride/Oxide) 구조로 형성하거나, Al2O3, HfO2, Ta2O5, BaTiO3 및 SrTiO3의 일군에서 선택된 어느 하나의 막으로 형성한다. 또한, 전극(19)은 폴리실리콘으로 형성하거나 금속물질로 형성할 수 있다. For reference, the insulating
이렇듯, 본 발명의 실시예에서는 전계집중 유도막(17)이 서로 맞닿는 부분에서는 기판(10)이 뾰족한 첨점 형태의 돌출부('E' 부위 참조)를 갖게 되므로, 서로 이웃하는 전계집중 유도막(17)이 서로 맞닿는 부분에서 전계가 가장 집중되게 된다. 이와 같은 구조를 갖는 퓨즈에 고전압을 인가, 예컨대 전극(19)에 전원전압을 인가하고 기판(10)에 접지전압을 인가하게 되면 전극(19)과 기판(10) 간에는 고전계가 발생하게 되는데, 이때 전계가 가장 집중되는 부분에서는 이러한 고전계를 견디지 못하고 절연막(18)의 파괴가 이루어져 기판(10)과 전극(19) 간의 전기적 단락이 이루어진다. 이를 통해, 반도체 소자의 리페어가 진행되는 것이다.As such, in the embodiment of the present invention, since the
즉, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 퓨즈는 별도로 인가되는 고전압에 의해 전기적으로 동작하는 전기적 퓨즈이므로, 패키지 공정 전 뿐만 아니라 패키지 공정을 진행한 후에도 충분히 리페어가 가능한 것이다.That is, since the fuse according to the embodiment of the present invention is an electrical fuse electrically operated by a high voltage applied separately, the fuse can be sufficiently repaired not only before the package process but also after the package process.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 별도로 인가되는 고전압에 의해 전기적으로 동작하는 전기적 퓨즈를 구비함으로써, 패키지 공정 전 뿐만 아니라 패키지 공정을 진행한 후에도 충분히 리페어가 가능하도록 할 수 있다. 이를 통해, 반도체 소자의 수율(yield)을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, by providing an electric fuse that is electrically operated by a high voltage applied separately, it is possible to sufficiently repair after the package process as well as before the package process. Through this, the yield of the semiconductor device may be improved.
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