(57)【要約】  【課題】電流溶断型のヒューズを切断した際に、ヒューズ直下の絶縁膜が基板に達するまで溶融することを防止し、しかも素子特性の劣化を生じさせることのない構造を有する半導体装置を提供する。  【解決手段】半導体基板１上の活性領域以外の領域であるフィールド領域に絶縁膜７を介して形成され、ヒューズ本体部４ａとその両端に設けられたヒューズ電極部４ｂとを有するヒューズ４を備える。ヒューズ本体部下方の領域の絶縁膜７ａの膜厚が、ヒューズ下方の領域以外のフィールド領域における絶縁膜の膜厚よりも厚い。【選択図】  図１
2006086473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上の活性領域以外の領域であって前記活性領域を規定するフィールド領域に絶縁膜を介して形成され、ヒューズ本体部とその両端に設けられたヒューズ電極部とを有するヒューズを備えた半導体装置において、
前記ヒューズ本体部下方の領域の前記絶縁膜の膜厚が、前記ヒューズ下方の領域以外のフィールド領域における前記絶縁膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ヒューズ下方の領域の前記絶縁膜の膜厚が、前記ヒューズ下方の領域以外のフィールド領域における前記絶縁膜の膜厚よりも厚い請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
半導体基板上の活性領域以外の領域であって活性領域を規定するフィールド領域に絶縁膜を介して、ヒューズ本体部とその両端に設けられたヒューズ電極部とを有するヒューズを形成する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上の一部の領域に被酸化性膜を形成する工程と、
前記被酸化性膜を熱酸化する工程と、
少なくとも前記ヒューズ本体部を前記熱酸化された被酸化性膜の上に配置して前記ヒューズを形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記被酸化性膜として、多結晶シリコン膜あるいは非晶質シリコン膜を用いる請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
半導体基板上の活性領域以外の領域であって活性領域を規定するフィールド領域に絶縁膜を介して、ヒューズ本体部とその両端に設けられたヒューズ電極部とを有するヒューズを形成する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板上に絶縁膜および被酸化性膜を順に形成する工程と、
前記被酸化性膜上に当該被酸化性膜よりも酸化速度の遅い耐酸化性膜を形成する工程と、
前記耐酸化性膜の一部の領域を除去する工程と、
前記被酸化性膜を熱酸化する工程と、
残存する前記耐酸化性膜および前記被酸化性膜を除去する工程と、
少なくとも前記ヒューズ本体部を前記熱酸化された被酸化性膜の上に配置して前記ヒューズを形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記被酸化性膜上にシリコン酸化膜を形成した後に、前記耐酸化性膜を形成する請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記被酸化性膜として、多結晶シリコン膜あるいは非晶質シリコン膜を用い、前記耐酸化性膜としてシリコン窒化膜を用いる請求項５または請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板上の活性領域以外の領域であって活性領域を規定するフィールド領域に絶縁膜を介して電流溶断型ヒューズが形成された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電流溶断型ヒューズの一例を図５に示す（例えば特許文献１参照）。同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、（ａ）のＡ−Ａ’およびＢ−Ｂ’に沿った断面図である。シリコン基板１上のトランジスタなどの素子が形成される活性領域以外の領域であるフィールド領域に成長させたシリコン酸化膜、あるいはシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜からなる絶縁膜２が、膜厚３００ｎｍ〜１μｍ程度に形成されている。絶縁膜２の上に、膜厚２００〜５００ｎｍ程度の多結晶シリコン膜（あるいは非晶質シリコン膜）をパターニングしてヒューズ４が形成されている。ヒューズ４は、一部が細くなった形状のヒューズ本体部４ａを有する。
【０００３】
ヒューズ本体部４ａ両端のヒューズ電極部４ｂにおいて、層間絶縁膜３に開孔されたコンタクト５を介してアルミ配線６などの金属配線層と接続され、パッド（図示せず）に接続されている。アルミ配線６上には通常、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜、あるいはこの両者の間の組成を有する保護絶縁膜が形成されるが、図示は省略されている。図５に示したヒューズ４を切断するには、ヒューズ両端に接続されたパッドに所定の電圧を印加して、細くなったヒューズ本体部４ａの抵抗で発生するジュール熱によって多結晶シリコンを溶融させ切断する。
【特許文献１】特許第３２９４４０１号公報（図１および図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図５に示したヒューズ構造において、絶縁膜２の膜厚が３００〜４００ｎｍ程度と比較的薄い場合には、切断する際の急激な発熱によってヒューズ本体４ａ直下の絶縁膜２が、シリコン基板１に達するまで溶融する可能性がある。このとき、絶縁膜２が溶融した箇所で、溶断したヒューズ４がシリコン基板１と接触して、ヒューズ４とシリコン基板１が短絡するという不具合が発生する。
【０００５】
こうした不具合を解消するために、熱酸化によってフィールド領域に厚いシリコン酸化膜を成長させて絶縁膜２の膜厚を厚くすることが考えられるが、長時間の熱処理工程による結晶欠陥の発生や厚いシリコン酸化膜のストレスによって、リーク電流が増加するなどの素子特性劣化が生じる。また、固体撮像装置においては、絶縁膜２が厚くなると画素領域との段差が大きくなるため、この段差を埋めて平坦化した後に画素上に形成するマイクロレンズと画素領域のシリコン基板との距離が大きくなり、レンズの集光特性が劣化して感度が低下するという不具合が生じる。
【０００６】
本発明の目的は、電流溶断型のヒューズを切断した際に、ヒューズ直下の絶縁膜が基板に達するまで溶融することを防止し、しかも素子特性の劣化を生じさせることのない構造を有する半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体装置は、半導体基板上の活性領域以外の領域であって活性領域を規定するフィールド領域に絶縁膜を介して形成された、ヒューズ本体部とその両端に設けられたヒューズ電極部とを有するヒューズを備え、前記ヒューズ本体部下方の領域の前記絶縁膜の膜厚が、前記ヒューズ下方の領域以外のフィールド領域における前記絶縁膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする。
【０００８】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上の活性領域以外の領域であって活性領域を規定するフィールド領域に絶縁膜を介して、ヒューズ本体部とその両端に設けられたヒューズ電極部とを有するヒューズを形成する半導体装置の製造方法であって、前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上の一部の領域に被酸化性膜を形成する工程と、前記被酸化性膜を熱酸化する工程と、少なくとも前記ヒューズ本体部を前記熱酸化された被酸化性膜の上に配置して前記ヒューズを形成する工程とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の他の半導体装置の製造方法は、半導体基板上の活性領域以外の領域であって活性領域を規定するフィールド領域に絶縁膜を介して、ヒューズ本体部とその両端に設けられたヒューズ電極部とを有するヒューズを形成する半導体装置の製造方法であって、前記半導体基板上に絶縁膜および被酸化性膜を順に形成する工程と、前記被酸化性膜上に当該被酸化性膜よりも酸化速度の遅い耐酸化性膜を形成する工程と、前記耐酸化性膜の一部の領域を除去する工程と、前記被酸化性膜を熱酸化する工程と、残存する前記耐酸化性膜および前記被酸化性膜を除去する工程と、少なくとも前記ヒューズ本体部を前記熱酸化された被酸化性膜の上に配置して前記ヒューズを形成する工程とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ヒューズ本体部下の領域の絶縁膜の膜厚が厚いので、電流溶断型ヒューズを切断する際の急激な発熱があっても、ヒューズ直下の絶縁膜がシリコン基板に達するまで溶融して、溶融したヒューズがシリコン基板と接触してヒューズとシリコン基板が短絡するという不具合を防止することができる。
【００１１】
しかも、ヒューズ下方の領域以外の絶縁膜の膜厚は厚くないので、長時間の熱酸化工程による結晶欠陥の発生や厚いシリコン酸化膜のストレスによるリーク電流増加や、固体撮像装置における画素領域との段差拡大に伴うマイクロレンズ集光特性悪化による感度低下、などの素子特性劣化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の半導体装置において、前記ヒューズ下方の領域の前記絶縁膜の膜厚が、前記ヒューズ下方の領域以外のフィールド領域における前記絶縁膜の膜厚よりも厚い構成としてもよい。
【００１３】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記被酸化性膜として、多結晶シリコン膜あるいは非晶質シリコン膜を用いることができる。
【００１４】
本発明の他の半導体装置の製造方法において、前記被酸化性膜上にシリコン酸化膜を形成した後に、前記耐酸化性膜を形成してもよい。
【００１５】
また、前記被酸化性膜として、多結晶シリコン膜あるいは非晶質シリコン膜を用い、前記耐酸化性膜としてシリコン窒化膜を用いることができる。
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態におけるヒューズを有する半導体装置の構成を示す。但し、図１には、ヒューズの部分のみが示されている。同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、（ａ）のＡ−Ａ’およびＢ−Ｂ’に沿った断面図である。
【００１８】
シリコン基板１上のトランジスタなどの素子が形成される活性領域活性領域以外の領域であるフィールド領域に成長させたシリコン酸化膜あるいはシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜からなる絶縁膜７が形成されている。絶縁膜７は、中央の領域が周辺の領域よりも膜厚が大きくなっており、厚い絶縁膜７ａを形成している。絶縁膜７の膜厚は、周辺部では３００〜６００ｎｍ程度、厚い絶縁膜７ａでは５００ｎｍ〜１μｍ程度となっている。
【００１９】
厚い絶縁膜７ａの上に、膜厚２００〜５００ｎｍ程度の多結晶シリコン膜（あるいは非晶質シリコン膜）をパターニングしてヒューズ４が形成されている。ヒューズ４は、一部が細くなった形状のヒューズ本体部４ａを有する。
【００２０】
ヒューズ本体４ａ両端のヒューズ電極部４ｂにおいて、層間絶縁膜３に開孔されたコンタクト５を介してアルミ配線６などの金属配線層と接続され、パッド（図示せず）に接続されている。アルミ配線６上には通常、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜、あるいはこの両者の間の組成を有する保護絶縁膜が形成されるが、図示は省略されている。
【００２１】
本実施形態におけるヒューズの構成は、絶縁膜７が、ヒューズ本体部４ａ直下において、その膜厚がその周辺のフィールド領域部よりも大きい厚い絶縁膜７ａが形成されていることが、図５に示した従来例と異なる。例えば、絶縁膜７の膜厚が４００ｎｍの場合に、厚い絶縁膜７ａの膜厚を８００ｎｍとする。この構造により、ヒューズ直下の厚い絶縁膜７ａは十分な膜厚が確保できるので、ヒューズ切断の際に基板に達するまで絶縁膜が溶融して、溶断したヒューズとシリコン基板が接触して短絡不良となることを防止することができる。
【００２２】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態におけるヒューズを有する半導体装置の構成を示す。同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’に沿った断面図である。Ｂ−Ｂ’に沿った断面は図１（ｃ）と同一である。
【００２３】
図１に示した実施の形態では、ヒューズ４下の領域全体にわたって厚い絶縁膜７ａが形成されているのに対して、本実施の形態では、ヒューズ本体部４ａを含むヒューズ４の一部領域の下部にのみ厚い絶縁膜７ａが形成されている。コンタクト５やその周辺のアルミ配線６の下には、周囲領域と同じ膜厚の絶縁膜７が形成されている。
【００２４】
その結果、溶断したヒューズ４とシリコン基板１が接触して短絡不良となるのを防止することができるのに加えて、アルミ配線部６の高さが従来と同じ高さに保てるため、固体撮像装置における前述した不具合を防止するという効果を併せて得ることができる。
【００２５】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態におけるヒューズを有する半導体装置の製造方法の工程を示す。本図は、図１または図２のＡ−Ａ’に沿った断面に対応している。
【００２６】
まず図３（ａ）に示すように、シリコン基板１上のトランジスタなどの素子が形成される活性領域以外の領域であるフィールド領域に、選択的な熱酸化法によってシリコン酸化膜を例えば３００〜６００ｎｍ程度成長させて、絶縁膜７を形成する。ＭＯＳ型構造を有する素子を含む半導体装置であって、ゲート絶縁膜に気相成長法（以下ＣＶＤ法を記す）で成長させたシリコン窒化膜あるいはシリコン酸化膜が用いられる場合には、絶縁膜７は上記の熱酸化膜上にこれらの膜が積層されている積層構造であっても良い。
【００２７】
次に図３（ｂ）に示すように、シート抵抗が２０〜８０Ω／□程度に例えばリンを不純物として導入された多結晶シリコン膜８（あるいは非晶質シリコン膜）を堆積する。この多結晶シリコン膜８の膜厚は、絶縁膜７と厚い絶縁膜７ａの差によって決定される。シリコン膜が熱酸化でシリコン酸化膜に変化する際に膜厚は約２倍になるため、例えば絶縁膜８の膜厚を４００ｎｍ、厚い絶縁膜７ａの膜厚を８００ｎｍにする場合には、その膜厚差４００ｎｍの半分、すなわち膜厚２００ｎｍに多結晶シリコン膜８を堆積する。
【００２８】
その後、図３（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー技術によって厚い絶縁膜７ａを形成する領域にフォトレジスト９を残し、これをマスクとして反応性イオンエッチング法（以下ＲＩＥ法と記す）によって多結晶シリコン膜８を除去する。さらに、フォトレジスト９を除去し、熱酸化法によって多結晶シリコン膜８をシリコン酸化膜にすることによって、図３（ｄ）に示すようにヒューズを形成する領域にのみ厚い絶縁膜７ａが形成される。
【００２９】
この後の工程の詳細は図示を省略するが、図１を参照して説明する。まず、シート抵抗が２０〜８０Ω／□程度に例えばリンを不純物として導入された２００〜５００ｎｍ程度の膜厚の多結晶シリコン膜を、フォトリソグラフィー法とＲＩＥ法によってヒューズ４の形状にパターニングする。その後、例えばＣＶＤ法によってボロン・リンが添加された珪酸膜（以下ＢＰＳＧと記す）などの層間絶縁膜３を成長させる。その後、層間絶縁膜３にフォトリソグラフィー法とＲＩＥ法によってコンタクト５を形成する。さらに、膜厚４００〜８００ｎｍ程度のアルミニウム膜を堆積してフォトリソグラフィー法とＲＩＥ法によってアルミ配線６を形成することによって、図１に示した構造を作製することができる。
【００３０】
本実施形態の方法では、絶縁膜７の表面に形成したリンなどの不純物が導入された多結晶シリコン膜８を酸化して厚い絶縁膜７ａを形成するため、長時間の熱処理工程による結晶欠陥の発生を抑制でき、リーク電流の増加などを防止することができる。
【００３１】
なお、以上の説明では、図１に対応する構成を例として説明したが、図３（ｃ）でフォトレジスト９を残す領域を変更することによって、図２の構造を作製することも可能である。
【００３２】
（第４の実施形態）
図４は、本発明の第４の実施形態におけるヒューズを有する半導体装置の製造方法の工程を示す。同図も、図１または図２のＡ−Ａ’に沿った断面図に対応している。
【００３３】
まず、シリコン基板１上に絶縁膜７を形成するまでは、図３（ａ）に示した工程と同一である。
【００３４】
次に図４（ａ）に示すように、シート抵抗が２０〜８０Ω／□程度に例えばリンを不純物として導入された多結晶シリコン膜８（あるいは非晶質シリコン膜）を堆積する。この多結晶シリコン膜８の膜厚も図３の場合と同様に決定される。次に、熱酸化法あるいはＣＶＤ法によって２０〜１００ｎｍ程度の膜厚のシリコン酸化膜１０を形成する。その上に、耐酸化性膜として、例えば２０〜１００ｎｍ程度の膜厚のシリコン窒化膜１１を成長させる。多結晶シリコン膜８上に直接シリコン窒化膜１１を形成してもよいが、後工程でシリコン窒化膜を除去する際に多結晶シリコン膜との選択比が十分でない場合には、多結晶シリコン膜８上にシリコン酸化膜１０を介してシリコン窒化膜１１を形成した構成とする。
【００３５】
その後、図４（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術によって厚い絶縁膜７ａを形成しない領域にフォトレジスト１２を残し、これをマスクとして反応性イオンエッチング法（以下ＲＩＥ法と記す）によってシリコン窒化膜１１を除去する。さらに、フォトレジスト１２を除去し、熱酸化法によって多結晶シリコン膜８をシリコン酸化膜にすることによって、図４（ｃ）に示すようにヒューズを形成する領域にのみ厚い絶縁膜７ａが形成される。
【００３６】
この後、残っているシリコン窒化膜１１、シリコン酸化膜１０、多結晶シリコン膜８を除去する。これ以後、図３で述べたのと同じ工程を経ることによって、図１に示した構造を作製することができる。
【００３７】
図３に示した方法では、多結晶シリコン膜８を熱酸化する際に、厚い絶縁膜７ａを形成する領域以外の領域には絶縁膜７が露出しているのに対して、本実施形態の方法では、厚い絶縁膜７ａを形成する領域以外の領域は耐酸化性のシリコン窒化膜１１で覆われている。このため、絶縁膜７が薄い場合でも、厚い絶縁膜７ａを形成する領域以外の絶縁膜７下のシリコン基板１が酸化されて、絶縁膜７の膜厚が厚くなることはない。その結果、ストレスの増加によるリーク電流の増加を防止することが可能である。
【００３８】
なお、以上の説明では、図１に対応する構成を例として説明したが、図４（ｂ）でフォトレジスト１２を除去する領域を変更することによって、図２の構造を作製することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、電流溶断型のヒューズを切断した際に、ヒューズ直下の絶縁膜が基板に達するまで溶融することを防止し、しかも素子特性の劣化を生じさせることがないので、信頼性の高い電流溶断型ヒューズを有する半導体装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態における半導体装置を示す平面図、（ｂ）、（ｃ）は断面図
【図２】（ａ）は本発明の第２の実施形態における半導体装置を示す平面図、（ｂ）は断面図
【図３】本発明の第３の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程図
【図４】本発明の第４の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程図
【図５】（ａ）は従来例の半導体装置を示す平面図、（ｂ）、（ｃ）は断面図
【符号の説明】
【００４１】
１    シリコン基板
２    絶縁膜
３    層間絶縁膜
４    ヒューズ
４ａ  ヒューズ本体部
４ｂ  ヒューズ電極部
５    コンタクト
６    アルミ配線
７  絶縁膜
７ａ  厚い絶縁膜
８    多結晶シリコン膜
９、１２  フォトレジスト
１０    シリコン酸化膜
１１    シリコン窒化膜
【図１】
2006086473.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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