(57)【要約】【課題】レーザートリミングによって除去されるポリシリコン層を有した半導体装置において、ポリシリコン層を覆う層間絶縁膜の開口部の広がりを抑止する。【解決手段】例えばＰ型の半導体基板１０には、Ｎ−型の半導体層１１と隣接するＰ＋型の素子分離領域１２が形成されている。素子分離領域１２を覆うＬＯＣＯＳ絶縁膜１３上には、ヒューズ配線として複数のポリシリコン層１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃが形成されている。これらのヒューズ配線は層間絶縁膜１６に覆われており、層間絶縁膜１６に設けられた貫通孔１６ＴＨには、タングステン等からなる高融点金属層１７が形成されている。この高融点金属層１７は、レーザートリミングの際に生じる余分な熱を吸収するため、層間絶縁膜１６の開口部１６Ａの広がりを抑えることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板に形成されたヒューズ配線と、
前記ヒューズ配線を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜を貫通し、前記半導体基板の平面方向において前記ヒューズ配線と離間して該ヒューズ配線に沿って延びる高融点金属層と、を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記高融点金属層は複数の柱状体からなり、各柱状体は、前記半導体基板の平面方向において互いに離間して配置され、前記絶縁膜を介して互いに絶縁されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ヒューズ配線は、ポリシリコン層からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体基板は、半導体基板と同じ第１導電型の不純物拡散層からなる素子分離領域と、該素子分離領域と隣接する第２導電型の半導体層を含み、
前記ヒューズ配線は、前記半導体基板の平面方向において前記素子分離領域と重畳して形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記素子分離領域内の表面には、前記第１導電型の不純物拡散層に囲まれた第２導電型の不純物拡散層が形成され、
前記ヒューズ配線は、前記半導体基板の平面方向において前記第２導電型の不純物拡散層と重畳して形成されることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特に、複数の電子デバイス間に接続されたヒューズ配線を有する半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、完成した半導体装置の仕様や性能を調整するために、半導体装置の複数の電子デバイス間には、レーザートリミング等により部分的に除去されるヒューズ配線が接続されている。
【０００３】
各ヒューズ配線は、例えば図８に示すように、並行して延びる複数のポリシリコン層１１５Ａ，１１５Ｂによって構成される。これらのポリシリコン層１１５Ａ，１１５Ｂは、例えばＰ型の半導体基板１１０に含まれるＰ＋型の素子分離領域１１２上のＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）絶縁膜１１３の表面に形成され、電子デバイス（不図示）の形成領域から延びる層間絶縁膜１１６に覆われている。また、半導体基板１１０は、Ｐ＋型の素子分離領域１１２と隣接して、例えばＮ−型の半導体層（不図示）を含んでいる。
【０００４】
そして、特定のポリシリコン層、例えばポリシリコン層１１５Ａの一部が、レーザー照射等により気化され、そのポリシリコン層１１５Ａからなるヒューズ配線は断線する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１７７２７０号公報
【特許文献２】特開２００４−１０３９６０号公報
【特許文献３】特開２００６−０４１２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ポリシリコン層１１５Ａをレーザートリミングする際には、レーザー照射されたポリシリコン層１１５Ａの一部が気化して、熱を帯びたガスが一気に膨張する。このとき放出されたガスの熱と圧力により、図９に示すように、ポリシリコン層１１５Ａの周囲の広い範囲で層間絶縁膜１１６が変形あるいは除去されてしまうため、もとのポリシリコン層１１５Ａ上のみならず、隣接する他のポリシリコン層１１５Ｂ上まで広がる開口部１１６Ａが形成される。即ち、本来ならば残されているはずの層間絶縁膜１１６のパターンを大きく損傷させるという問題が生じていた。
【０００７】
また、上記レーザートリミングの際には、ポリシリコン層１１５Ａが気化するときに放出された熱を起因として、もともとポリシリコン層１１５Ａが形成されていた領域、即ち開口部１１６Ａの底部近傍では、ＬＯＣＯＳ絶縁膜１１３から素子分離領域１１２に至るクラック１１２Ｃが生じてしまう。素子分離領域１１２に生じたクラック１１２Ｃは、素子分離領域１１２とそれに隣接するＮ−型半導体層（不図示）との間にリーク電流を生じさせる原因となる場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、その主な特徴は以下の通りである。
【０００９】
本発明の半導体装置は、半導体基板と、半導体基板に形成されたヒューズ配線と、ヒューズ配線を覆う絶縁膜と、絶縁膜を貫通し、半導体基板の平面方向においてヒューズ配線と離間して該ヒューズ配線に沿って延びる高融点金属層と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の半導体装置は、上記構成において、高融点金属層は複数の柱状体からなり、各柱状体は、半導体基板の平面方向において互いに離間して配置され、絶縁膜を介して互いに絶縁されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の半導体装置は、上記構成において、ヒューズ配線はポリシリコン層からなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の半導体装置は、上記構成において、半導体基板は、半導体基板と同じ第１導電型の不純物拡散層からなる素子分離領域と、該素子分離領域と隣接する第２導電型の半導体層を含み、ヒューズ配線は、半導体基板の平面方向において素子分離領域と重畳して形成されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の半導体装置は、上記構成において、素子分離領域内の表面には、第１導電型の不純物拡散層に囲まれた第２導電型の不純物拡散層が形成され、ヒューズ配線は、半導体基板の平面方向において第２導電型の不純物拡散層と重畳して形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、絶縁膜（例えば層間絶縁膜）に覆われたヒューズ配線（例えばポリシリコン層）をレーザートリミングする際に、該絶縁膜の開口部の広がりを抑止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態による半導体装置の回路図である。
【図２】図１の半導体装置のヒューズ配線近傍を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】図１の半導体装置のヒューズ配線近傍を示す平面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による半導体装置を示す平面図である。
【図７】本発明の第１及び第２の実施形態の変形例を示す断面図である。
【図８】従来例によるヒューズ配線を示す断面図である。
【図９】従来例によるヒューズ配線を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１の実施形態］
本発明の実施形態による半導体装置について図面を参照して説明する。図１は、この半導体装置の構成例を示す概略の回路図である。半導体装置１には、複数の電子デバイス（不図示）を含む回路２が形成されている。この回路２には、その出力端子３から出力される出力電圧Ｖｏｕｔを調整するために、例えば、ヒューズ配線４Ａ，４Ｂ，４Ｃを介して、複数の抵抗素子５Ａ，５Ｂ，５Ｃが並列接続されている。そして、このような構成で完成した半導体装置において、必要に応じて、ヒューズ配線４Ａ，４Ｂ，４Ｃのいずれかをレーザートリミングによって断線させることにより、抵抗値の大きさを変えて出力電圧Ｖｏｕｔを調整することができる。
【００１７】
なお、本発明の半導体装置は、図１の構成例に限定されず、任意の電子デバイスや信号線、例えば回路２内に含まれるトランジスタのゲート線等にヒューズ配線が接続されたものであってもよい（不図示）。また、任意の個数のヒューズ配線が配置されてもよいが、本実施形態では３個のヒューズ配線４Ａ，４Ｂ，４Ｃが配置された場合の構成例を示す。
【００１８】
以下に、半導体装置１に形成されたヒューズ配線４Ａ，４Ｂ，４Ｃの詳細構成について図面を参照して説明する。図２は、図１の半導体装置１におけるヒューズ配線４Ａ，４Ｂ，４Ｃ近傍を部分的に示す平面図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。なお、説明の便宜上、図２及び図３では、主要な構成要素以外については図示を省略している。
【００１９】
図２及び図３に示すように、例えば、Ｐ型の半導体基板１０に、エピタキシャル成長法によってＮ−型の半導体層１１が形成されている。また、半導体基板１０には、半導体層１１を電気的に分離する素子分離領域１２として、半導体基板１０と同じ導電型、例えばＰ＋型の不純物拡散層からなる半導体層が形成される。なお、半導体層１１及び素子分離領域１２は、いずれも半導体基板１０に含まれる構成要素であるが、説明を明確にするため、個別の参照番号を付して参照する。
【００２０】
素子分離領域１２上には、例えば、反転防止層（不図示）を介して、ＬＯＣＯＳ絶縁膜１３が形成されており、その両側には半導体層１１を覆う絶縁膜１４が延びている。ＬＯＣＯＳ絶縁膜１３上には、図１の複数のヒューズ配線４Ａ，４Ｂ，４Ｃとして、複数のポリシリコン層１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃが線状に並行して延びている。
【００２１】
例えばコンタクト（不図示）を介して、各ポリシリコン層１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの一方の端は、図１の回路２内に含まれる電子デバイスと接続され、他方の端は、出力端子３と接続された抵抗素子５Ａ，５Ｂ，５Ｃと接続される（不図示）。
【００２２】
半導体基板１０の平面方向において、ポリシリコン層１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの長手方向と直交する方向の幅は例えば約１μｍであり、各ポリシリコン層１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃのピッチは、例えば約５μｍ〜１０μｍである。
【００２３】
なお、図２乃至図６の説明では、図１のヒューズ配線４Ａ，４Ｂ，４Ｃについてはポリシリコン層１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃで統一して表記して説明を行うものとする。
【００２４】
ＬＯＣＯＳ絶縁膜１３、絶縁膜１４、及びポリシリコン層１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、層間絶縁膜１６に覆われている。層間絶縁膜１６は、回路２に含まれる電子デバイス（不図示）の多層配線等の積層構造に用いられる層間絶縁膜であり、単層あるいは２層以上の絶縁膜からなる。層間絶縁膜１６が２層の絶縁膜からなる場合、例えば下層から順にＳＯＧ（Spin on Glass）膜、ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）膜が積層される。
【００２５】
層間絶縁膜１６には、半導体基板１０の平面方向において、ポリシリコン層１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃと離間し、ポリシリコン層１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの長手方向に沿って平行あるいは略平行に延びるように、貫通孔１６ＴＨが形成され、その貫通孔１６ＴＨには、高融点金属層１７が形成されている。高融点金属層が形成される貫通孔１６ＴＨの個数は特に限定されないが、各ポリシリコン層１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの両側に形成されることが好ましい。
【００２６】
この高融点金属層１７は、ポリシリコン層１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃよりも高い融点を有するものであり、好ましくは、タングステン、あるいはタングステンを含む金属材料からなる。高融点金属層１７の長手方向と直交する方向の幅は、例えば約０．２μｍ〜０．４μｍである。
【００２７】
以下に、上記構成の半導体装置におけるレーザートリミングについて図面を参照して説明する。図４は、この半導体装置にヒューズ配線として形成された複数のポリシリコン層１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃのうち、特定のポリシリコン層、例えばポリシリコン層１５Ａをレーザートリミングした場合の平面図であり、図５は図４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図４及び図５は、図２及び図３と同じ領域を示すものであり、主要な構成要素以外については図示を省略している。
【００２８】
図４及び図５に示すように、レーザートリミングの際には、層間絶縁膜１６の表面側からポリシリコン層１５Ａの一部に向けて、例えば、約４μｍの径のスポット照射で、１μＪ（ジュール）〜１．６μＪ程度の出力によるレーザー照射を行う。このレーザー照射によってポリシリコン層１５Ａの一部が気化して除去される。このとき、ポリシリコン層１５Ａが気化して放出された熱の一部は、余分な熱として、層間絶縁膜１６内を貫通する高融点金属層１７に伝わる。高融点金属層１７の熱吸収率は高いことから、上記余分な熱は高融点金属層１７によって吸収される。高融点金属層１７に吸収された熱の大部分は、高融点金属層１７の露出面、即ち層間絶縁膜１６の貫通孔１６ＴＨの開口部で露出する部分から放出される。
【００２９】
そのため、ポリシリコン層１５Ａが気化して放出されたガスの熱と圧力は、必要以上に大きくならなくなり、従来例のように、そのガスの熱と圧力によってポリシリコン層１５Ａに隣接する他のポリシリコン層１５Ｂ，１６Ｃ上の層間絶縁膜１６までもが変形あるいは除去されることはなくなる。即ち、レーザートリミングされるポリシリコン層１５Ａ上の層間絶縁膜１６の開口部１６Ａは、隣接する他のポリシリコン層１５Ｂ，１６Ｃ上に広がりにくくなる。
【００３０】
ところで、層間絶縁膜１６が、例えば不純物のイオン注入により改質されたＳＯＧ膜を含む場合、そのＳＯＧ膜の屈折率を起因としてレーザーの光が散乱して、広い範囲で熱が伝わるため、開口部１６Ａが大きく変形あるいは除去されやすい。この場合において、本実施形態では、高融点金属層１７によって余分な熱が吸収されるため、開口部１６Ａの広がりに対して特に高い抑止効果を得ることができる。
【００３１】
さらに、上記のようにポリシリコン層１５Ａが気化して放出された熱の一部は、余分な熱として高融点金属層１７に吸収されることから、開口部１６Ａの底部近傍では、その下層のＬＯＣＯＳ絶縁膜１３及び素子分離領域１２に伝わりにくくなる。これにより、ＬＯＣＯＳ絶縁膜１３から素子分離領域１２の一部に至るクラックは生じにくくなる。従って、従来例のように、Ｐ＋型の素子分離領域１２にクラックが生じて、素子分離領域１２とそれに隣接するＮ−型の半導体層１１との間にリーク電流が生じることを極力抑止できる。また、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
【００３２】
なお、層間絶縁膜１６の開口部１６Ａの形状は、実際のレーザートリミングでは、図示したような形状になるとは限らず、様々な形状となりうる。ここでは、開口部１６Ａの形状を簡略化して模式的に図示している。
【００３３】
［第２の実施形態］
上記第１の実施形態では、高融点金属層１７を設けることにより、レーザートリミングにおいて層間絶縁膜１６の開口部１６Ａの広がりの抑止と、Ｐ＋型の素子分離領域１２のクラックの抑止が図れる一方で、以下に説明するような問題が生じる場合がある。
【００３４】
即ち、レーザートリミングの際には、層間絶縁膜１６の材料の性質やレーザーの照射条件によっては、ポリシリコン層１５Ａが気化したガスの熱と圧力により、層間絶縁膜１６の一部が、開口部１６Ａの底部近傍において除去され、さらにポリシリコン層１５Ａの残渣が高融点金属層１７まで飛び散る場合がある（不図示）。
【００３５】
このポリシリコン層１５Ａの残渣は、レーザートリミング後も残存するポリシリコン層１５Ａ（即ちレーザー照射されていない部分）の各端１５Ｔと高融点金属層１７との間を電気的に接続するようにして、複数箇所に延在する場合がある。この場合、本来ならばヒューズ配線４Ａとして断線されるはずのポリシリコン層１５Ａの２つの端１５Ｔが、ポリシリコン層１５Ａの残渣と高融点金属層１７を介して電気的に導通してしまう恐れがある。
【００３６】
この問題に対処するため、本発明の第２の実施形態として、上記第１の実施形態における高融点金属層１７は、図６の平面図に示すように、複数の柱状体からなり、半導体基板１０の平面方向において互いに離間して配置され、層間絶縁膜１６を介して互いに絶縁されてもよい。図６では、ポリシリコン層１５Ａの一部がレーザートリミングにより除去された状態を示している。
【００３７】
この構成によれば、レーザートリミング後も残存するポリシリコン層１５Ａの各端１５Ｔは、複数の残渣１５Ｒを介して高融点金属層１７と電気的に接続されたとしても、柱状体からなる複数の高融点金属層１７は、それぞれ、層間絶縁膜１６を介して互いに絶縁されているため、ポリシリコン層１５Ａの２つの端１５Ｔが互いに電気的に導通する可能性は極めて低くなる。この高融点金属層１７以外の構成及び効果については第１の実施形態と同様である。
【００３８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で変更が可能なことは言うまでもない。
【００３９】
例えば、第１の実施形態は、高融点金属層１７を設けることにより、素子分離領域１２にクラックを生じにくくし、Ｐ＋型の素子分離領域とＮ−型の半導体層１１との間におけるリーク電流を極力抑止したが、その抑止効果をさらに高めるため、図７の断面図に示すように構成されてもよい。即ち、Ｐ＋型の素子分離領域１２の表面であって、複数のポリシリコン層１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃと重畳する領域において、素子分離領域１２とは逆導電型の不純物拡散層として、例えばＮ＋型不純物拡散層１９が形成される。Ｎ＋型不純物拡散層１９は、半導体基板１０の厚さ方向では素子分離領域１２の全体より浅く形成され、半導体基板１０の平面方向では、素子分離領域１２の全体の幅よりも小さく形成される。即ち、Ｎ＋型不純物拡散層１９の周囲と下方は、Ｐ＋型の素子分離領域１２に囲まれている。
【００４０】
この構成により、レーザートリミングの際、ポリシリコン層１５Ａが気化して放出された熱は、主にポリシリコン層１５Ａと重畳する領域のＮ＋型不純物拡散層１９に伝わるが、その周囲と下方を囲む素子分離領域１２には殆ど伝わらないため、素子分離領域１２にクラックは生じにくくなる。また、ポリシリコン層１５Ａが気化して放出された熱によるクラックは、Ｐ＋型の素子分離領域１２に比してＮ＋型不純物拡散層１９には生じにくい。従って、第１の実施形態において、より確実に、素子分離領域１２とＮ−型の半導体層１１との間におけるリーク電流を抑止ことができる。この構成は、第２の実施形態に対しても適用できる。
【００４１】
また、上記第１及び第２の実施形態では、ヒューズ配線４Ａ，４Ｂ，４Ｃを構成するポリシリコン層１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、全て素子分離領域１２と重畳して形成されるものとしたが、部分的に素子分離領域１２と重畳して形成されてもよいし、全く重畳しない領域に形成されてもよい。
【００４２】
また、上記第１及び第２の実施形態において、ヒューズ配線４Ａ，４Ｂ，４Ｃとして機能するポリシリコン層１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、回路２の電子デバイスや抵抗素子５Ａ，５Ｂ，５Ｃとは別個に形成され、コンタクトを介して接続されるものであったが、本発明はこれに限定されない。即ち、本発明は、回路２の電子デバイスや抵抗素子５Ａ，５Ｂ，５Ｃそのものの一部に、ヒューズ配線４Ａ，４Ｂ，４Ｃとして機能するポリシリコン層１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを含む場合についても適用される。例えば、抵抗素子５Ａ，５Ｂ，５Ｃそのものの一部が、ポリシリコン層１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃで構成されている場合、そのポリシリコン層１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃをヒューズ配線４Ａ，４Ｂ，４Ｃとして、レーザートリミングの対象とすればよい。
【００４３】
また、ポリシリコン層１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃのいずれか、あるいは全ては、ヒューズ配線として、ポリシリコン以外の材料、例えばアルミニウム等を含む金属材料により形成されてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  半導体装置                ２  回路
３  出力端子                  ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ  ヒューズ配線
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ  抵抗素子    １０，１１０  半導体基板
１１  半導体層                １２，１１２  素子分離領域
１３，１１３  ＬＯＣＯＳ絶縁膜    １４  絶縁膜
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１１５Ａ，１１５Ｂ  ポリシリコン層
１６，１１６  層間絶縁膜      １６Ａ  開口部
１６ＴＨ  貫通孔              １７  高融点金属層
１９  Ｎ＋型不純物拡散層
【図１】
2011054702.tif 000003
【図２】
2011054702.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2011054702.tif 000008
【図７】
2011054702.tif 000009
【図８】
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【図９】
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