JPH0363819B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体ヒユーズ素子に関し、特に半導
体記憶装置の冗長回路及びアナログ系の半導体集
積回路装置のトリミング回路に適する半導体ヒユ
ーズ素子に関する。

（従来技術） 近年、半導体集積回路装置においてはその高密
度化、高集積化の進歩が著しい。この高密度化、
高集積化は回路構成技術、製造技術の進歩により
可能となつたものではあるが、そのチツプ面積は
使用素子寸法の縮小に助けられながらも次第に増
加してきている。公知の如く、半導体集積回路装
置の製造においては、チツプ面積の増加は同時に
製品歩留の低下を伴なうものであり、この歩留低
下の補償を行なうことが重要な課題となりつつあ
る。例えば、半導体記憶回路装置においては、そ
の不良原因の一要素として記憶セルの１個又は２
個の不良による場合が挙げられるが、この場合、
前記不良の記憶セルを良品の記憶セルと代替する
ことにより不良チツプを良品チツプにすることが
可能な訳である。即ち、必要な記憶セル以外に予
備の記憶セルを準備しておき、前記不良の記憶セ
ルを含む行又は列の記憶セル対を予備の良品記憶
セル対と置き換えるという冗長回路の概念が提案
されている。この置き換えは、アドレスデコーダ
回路中にヒユーズ素子を挿入しておき、そのヒユ
ーズ素子を溶断あるいは非溶断とすることにより
論理を変更すること等により行なわれる。

又、アナログ系の半導体集積回路装置において
は、その装置の製造終了後に製造工程のバラツキ
による特性の変化を補正することが必要となる場
合がある。前記補正は、例えば、増幅器の利得調
整やオフセツトの調節等であるが、この補正は演
算増幅器の帰還回路として抵抗とヒユーズ素子と
の並列接続対より成るトリミング回路を利用し、
前記ヒユーズ素子のいくつかを溶断することによ
り行なわれる。前記冗長回路及びトリミング回路
に使用するヒユーズ素子は通常多結晶シリコン層
或は、アルミニウム層で形成し、その溶断はレー
ザー光の照射エネルギーによつて、或はヒユーズ
素子の両端に電圧を印加することにより発生する
ジユール熱によつて行なわれる。

次に、従来のヒユーズ素子の構造に関し、多結
晶シリコン層を溶断部の材料とし、電圧印加によ
り溶断を行なう半導体ヒユーズ素子を例に挙げ
て、図面を用いて説明する。第４図ａ，ｂは、従
来の半導体ヒユーズ素子を説明するための平面図
および断面図である。以下同一の部分に対しては
同一の番号を使用して説明を行なう。第４図ａ，
ｂに示すように、単結晶シリコン基板１上に、二
酸化シリコン層２を形成し、その上に半導体ヒユ
ーズ素子となる多結晶シリコン層３を形成する。
多結晶シリコンヒユーズ３は、溶断部３ａと、そ
の両端の接続部３ｂとで構成される。多結晶シリ
コンヒユーズ３上には層間絶縁膜４が形成され、
更に、層間絶縁膜４には、前記接続部３ｂに至る
多結晶シリコンヒユーズ３に電気的接続を行なう
為の接続孔５が設けられ、又、前記溶断部３ａに
至る第一の開孔６が設けられる。更に、層間絶縁
膜４上にはアルミニウム等より成る配線金属層７
が設けられ、接続孔５を介して多結晶シリコンヒ
ユーズ３は配線金属層７と接続される。配線金属
層７上には半導体ヒユーズ素子を含む半導体集積
回路装置を湿気あるいは汚染から保護するための
保護絶縁膜８が形成される。

上記構造の半導体ヒユーズ素子において、前記
二酸化シリコン層２は、通常、900〜1000℃程度
のH₂−O₂雰囲気中における熱酸化工程により形
成されるもので、半導体集積回路装置の他の回路
構成素子（図示せず）の素子領域間の分離等に使
用されるものである。又、半導体ヒユーズ素子と
なる多結晶シリコン層３は、公知の減圧気相成長
法により形成されるが、その成長過程において、
或は、成長後に、リン、ホウ素或はヒ素等の不純
物が内部に導入され、20〜200Ω／□程度の層抵
抗を有するように設定される。層間絶縁膜４及び
保護絶縁膜８はリンを添加した二酸化シリコン等
により構成されるもので、公知の常圧気相成長法
により形成される。又、前記多結晶シリコンヒユ
ーズ３、接続孔５、第一の開孔６及び配線金属層
７等は公知のフオト・リングラフイ法によりパタ
ーニングされる。尚、これらの製造工程のほとん
どは、半導体集積回路装置中の他の回路素子の形
成と同時に行なわれる工程であることは言うまで
もない。

前記第一の開孔６は接続孔５の形成と同時或は
個別の工程にて形成されるが、この第一の開孔６
は、半導体集積回路装置の製造工程中における熱
処理により多結晶シリコンヒユーズ３の表面が酸
化されてできる二酸化シリコン膜（図示せず）を
除去するためのもので、該二酸化シリコン膜の除
去により、半導体ヒユーズ素子の溶断時における
印加電圧及び電流を低減させることに効果があ
る。

前記構造の半導体ヒユーズ素子において、溶断
を容易とするためには、電圧印加時に溶断部３ａ
以外に加わる電圧を低下する必要がある。即ち、
電圧印加点から接続孔５に至る配線金属層７の抵
抗、接続孔５における接触抵抗、接続孔５から溶
断部３ａに至る接続部３ｂの抵抗を溶断部３ａの
抵抗に比較し、十分に小さくしなければならな
い。配線金属層７の層抵抗が多結晶シリコンヒユ
ーズ３の層抵抗に比較し１／200〜１／2000程度
であることを考慮すると、前記条件を満足するた
めには、接続孔５の開孔面積を適度に大きくして
接触抵抗を小さくするとともに、接続孔５より溶
断部３ａに至る接続部３ｂの幅l₁を広くし、かつ
長さl₂を短かくして接続部３ｂでの抵抗値を低減
する必要がある。

しかるに、前記接続部３ｂの長さl₂は接続部３
ｂ上に信頼性のある電気的接続を行なうためのマ
ージンとなつているため、通常２〜4μｍ以下と
することはできず、必然的に前記接続部３ｂの幅
l₁を広くすることで対処することとなり、結局、
半導体ヒユーズ素子の寸法を大きなものとするこ
ととなる。

又、半導体ヒユーズ素子の溶断時にはその溶断
のエネルギーにより溶断部３ａ上に位置する保護
絶縁膜８にクラツク（割れ）を生じることがあ
る。クラツクの発生時には、該クラツクより湿
気、汚染物等が半導体集積回路装置中に侵入し配
線金属層７等を腐蝕して装置を劣化、破損に導く
ことが知られている。

このクラツクの発生を防ぐ手段として、第５図
に示す如く、保護絶縁膜８に、溶断部３ａに至る
第二の開孔９を設けて、溶断時の過剰なエネルギ
ーを外部に逃がすという提案もあるが、この場合
も次に示す如き欠点を有している。言うまで第二
の開孔９は多結晶シリコンヒユーズ３の溶断、非
溶断にかかわらず形成されるため、前述のクラツ
クによる劣化、破損と同様の現像が発生する。即
ち、第二の開孔９より湿気、汚染物等が半導体集
積回路装置内に浸入し、この場合は、第二の開孔
に最も近接している接続孔５での電気的接続を劣
化させる。この劣化の結果、非溶断の半導体ヒユ
ーズ素子はあたかも溶断された半導体ヒユーズ素
子の如き状態を呈することとなる。

前述の如く、第二の開孔９の有無にかかわら
ず、半導体ヒユーズ素子３を含む半導体集積回路
装置では、湿気、汚染物に対する対策が必要であ
り、第二の開孔９を形成しない場合には、クラツ
クの発生する可能性のある領域内に回路素子を置
かないよう工夫する必要があり、又、第二の開孔
９を形成する場合には、半導体ヒユーズ素子３の
溶断後に第二の開孔９を絶縁物等で埋設する等の
不必要な工程の増加を招く結果となる。

（発明の目的） 本発明の目的は、上記の従来の欠点を除去し、
信頼性が高く、溶断を容易とした半導体ヒユーズ
素子を提供することにある。

（発明の構成） 本発明の半導体ヒユーズ素子は、リン、ホウ素
或はヒ素等を含む多結晶シリコンより成り溶断部
とその両端に位置する接続部とで構成される多結
晶シリコンヒユーズと、該多結晶シリコンヒユー
ズ上に延在する層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜に
設けられた前記接続部に達する接続孔と、前記層
間絶縁膜に設けられ前記溶断部に達する第一の開
孔と、前記層間絶縁膜上に延在し前記接続孔を介
して前記多結晶シリコンヒユーズに接続される配
線金属層と、該配線金属層上に延在する保護絶縁
膜とより成り、前記接続孔が前記第一の開孔に近
接し、前記接続部より前記溶断部にわたつて設け
られた第一の接続孔と、前記第一の開孔より離隔
して設けられた第二の接続孔との少なくとも二個
の接続孔より成ることで構成されるものである。

（実施例） 以下、本発明の実施例につき図面を参照して詳
細に説明する。第１図ａ及び第１図ｂは、それぞ
れ本発明の第一の実施例の半導体ヒユーズ素子に
つき、その構造を説明するための平面図および断
面図である。

第１図ａ，ｂに示すように従来例に示した手段
と同一の方法により、単結晶シリコン基板１上に
二酸化シリコン膜２を形成し、その上にヒユーズ
素子となる多結晶シリコン層３を形成し、次いで
多結晶シリコンヒユーズ３上に層間絶縁膜４を形
成する。多結晶シリコンヒユーズは、溶断部３ａ
と、その両端に位置する接続部３ｂとで構成され
る。次いで、層間絶縁膜４には多結晶シリコンヒ
ユーズ３の接続部３ｂに至る第一の接続孔１５ａ
及び第二の接続孔１５ｂが形成され、又、多結晶
シリコンヒユーズ３の溶断部３ａに至る第一の開
孔６が形成される。次いで、従来例に示した方法
と同様の手段により、層間絶縁膜４上に配線金属
層７が設けられ、多結晶シリコンヒユーズ３は第
一の接続孔１５ａ及び第２の接続孔１５ｂを介し
て配線金属層７により外部回路に接続される。次
いで配線金属層７上に保護絶縁膜８が形成され
る。

前記第一の接続孔１５ａはその一部が多結晶シ
リコンヒユーズ３の接続部３ｂ上に形成され、更
にその残部が多結晶シリコンヒユーズ３の溶断部
３ａ上に形成され、又、第二の接続孔１５ｂは多
結晶シリコンヒユーズ３の接続部３ｂ上に、前記
第一の開孔６より15μｍ離隔して設けられる。
又、前記第一の開孔６は従来例に示した如く、第
一の接続孔１５ａ及び第二の接続孔１５ｂと同時
に形成されても良く、或は個別の工程において形
成されてもよい。

上記したように構成された本発明の第一の実施
例においては、第一の接続孔１５ａが多結晶シリ
コンヒユーズ３の溶断部３ａ上にわたつて設けら
れているため、従来例に示した接続孔５から溶断
部３ａに至る接続孔３ｂの抵抗が存在せず、実質
的に、接続孔１５ａにおける接触抵抗だけが、多
結晶シリコンヒユーズ３の溶断部３ａの抵抗に対
する低減を必要とされる付随の抵抗となる。これ
は、明らかに、多結晶シリコンヒユーズ３の溶断
に要する電圧及び電流を低減することに効果があ
り、又、その溶断時に発生するエネルギーの低減
によりクラツクの発生する頻度を低下させること
に効果がある。又、第二の接続孔１５ｂは、第一
の接続孔１５ａが従来例中で述べた如く、信頼性
のある電気的接続を行うためのマージンを有しな
い構造となるための補償を行うことを目的とし、
信頼性のある接続を確保するために設けられるも
ので、前記第一の開孔６より15μｍ程度離隔して
設けられる。

第２図は、本発明者により、第二の接続孔１５
ｂの位置を決定するために行われた実験の結果を
示す図である。実験は、エポキシ等の樹脂による
パツケージに封入された半導体集積回路装置を温
度125℃、湿度100％、圧力３気圧中に300時間放
置して行なつた。第２図はその際の不良率と、前
記第一の開孔６と第二の接続孔１５ｂとの距離と
の相関関係を示すもので、前記第一の開孔６と第
二の接続孔１５ｂとを10μｍ以上離せば不良率は
激減し、12μｍ程度以上では０となつていること
が判る。

第３図は本発明の第二の実施例の半導体ヒユー
ズ素子につき、その構造を説明するための断面図
である。本発明の第二の実施例は、本発明の第一
の実施例の半導体ヒユーズ素子に対し、その保護
絶縁膜８に対して、多結晶シリコンヒユーズ３の
溶断部３ａ上に達する第二の開孔９を追加するも
ので、この第二の開孔９以外は本発明の第一の実
施例の半導体ヒユーズ素子と同一である。前記第
二の開孔９は、従来例中に示した如く、多結晶シ
リコンヒユーズ３の溶断部３ａ上の保護絶縁膜８
にクラツクが発生することを防ぐためのものであ
り、本発明の第一の実施例中に示した如く、半導
体ヒユーズ素子の信頼性を低下するものではな
い。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように、本発明の半導体
ヒユーズ素子は多結晶シリコンヒユーズの溶断部
上にわたる第一の接続孔により、溶断を容易とす
るとともに、第二の接続孔により信頼性を高める
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは本発明の第一の実施例の平面図
及び断面図、第２図は本発明の実施例の第一の開
孔第二の接続孔間距離と不良率の関係を示す図、
第３図は本発明の第二の実施例の断面図、第４図
ａ，ｂは従来の半導体ヒユーズ素子の平面図及び
断面図、第５図は従来の半導体ヒユーズ素子の他
の例の断面図である。 １……単結晶シリコン基板、２……二酸化シリ
コン層、３……多結晶シリコンヒユーズ、３ａ…
…溶断部、３ｂ……接続部、４……層間絶縁膜、
５……接続孔、１５ａ……第一の接続孔、１５ｂ
……第二の接続孔、６……第一の開孔、７……配
線金属層、８……保護絶縁膜、９……第二の開
孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ リン、ホウ素、或はヒ素等を含む多結晶シリ
   コンより成り、溶断部とその両端に位置する接続
   部とで構成される多結晶シリコンヒユーズと、該
   多結晶シリコンヒユーズ上に延在する層間絶縁膜
   と、該層間絶縁膜に設けられ前記接続部に達する
   接続孔と、前記層間絶縁膜に設けられ前記溶断部
   に達する第一の開孔と、前記層間絶縁膜上に延在
   し前記接続孔を介して前記多結晶シリコンヒユー
   ズに接続される配線金属層と、該配線金属層上に
   延在する保護絶縁膜とより成る半導体ヒユーズ素
   子において、前記接続孔が前記第一の開孔に近接
   し前記接続部より前記溶断部にわたつて設けられ
   た第一の接続孔と、前記第一の開孔より離隔して
   設けられた第二の接続孔との少なくとも二個の接
   続孔より成ることを特徴とする半導体ヒユーズ素
   子。 ２ 表面保護絶縁膜に、前記多結晶シリコンヒユ
   ーズの溶断部に達する第二の開孔が設けられたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導
   体ヒユーズ素子。