JPS58190055A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置及びその製造方法に関し、特に多結
晶シリコンをヒユーズとして使用する構造の半導体装置
に関するものである。

半導体製造技術か著しく向−トしたことに伴って、チッ
プ内に納められる素子数か多くなり、高密度化さｉ’し
た半導体装置か次々に開発され、特にメモリ装置におい
て高密度化された装置の実用化か進んでいる。

この種の高集積度Ｍ　ＯＳメモリは、素子数が非常に多
いためにチップ全体のトランジスタ等ヲ完全な良品とし
て仕上げることか非常に困難になって七り、高密度化は
一方で製品の歩留を低下させる原因になっている。この
ような製品歩留りの低下を防ぐために、実際の装置では
一つの対策として冗長性をもたせることか行われており
、チップ内に予め予備となる部分を組み込んで構成する
方法が採られている。この冗長性をもたせる方式は、メ
モリか構成された半導体テップ内に不良部分があればこ
の不良部分を使わずに、予備として準備されている部分
を置き換えて利用し、上記不良部分を切り離して所期の
機能を備えた半導体装置を構成するものである。このよ
うに不良部分が見い出された装置では通常不良部分の切
り離しが行われる。

従来から行われている不良部分の切り離しどしては、多
結晶ンリコンバターンからなるヒユーズを用いることか
広く利用されている。即ち半導体チップ内に組み込まれ
た例えばメモリ要素の要部に多結晶／リコンからなるヒ
ユーズを予め挿入して回路を構成し、切り離しに際して
はこれらのヒユーズの内電気的に切り離しを要する部分
のヒユー萎ズに、通電→抵抗部の発熱→溶融→電流暴走
→蒸発という過８をとらせることによって切断するもの
である。

しかし多結晶シリコンを上述のように蒸発させて切り離
すためには半導体装置の特にヒユーズとなる多結晶シリ
コン部分には構造上の工夫が必要になる。例えば第１図
に示すような多結晶シリコンからなるヒユーズパターン
を被う構造物を除去した窓開き構造にすることか広く知
られている。

しかしなから上記第１図の窓開き構造では、窓か設けら
れていることによる不都合、特に水分等の不純物の侵入
かあり、信頼性か損われるという問題かあった。

まず上記第１図の従来から工夫されている構造について
説明する。同図において、Ｉはメモリセル等の回路素子
か組み込まれたシリコン半導体基板で、該半導体基板表
面は比較的厚いフィールド酸化膜２で被われている。上
記フィールド酸化膜２土には回路素子間の電気的接続或
いは切り離しは必要時にヒユーズとして電気的に溶断す
るため、通電用の電極か設けられると共に、蒸発による
溶断を容易にするため一部は露出される。即ち上記多結
晶シリコン層３上には、絶縁のための薄いンリコン酸化
膜４に続いて層間絶縁のだめのリンガラス層５が積層さ
れ、次、Ｅ止、記両絶縁層を貫通して多結晶シリコン３
に達するヒユーズ電極取出し用コンタクト孔６，６か形
成される。該コンタクト孔６，６にアルミニウム電極７
が形成された後カバーガラスまたは保護膜としてシリコ
ンナイトライド膜８が半導体基板表面を被って形成され
る。

該シリコンナイトライド膜８について、ヒユーズとなる
上記多結晶シリコン３の一部を露出させるために、リン
ガラス層５及び薄い酸化膜４と共に除去され窓９が形成
される。

上記プロセスを経て作製された半導体装置は、このよう
な半導体装置を外気に触れる状態で使、用した場合、不
純物特に水分の侵入か窓９から起こり、側面に露出して
いるリンガラス層５においては、侵入１．た水分によっ
て加水分解か生じ、リン酸を発生しながら次第に内部に
進行する。

この進行時に特に近接するアルミニウム配線を腐食し、
断線に到らしめる結果になり、半導体装置の耐久性及び
信頼性を低下させる原因になる０たとえ上記半導体基板
が樹脂によって封止されている゛場合でも、樹脂を通し
て侵入した水分が窓開口部に現われたリンガラスと反応
し、上述のように装置の信頼性を低下させる。

本発明は上記従来の多結晶シリコンをヒユーズとして使
用する半導体装置の欠点を除去し、マスクの枚数を増や
したりプロセス上の制約を付加することなく耐湿性の改
善を図った半導体装置及びその製造方法を提供するもの
である。次に図面を用いて本発明の詳細な説明する０ 第２図（ａ）〜（ｃ）は半導体装置を製造するための工
程を示し、半導体基板１には前述の従来装置と同様にＭ
ＯＳ）ランジスタ等によって冗長性をもたせた回路構成
か組込１れ、表面かフィールド酸化膜２で被われている
。フィールド酸化膜２上には、ヒユーズとなるべき多結
晶シリコン膜３かパターニングされて形成されている。

該多結晶ノリコン膜３の表面には薄いシリコン酸化膜４
か形成され、第２の多結晶シリコン膜ＩＯ及び第２の薄
いシリコン酸化膜１１を介して高融点金属、例えばモリ
ブデン膜１２か順次積層されている。ここで上記第２の
多結晶シリコン膜１０及びモリブデン膜１２は、多結晶
シリコン３−＼の通電全阻害しないようにいずれも下部
に位置する上記多結晶シリコン膜３に電極取り出しか可
能になる形状に設計さ１％でいる。

上記ヒユーズとなる多結晶シリコン３を被う第２多結晶
シリコ／１０及びモリブデン膜１２は、本工程のために
特別に付加された材料ではなく、特ＶＣ２５６キロビツ
トダイナミツクＲＡＭ等においては、ゲート電極及び配
線等として必要な材料であり、これらの材料を用いた工
程を利用したものである。モリブデン膜１２ばその他タ
ングステン。

チタン、タンタル或いはこｉｔらのシリコン合金等によ
る高融点金属が用いられることもある。

モリブデン膜１２か形成された半導体基板上は層間絶縁
となるリンガラス層５で被われる。リンガラス層５はヒ
ユーズ電極取出し部に孔６．６か形成されると共に、多
結晶シリコン３を露出させるべき窓の最終面積より充分
大きい形状の孔１３を形成する。次に上記電極取出し孔
６，６を被って゛アルミニウム電極７を形成する。該ア
ルミニラ　□ム電極７の作製工程でリアクティブスパッ
タエツチング技術を用いると、リンガラス層の孔１３で
露出したモリブデン膜１２も効果的にエツチングされ、
第２図（ｂ）に示すようにエツチング除去され、アルミ
ニウム電極７のバターニングと同じ工程で作製し得る。

ただしモリブデン膜１２の下部はシリコン酸化膜１１で
被われているため上記エツチング工程によってはほとん
ど侵されることかない０電極７が形成された半導体基板
表面は全面に亘ってリンを含まないか又ＵＩＪン濃度か
非常に低いカバーガラス又はシリコンナイトライド等か
らなる保護膜８か形成される。該保護膜８は第２図（Ｃ
）にリコン１０及び絶縁膜４かエツチング除去され、多
結晶シリコン３の一部が外部に露出される。保護膜８の
開口面積は、上記リンガラス層５の開口面積１３より小
さい形状に選ばれる。即ち上記リンガラス層５は保護膜
８内に包み込まれた形態をなし、多結晶シリコン層３上
に位置する窓開口１４の側面にはリンガラス層５を露出
させない構造を得る。

上記構造の半導体装置は、第２多結晶シリコン膜１０と
モリブデン膜１２が自動的に窓開口１４を囲む形態とな
り、多結晶シリコン膜１０とモリブデン膜１２の両者を
例えば（＋）電圧にバイアスすることにより、水分以外
にナトリウム等のイオン性汚染のチップ内侵入を阻止す
ることも可能となる利点を有し、自動的にガードリング
を形成する。

第４図は、半導体基板１内にＮ型領域１５をガードリン
グとして作製した半導体装置に上記構造全適用した場合
のパターンの設計図を示す。尚同パターンは通常図中ｘ
ｙで対称をなす形状として用いられる。

即ち、ガードリンク１５で囲まれた半導体基板領域の表
面上に、ヒユーズとなる多結晶シリコン３（図中破線で
囲む領域）が設けられ、該多結晶シリコン３の一部領域
を露出させるだめの窓開口１４（一点鎖線で示す）か形
成されている。更にガードリンク１５で四重れた基板領
域の上記窓開口１４を除く部分に第２多結晶シリコン層
１０及びモリブデン膜＋２（二点鎖線で示す）が形成さ
れている。ただし第２多結晶シリコンｌＯの一方の端は
窓開口１４１で達しているか、モリブデン膜１０はリン
ガラス層５と共に窓開口１４より大きい開口１Ｂを形成
するように、即ちリンガラス層５の端部を露出させない
ために図中実線で示す開口１３位置に調整されている。

多結晶シリコン３に通電するだめの電極７及び第２多結
晶シリコン１０及びモリブデン膜＋２［バイアス電圧を
与えるための電極１６が設けられ、更に上記Ｎ領域の基
板上に囲まれた基板領域を遮蔽するためにＡｌ電極１７
が設けられている。

上記実織剋はヒユーズとなる多結晶シリコンを通電によ
って焼き切る場合を挙げたか、切り離しを要する露出し
た多結晶シリコン部分にレーザービームを照射して焼き
切る場合にも適用することかできる。

以上本発明によれば、多結晶シリコンをヒユーズとして
用いた冗長性をもたせた半導体装置において、たとえ配
線の層間絶縁等のためにリンガラス層か用いられたとし
ても、多結晶シリコンを露出させた開口近傍の保護膜は
リンガラスか直ちに露出することかないため、水等の侵
入によるＡ１配線の腐蝕を防ぐことかでき、耐湿性のす
ぐれた装置を得ることかできる。捷た従来の製造工程と
比べてマスク枚数を増やしたり大きくプロセスを変更す
る必要かなく、簡単な製造工程で信頼性の高い半導体装
置を得ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の断面図、第２図（ａ）〜（ｃ）は本
発明の一実施例の工程を説明するための断面図、第３図
は本発明の実施例に使用するパターンの設削図であん、 １：半導体基板、２：フィールド酸化膜、３：多結晶シ
リコン、５ニリンガラス層、６：電極孔、７：Ａｌ電極
、８：保護膜、１０：第２多結晶シリコン、１２：モリ
ブデン、Ｉ３ニリンガラス層の開口、１４：窓開口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半導体基板内に組み込まれた回路素子間の電気的接
   続或いは切り離しを行うために多結晶ンリコンが絶縁層
   上に設けられ、且つ該多結晶シリコンの一部を露出させ
   てなる半導体装置において、多結晶シリコンの露出部開
   口に位置する保護膜かリン濃度の低い保護膜からなるこ
   とを特徴とする半導体装置。 ２）半導体基板内に組み込まれた回路素子間の電気的接
   続或いは切り離しを行うために多結晶ンリコンか絶縁層
   上に設けられ、且つ該多結晶ンリコンの一部を露出させ
   てなる半導体装置の製造方法において、絶縁層上に多結
   晶シリコンを形成する工程と、該多結晶シリコン層上に
   リンガラス層を直接或いは他の層を介して形成する工程
   と、該リンガラス層に上記多結晶シリコンを露出させる
   最終開口より大きい形状の開口を形成する工程と、配線
   のだめの導体形成後に半導体基板表面を被ってリンを含
   １ないか又はリン濃度の低い保護膜を形成する工程と、
   該保護膜に開口を形成して多結晶シリコンを露出させる
   工程とからなり、上記開口部近傍でリンガラ、ス層を保
   護膜内に包み込んでなる半導体装置の製造方法。