(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に第１の絶縁膜を介して設けられた複数のヒューズと、該ヒューズの上層に設けられた第２の絶縁膜とを有し、前記ヒューズに所定の電圧を印加することで同ヒューズの少なくともいずれか１つを切断して所望の出力電圧を取り出せる構成とした任意電圧発生回路において、
前記ヒューズ上の前記第２の絶縁膜の少なくとも一部は、前記ヒューズの周辺領域上の前記第２の絶縁膜より薄膜であり、
前記ヒューズ上の前記第２の絶縁膜の薄膜部分の膜厚は３００ｎｍ〜１５００ｎｍであると共に、
前記ヒューズ下の前記第１の絶縁膜の膜厚は前記第２の絶縁膜の薄膜部分の膜厚の４倍以下であり、かつ、前記ヒューズ下の前記第１の絶縁膜の膜厚は３００ｎｍ〜７００ｎｍである
任意電圧発生回路。
【請求項２】
半導体基板上に第１の絶縁膜を介して設けられた複数のヒューズと、該ヒューズの上層に設けられた第２の絶縁膜とを有し、前記ヒューズに所定の電圧を印加することで同ヒューズの少なくともいずれか１つを切断して所望の出力電圧を取り出せる構成とした任意電圧発生回路を備える固体撮像素子において、
前記ヒューズ上の前記第２の絶縁膜の少なくとも一部は、前記ヒューズの周辺領域上の
前記第２の絶縁膜より薄膜であり、
前記ヒューズ上の前記第２の絶縁膜の薄膜部分の膜厚は３００ｎｍ〜１５００ｎｍであると共に、
前記ヒューズ下の前記第１の絶縁膜の膜厚は前記第２の絶縁膜の薄膜部分の膜厚の４倍以下であり、かつ、前記ヒューズ下の前記第１の絶縁膜の膜厚は３００ｎｍ〜７００ｎｍである
固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、任意電圧発生構造及びこれを用いた固体撮像素子に関する。特に、基板上に複数のヒューズを設けて該ヒューズの特定の切断により任意の電圧を得るようにした任意電圧発生構造、及びこれを用いた固体撮像素子に関するものである。本発明の任意電圧発生構造は、任意電圧発生を要する各種機器等で汎用することができ、また、本発明の固体撮像素子はこのような任意電圧発生構造を内蔵して、利用することができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
基板上に複数のヒューズを設けて、特定の電圧の印加により数本のヒューズを切断することで、所望の出力電圧を取り出せるようにした任意電圧発生回路が知られている。たとえばＣＣＤ等の固体撮像素子においては、希望する任意の出力電圧を得る場合に、その希望する電圧を外部印加でなく、チップ内部で発生させるために、このような任意電圧発生回路を使用することがある。たとえば図７に示す回路が知られている（特開平６−１５３０７９号公報）。
【０００３】
この回路は、抵抗（たとえばポリシリコンで形成）の横に接続したヒューズ（たとえばポリシリコンで形成）の両端に、振幅数１０Ｖ／時間、幅数ｍｓｅｃのパルス状サージ電圧を数回印加し、ヒューズを切断する構造になっている。全ヒューズの内、数本を切断することで、この回路から所望の出力電圧（Ｖｏｕｔ）を取り出すことができる。
【０００４】
図７に示す任意電圧発生回路についてさらに詳細に説明すると、次のとおりである。ある電圧ＶとアースＧＲＮの間に抵抗Ｒ０，Ｒ１，・・・，Ｒｎ−１，Ｒｎ（たとえばポリシリコンで形成）を直列に接続し、それらの横にヒューズＦ１，Ｆ２，・・・，Ｆｎ−１，Ｆｎ（たとえばポリシリコンで形成）を配置する。ヒューズの両端にサージ電圧を与え、ｎ個のヒューズの内、いくつかを選択的に切る。たとえば、ヒューズＦ１を切る場合は、パッドＰ１とＣＰにサージ電圧を印加する。これにより、０（Ｖ）〜Ｖ（Ｖ）の間の任意の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして得ることができる。
【０００５】
図８に示す任意電圧発生回路は、上記の変形で、抵抗とヒューズとを並列に接続したものであるが、同様な作用を示す。
【０００６】
上記したような任意電圧発生回路を基板上に形成して、基板上に複数のヒューズを設け、該ヒューズに所定の電圧を印加することにより該ヒューズの少なくともいずれか１つを切断することで所望の出力電圧を取り出せるようにした任意電圧発生構造を組む場合、従来、次のような問題点がある。
【０００７】
図９に、従来構造を示す。これはサージ電圧印加前のヒューズ部分の構造の断面を示すものである。図９の構造は、基板１（シリコン基板等）上に、絶縁膜２（ＳｉＯ２等）を介してヒューズ３（ポリシリコン等で形成）を形成し、該ヒューズ３の両端に電圧を印加するための配線５（アルミニウム配線等）を形成し、かつ、該配線５とヒューズ３との間に絶縁膜４を介在させたものである。図９の構造はさらに２層の保護膜▲１▼６及び保護膜▲２▼７を備えた例であるが、１層の場合もある。ここでは保護膜が２層の場合について説明する。
【０００８】
ヒューズ３の両端につながっているアルミニウム配線５にサージ電圧を印加してヒューズ３を切った場合、理想的には図１０のようになり、ヒューズ３は完全に切断し、かつ他の部分には影響を与えない。しかしサージ電圧が小さい場合には、図１１に示すように、ヒューズ３が完全には切れない現象が起こる。これを防止するために、ヒューズ３に大きなサージ電圧を印加すると、図１２に示すように、ヒューズ３と基板１とが導通してしまうことがある。
【０００９】
上記のようなショートが発生すると、この回路から希望する任意の電圧を取り出すことができなくなり、問題である。このショートの発生は、ヒューズ３に大きなサージ電圧を印加するとサージ電圧印加時のダメージが基板方向（図の下方）に向かうために、ヒューズ３−シリコン基板１間の絶縁膜２が破壊されるためと考えられる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、基板上に複数のヒューズを設け、該ヒューズに所定の電圧を印加することにより該ヒューズの少なくともいずれか１つを切断することで所望の出力電圧を取り出せる構成とした任意電圧発生構造について、また該任意電圧発生構造を用いた固体撮像素子について、ヒューズ−基板間のショートを防止できるとともに、適正なヒューズ切断により所望の電圧が得られるようにした任意電圧発生構造及びこれを用いた固体撮像素子を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る任意電圧発生構造は、基板上に複数のヒューズを設け、該ヒューズにはその両端に電圧を印加し得る構造とするとともに、該ヒューズに所定の電圧を印加することにより該ヒューズの少なくともいずれか１つを切断することで所望の出力電圧を取り出せる構成とした任意電圧発生構造において、上記ヒューズと基板とを絶縁する基板側の絶縁膜と、該ヒューズの基板とは反対側の絶縁材料との膜厚の関係を、ヒューズ切断用印加電圧において該基板側の絶縁膜が絶縁機能を維持し得る膜厚の関係としたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明に係る固体撮像素子は、基板上に複数のヒューズを設け、該ヒューズにはその両端に電圧を印加し得る構造とするとともに、該ヒューズに所定の電圧を印加することにより該ヒューズの少なくともいずれか１つを切断することで所望の出力電圧を取り出せる構成とした任意電圧発生構造を備える固体撮像素子において、上記任意電圧発生構造について、上記ヒューズと基板とを絶縁する基板側の絶縁膜と、該ヒューズの基板とは反対側の絶縁材料との膜厚の関係を、ヒューズ切断用印加電圧において該基板側の絶縁膜が絶縁機能を維持し得る膜厚の関係としたことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明は、本発明者による次のような知見に基づいてなされたものである。すなわち、従来構造においては、ヒューズ３の上側（基板１とは逆の側）の絶縁材料の膜厚（ヒューズ３上の絶縁膜４及び保護膜６，７の合計膜厚）が厚いため、ヒューズ３の破壊時のダメージが上方（基板１と逆の側の方向）に抜けず、基板１の方に向かい、その結果、基板１側の絶縁膜２が破壊され、ヒューズ３と基板１とがショートすると考えられる。具体的には、ヒューズ３の下の基板１側の絶縁膜２の膜厚（数１００ｎｍ）に比べ、ヒューズ３の上の絶縁材料の膜厚が１０００ｎｍ程度と厚い（保護膜▲１▼６の膜厚が厚い、もしくは、ヒューズ３−配線５間の絶縁膜４が厚い）ので、図１２に示すようにサージ電圧印加時のダメージは下方（基板１側）に向かって、これによりヒューズ３−基板１間の絶縁膜２が破壊され、よってヒューズ３と基板１とがショートに到ると考えられる。
【００１４】
本発明は、上記知見に立ち、ヒューズの基板とは逆の側（上側）の絶縁材料の膜厚が適正であれば、サージ電圧印加時のダメージが下方（基板１側）に向かうことが抑制され、ヒューズと基板とのショートが防止できることを発見して、本発明に到達したものである。
【００１５】
すなわち、本発明によれば、ヒューズと基板とを絶縁する基板側の絶縁膜と、該ヒューズの基板とは反対側の絶縁材料との膜厚の関係を適正に設定することによって、基板側の絶縁膜に向かうダメージを緩和し、該絶縁膜の破壊を防止して、ヒューズ−基板間のショートを防止し、適正なヒューズ切断により所望の電圧が得られるようにできるのである。
【００１６】
本発明によれば、ヒューズの基板とは反対側の絶縁材料の膜厚を適正なものとすることにより、ヒューズが切れはじめるサージ電圧と、ヒューズと基板が導通しはじめるサージ電圧との差を十分にでき、適正なサージ電圧を選択できるようになる。従来技術に見られる、上記電圧差が小さいことに起因する、適正なサージ電圧の選択ができないという問題点が解決できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態についてさらに説明し、また、その好ましい具体例を図面を参照して説明する。なお当然のことではあるが、本発明は図示実施の形態例に限定されるものではない。
【００１８】
本発明においては、ヒューズと基板とを絶縁する基板側の絶縁膜と、該ヒューズの基板とは反対側の絶縁材料との膜厚の関係を、ヒューズ切断用印加電圧において該基板側の絶縁膜が絶縁機能を維持し得る膜厚の関係とするに際して、上記ヒューズと基板とを絶縁する基板側の絶縁膜の膜厚に対し、該ヒューズの基板とは反対側の絶縁材料の膜厚を、該基板側の絶縁膜の膜厚と同程度もしくはそれ以下とする形態をとることができる。
【００１９】
また本発明においては、上記ヒューズの基板とは反対側の絶縁材料の膜厚を、数１００ｎｍ程度とする形態をとることができる。
【００２０】
以下の具体的な実施の形態例の記述においては、任意電圧発生構造を固体撮像素子に適用する場合で本発明を説明するが、本発明はその他、この種の任意電圧発生構造を用いる各種装置、たとえば電子材料、半導体デバイス等へも同様に応用できるものである。
【００２１】
実施の形態例１
図１（サージ電圧印加前のヒューズ部の構造）を参照する。本例においては、基板１（シリコン基板等）上に、絶縁膜２（ＳｉＯ２等）を介してヒューズ３（ポリシリコン等で形成）を形成し、該ヒューズ３の両端に電圧を印加するための配線５（アルミニウム配線等）を形成し、かつ、該配線５とヒューズ３との間に絶縁膜４（ＳｉＯ２等）を介在させる構造について、ヒューズ３上の絶縁材料（ＳｉＯ２等の絶縁膜４、ＳｉＮ等の保護膜等）の膜厚を適正にしたものである。図１の構造では、２層の保護膜▲１▼６及び保護膜▲２▼７のうち、保護膜▲１▼６は、ヒューズ３上から除去すること、及びヒューズ３上の絶縁膜４を一部薄くすることで、ヒューズ３上の絶縁材料の厚さを小さくした。
【００２２】
すなわち、ヒューズ３上の絶縁材料（ＳｉＯ２、ＳｉＮ等）を、必ずしもすべて除去する必要は無く、ヒューズ３が切れはじめるサージ電圧と、ヒューズ３と基板１が導通しはじめるサージ電圧との電圧差が十分で、適正なサージ電圧が選択できる厚さとする。ヒューズ３上の絶縁材料の膜厚は、ヒューズ３下の絶縁膜２の膜厚の４倍以下であることが好ましい。該ヒューズ３上の絶縁材料の膜厚は、ヒューズ３下の絶縁膜２の膜厚と同程度（数１００ｎｍ）、もしくは、それ以下にすることがさらに望ましい。具体的には、ヒューズ３下の絶縁膜２の膜厚は一般に３００ｎｍ〜７００ｎｍとすることが好ましいので、その場合ヒューズ３上の絶縁材料の膜厚は、３００ｎｍ〜１５００ｎｍであることが適切で好ましい。
【００２３】
本例において、ヒューズ３上の絶縁材料の厚さを適正に（小さく）する手段として、図１に示すように、ヒューズ３上の保護膜▲１▼６を除去すること（これによりヒューズ３上には凹入９が形成される）、及びヒューズ３上の絶縁膜４を一部薄くすることを行ったが、この構造は、次の工程で製造することができる。図２ないし図６を参照する。
【００２４】
図２に示すように、基板１（シリコン基板等）上に、絶縁膜２（ＳｉＯ２等）を介してヒューズ３（ポリシリコン等で形成）を形成し、絶縁膜４（ＳｉＯ２等）を形成し、ヒューズ３の両端に電圧を印加する配線５（アルミニウム配線等）を形成し、さらに保護膜▲１▼６を形成した構造を得る。
【００２５】
レジスト８をコーティングして、図３の構造とする。
【００２６】
レジスト８をパターニングして、ヒューズ３に該当する部分のレジスト８を除去し、図４の構造とする。
【００２７】
上記パターニングしたレジスト８をマスクとして、ヒューズ３上の膜をエッチングする。すなわち、ヒューズ３上の保護膜▲１▼６をエッチング除去する。このとき、ヒューズ３上の絶縁膜４も、多少エッチングされてよい。これにより、図５の構造を得る。
【００２８】
レジスト８を除去して、図６の構造を得る。さらに保護膜▲２▼７を形成して、図１の構造を得る。
【００２９】
本例によれば、ヒューズ３上の絶縁材料の膜厚を適正にした（薄膜にした）ことにより、ヒューズ３にサージ電圧を印加する際に発生するダメージを基板１方向（下方）に向かうことを防ぎ、ヒューズ３と基板１との導通を防止できる。
【００３０】
本例によれば、ヒューズ３が切れはじめるサージ電圧と、ヒューズ３と基板１とが導通する電圧の差を広げることができ、適切なサージ電圧を選択できる。つまり、安定した条件でヒューズ３を切ることができる。
【００３１】
本例によれば、ＣＣＤ撮像素子について、適正に任意電圧を発生させることが可能になった。なお、同様の任意電圧発生回路を用いる他の半導体製品等についても、同様に好ましく適用できる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、基板上に複数のヒューズを設け、該ヒューズに所定の電圧を印加することにより該ヒューズの少なくともいずれか１つを切断することで所望の出力電圧を取り出せる構成とした任意電圧発生構造について、また該任意電圧発生構造を用いた固体撮像素子について、ヒューズ−基板間のショートを防止できるとともに、適正なヒューズ切断により所望の電圧が得られるようにできるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態例１のヒューズ部を示す断面図である。
【図２】  本発明の実施の形態例１の構造を得る製造工程を示す断面図である（１）。
【図３】  本発明の実施の形態例１の構造を得る製造工程を示す断面図である（２）。
【図４】  本発明の実施の形態例１の構造を得る製造工程を示す断面図である（３）。
【図５】  本発明の実施の形態例１の構造を得る製造工程を示す断面図である（４）。
【図６】  本発明の実施の形態例１の構造を得る製造工程を示す断面図である（５）。
【図７】  本発明を適用できる任意電圧発生回路の例を示す。
【図８】  本発明を適用できる任意電圧発生回路の例を示す。
【図９】  従来技術を示す図である。
【図１０】  従来技術を示す図である。
【図１１】  従来技術の問題点を示す図である。
【図１２】  従来技術の問題点を示す図である。
【符号の説明】
１・・・基板、２・・・（基板側の）絶縁膜、３・・・ヒューズ、４・・・絶縁膜（基板と逆の側の絶縁材料）、５・・・配線、６・・・保護膜▲１▼（基板と逆の側の絶縁材料）、７・・・保護膜▲２▼（基板と逆の側の絶縁材料）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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