(57)【要約】【課題】信頼性の高いヒューズを有する半導体装置を提供する。【解決手段】半導体層２２と、この半導体層２２の表面に形成され、半導体層２２と金属とが反応して形成された化合物層２８，２９と、半導体層２２及び化合物層２８，２９から成るヒューズと、このヒューズの接地電位側に電気的に接続された、選択トランジスタ１１とを含む、半導体装置を構成する。【選択図】図２
2012060088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層と、
前記半導体層の表面に形成され、前記半導体層と金属とが反応して形成された化合物層と、
前記半導体層及び前記化合物層から成るヒューズと、
前記ヒューズの接地電位側に電気的に接続された、選択トランジスタとを含む
半導体装置。
【請求項２】
前記選択トランジスタは、前記ヒューズが形成された前記半導体層に形成されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体層がシリコン層であり、前記化合物層が金属シリサイドを用いたシリサイド層である、請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体層が絶縁層上に形成されている、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記絶縁層がシリコン基板上の酸化シリコン膜であり、前記半導体層が、前記酸化シリコン膜上のシリコン層である、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記シリサイド層が、チタン、コバルト、ニッケルから選ばれる１種以上の金属を含む請求項３に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ヒューズが、電流を流すことにより溶断する溶断部と、配線と電気的に接続された引き出し部とを含み、前記引き出し部の前記半導体層は前記溶断部の前記半導体層よりも不純物濃度が高い、請求項２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、ヒューズを有する半導体装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
ヒューズとして、ポリシリコンヒューズが知られている（例えば、特許文献１〜特許文献３を参照。）。
ポリシリコンヒューズを有する、従来の半導体装置の概略断面図を、図６に示す。
このヒューズは、溶断部６１、溶断部６１の両端にある引き出し部６２、第１の配線５７、第２の配線５８、そして、引き出し部６２と配線５７，５８とを接続する、コンタクト層５５，５６から成る。
溶断部６１及び引き出し部６２は、多結晶シリコン（ポリシリコン）層５３とその上のシリサイド層５４との積層構造となっている。
多結晶シリコン層５３及びシリサイド層５４の積層構造は、半導体層５１に形成された酸化シリコン層５２の上に形成されている。
【０００３】
通常の状態では、ヒューズ全体が低抵抗である。
ところが、破線の矢印で示すように、電流を右の第２のコンタクト層５６から左の第１のコンタクト層５５の方向に流すと、実線の矢印で示すように、電子は左の第１のコンタクト層５５から右の第２のコンタクト５６の方向に流れる。
そして、シリサイド層５４が第２のコンタクト層５６への方向にエレクトロマイグレーション（以下、ＥＭとも書く。）を起こして、図７に示すように、シリサイド層５４が溶断され、ヒューズが高抵抗化される。
【０００４】
このようにして、多数のヒューズに対して、低抵抗と高抵抗の２つの状態のヒューズがそれぞれ作られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表平１１−５１２８７９号公報
【特許文献２】特表２００７−５２１６４４号公報（図３）
【特許文献３】特開２００９−２９５６７３号公報（図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
シリサイド層の溶断には、大きな電流を流す必要がある。そのため、シリサイド層までの電流経路である配線やコンタクト層において、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）が発生することが懸念される。
【０００７】
この問題を生じた例を図８に示す。
左の第１の配線５７でＥＭが起こり、左の第１のコンタクト層５５とシリサイド層５４を通って、反対側の右の第２のコンタクト層５６の方向に配線材料が流れたとすると、溶断部に配線材料の堆積層５９が形成される。この堆積層５９によって、第１のコンタクト層５５と第２のコンタクト層５６との間が短絡してしまい、ヒューズを高抵抗状態とすることができず、不良となりうる。
【０００８】
上述した問題の解決のために、本発明においては、信頼性の高いヒューズを有する半導体装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の半導体装置は、半導体層と、この半導体層の表面に形成され、半導体層と金属とが反応して形成された化合物層と、半導体層及び化合物層から成るヒューズと、このヒューズの接地電位側に電気的に接続された、選択トランジスタとを含む。
【００１０】
上述の本発明の半導体装置の構成によれば、ヒューズの接地電位側に電気的に接続されて、選択トランジスタが設けられている。このため、ヒューズの溶断時に、ヒューズの接地電位側の配線等の材料（金属等）が流れ込んでも、選択トランジスタの手前で止まる。これにより、ヒューズの接地電位側の配線等の材料（金属等）がヒューズの溶断部に流れ込んで堆積して、溶断したヒューズの溶断部が短絡することを防止できる。
【発明の効果】
【００１１】
上述の本発明によれば、配線等の材料（金属等）によって溶断したヒューズの溶断部が短絡することを防止できるので、ヒューズを有し、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。また、ヒューズを有する半導体装置の製造歩留まりを、向上することができる。
従って、本発明により、信頼性が高く、製造歩留まりが高い、ヒューズを備えた半導体装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の半導体装置の第１の実施の形態の回路構成図である。
【図２】本発明の半導体装置の第１の実施の形態の概略断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の第１の実施の形態の概略平面図である。
【図４】図２に示した状態から、ヒューズが溶断した後の状態を示す図である。
【図５】本発明の半導体装置の第２の実施の形態の概略断面図である。
【図６】従来のヒューズを有する半導体装置の概略断面図である。
【図７】図６に示した状態から、ヒューズが溶断した後の状態を示す図である。
【図８】従来のヒューズを有する半導体装置における問題を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態とする）について説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
【００１４】
＜１．第１の実施の形態＞
本発明の半導体装置の第１の実施の形態の回路構成図を、図１に示す。
図１に示すように、本実施の形態の半導体装置は、ＭＩＳトランジスタから成る選択トランジスタ１１と、溶断部１２とを有しており、これらの部分１１，１２によってヒューズが構成されている。
選択トランジスタ１１は、多数あるヒューズの中から、溶断させるヒューズを選択するために設けられている。
そして、溶断部１２は、高電圧電源等の高電圧印加部１に接続されている。選択トランジスタ１１は、ＧＮＤ（接地電位）２に接続されている。
【００１５】
さらに、本発明の半導体装置の第１の実施の形態の概略断面図を図２に示し、概略平面図を図３に示す。図２の断面図は、図３の平面図のＡ−Ａにおける断面図を示している。
図２に示すように、図示しない基板等の上に形成された絶縁層２１の上に、シリコン層による拡散層２２が形成されている。この拡散層２２は、酸化シリコン層等の絶縁層による素子分離層２３によって分離されている。
【００１６】
例えば、ＳＯＩ基板（シリコン基板／酸化シリコン膜／シリコン層）の最上層のシリコン層を、拡散層２２として使用することも可能である。その場合、ＳＯＩ基板の酸化シリコン膜を絶縁層２１として使用する。
【００１７】
そして、素子分離層２３で分離された、拡散層２２の１つの部分に、ヒューズの溶断部１２、引き出し部１３、選択トランジスタ１１の活性領域２４が形成されている。
選択トランジスタ１１は、ゲート絶縁膜、ゲート電極３０、ゲート電極３０の側壁に形成されたサイドウォール（絶縁層）３１、ゲート電極３０の左右両側の拡散層２２に形成された高濃度拡散領域２５を含んでなる。ゲート電極３０は、多結晶シリコン層とその表面に形成されたシリサイド層により構成されている。そして、ゲート電極３０と拡散層２２との間には薄いゲート絶縁膜が形成されている。
この構成の選択トランジスタ１１は、公知の技術により形成することができる。
なお、高濃度拡散領域２５は、図２及び図３に示すように、ゲート電極３０の左のソース領域１１Ａと、ゲート電極３０の右のドレイン領域１１Ｂとに分かれている。
【００１８】
また、ゲート電極３０及びサイドウォール３１が形成されている部分以外の拡散層２２の表面に、シリサイド層２８，２９が形成されている。シリサイド層は、ゲート電極３０の左側の第１のシリサイド層２８と、ゲート電極３０の右側の第２のシリサイド層２９とに分かれている。
そして、拡散層２２のシリコン層と、その上のシリサイド層２８，２９とから成るヒューズが形成されている。
【００１９】
溶断部１２と引き出し部１３の拡散層２２には、第２の高濃度拡散領域２６が形成されている。
２つの高濃度拡散領域２５（１１Ａ，１１Ｂ）の間の拡散層は、活性領域２４となっている。
サイドウォール３１の直下の拡散層２２（活性領域２４）の表面部には、拡散領域（例えば、ＬＤＤ領域）２７が形成されている。
【００２０】
ヒューズの左右の端部上には、第１のコンタクト層１４と第２のコンタクト層１５が形成されている。
また、第１のコンタクト層１４上に接続して、第１の配線１６が形成されており、第２のコンタクト層１５上に接続して、第２の配線１７が形成されている。
第１の配線１６は、矢印の先で、図１に示したＧＮＤ（接地電位）２に電気的に接続されている。第２の配線１７は、矢印の先で、図１に示した高電圧印加部１に電気的に接続されている。
【００２１】
選択トランジスタ１１は、ＧＮＤ（接地電位）２の側に配置されていることから、Ｎ型トランジスタを用いる。
選択トランジスタ１１がＮ型トランジスタであるため、ソース領域１１Ａ及びドレイン領域１１Ｂの高濃度拡散領域２５はＮ型領域である。
溶断部１２及び引き出し部１３の第２の高濃度拡散領域２６は、Ｎ型領域であっても、Ｐ型領域であっても、どちらでも構わない。
なお、図示を省略しているが、活性層２２と第１の配線１６及び第２の配線１７との間には、層間絶縁層や、コンタクト層１４，１５のストッパー膜が形成されている。第１のコンタクト層１４及び第２のコンタクト層１５は、この層間絶縁層に埋め込まれて形成されている。
【００２２】
ゲート絶縁膜には、例えば、酸化シリコン膜や高誘電体膜を使用することができる。
ゲート電極３０には、例えば、多結晶シリコン（ポリシリコン）や金属材料を使用することができる。
サイドウォール３１には、例えば、酸化シリコン層や窒化シリコン層を使用することができる。
高濃度拡散層領域２５，２６は、Ｎ型領域の場合には、例えば、リン、ヒ素の注入で形成することができる。Ｐ型領域の場合には、例えば、ボロン、インジウムの注入で形成することができる。
シリサイド層２８，２９は、例えば、チタン、コバルト、ニッケルから選ばれる１種以上の金属を用いた、金属シリサイドによって形成することができる。
コンタクト層１４，１５や配線１６，１７には、例えば、銅、アルミ、タングステンを用いることができる。
【００２３】
なお、高濃度拡散領域２５及び第２の高濃度拡散領域２６が、共にＮ型領域の場合には、これらの拡散領域２５，２６を、同じインプラ工程で形成することも可能であり、また、別々の工程で形成することも可能である。
【００２４】
続いて、本実施の形態の半導体装置において、ヒューズを溶断させて、ヒューズを高抵抗化させる動作を、説明する。
溶断時には、高電圧印加部１に電気的に接続された第２の配線１７側から、ＧＮＤ（接地電位）２に電気的に接続された第１の配線１６側へ、電流が流れる。これにより、拡散層２２に形成されたヒューズでは、図２中矢印で示すように、溶断部１２から選択トランジスタ１１へ向かって電流が流れる。
このとき、電子の流れは、電流と逆方向であるので、第１の配線１６側から第２の配線１７側へ流れることになる。
【００２５】
そして、大きい電流を流すことにより、図４に示すように、溶断部１２の第２のシリサイド層２９が溶断されて、ヒューズが高抵抗状態となる。これにより、多数のヒューズのうち、高抵抗状態となったヒューズに、データが書き込まれたことになる。
このとき、ヒューズの拡散層２２の下に絶縁層２１があるため、絶縁層２１により拡散層２２の熱を逃げにくくして、溶断部１２の第２のシリサイド層２９を確実に溶断させることができる。
【００２６】
データを読み出す場合には、ヒューズの両端間に所定の電圧を印加して、ヒューズに電流を流して、抵抗値の状態を検出すれば良い。
【００２７】
なお、ヒューズ溶断時、つまりデータ書き込み時には、図２に矢印で示した方向で電流を流すが、データ読み出し時に流す電流の方向は、左方向と右方向のどちらとしても構わない。
【００２８】
溶断時に、図８に示したと同様に第１の配線１６においてエレクトロマイグレーション（ＥＭ）を生じた場合には、配線材料が、第１の配線１６から第１のコンタクト層１４を経て、ソース領域１１Ａの表面の第１のシリサイド層２８までは移動する。しかし、選択トランジスタ１１のゲート電極３０があるために、第１のシリサイド層２８で配線材料の移動が止まる。これにより、溶断した後の第２のシリサイド層２９が配線材料で短絡されることがない。
【００２９】
上述した本実施の形態の半導体装置の構成によれば、ＧＮＤ（接地電位）２に電気的に接続された第１の配線１６及び第１のコンタクト層１４と、ヒューズの溶断部１２との間に、選択トランジスタ１１が設けられている。
これにより、ヒューズの溶断時に、第１の配線１６や第１のコンタクト層１４において、エレクトロマイグレーションが発生したとしても、溶断部１２にまで影響を及ぼすことが回避される。
従って、信頼性が高く、製造歩留まりが高い、ヒューズを有する半導体装置を実現することができる。
【００３０】
また、図６に示したような、従来のポリシリコンヒューズを用いた構成では、第１の配線又は第２の配線の外側に、溶断するヒューズを選択するための選択トランジスタを設ける必要がある。
これに対して、本実施の形態の半導体装置では、ヒューズを形成した活性層２２と同一の活性層に選択トランジスタ１１も形成している。これにより、ヒューズと選択トランジスタとの間の配線及びコンタクト層が不要に成る分、従来の構成と比較して面積を低減することができる。
従って、ヒューズを有する半導体装置の集積度の向上や小型化を図ることが可能になる。
【００３１】
なお、本発明の半導体装置は、図３に示した平面レイアウトに限定されるものではない。
図３では、溶断部１２の幅が選択トランジスタ１１の幅や引き出し部１３の幅よりも細くなっているが、この関係に限定されるものではなく、例えば、溶断部１２の幅を、選択トランジスタ１１の幅や引き出し部１３の幅と同程度としても構わない。
【００３２】
＜２．第２の実施の形態＞
本発明の半導体装置の第２の実施の形態の概略断面図を、図５に示す。
本実施の形態では、第２の高濃度拡散領域２６が、溶断部１２には形成されておらず、引き出し部１３のみに形成されている。そのため、溶断部１２は拡散層２２のままとなっており、溶断部１２のシリコン層（拡散層２２）よりも、引き出し部１３のシリコン層（第２の高濃度拡散領域）の方が不純物濃度が高くなっている。
溶断部１２においては、拡散層２２の表面付近に、選択トランジスタ１１のサイドウォール３１の下と同様の、拡散領域（例えば、ＬＤＤ領域）２７が形成されている。
その他の構成は、図１〜図４に示した第１の実施の形態と同様であるので、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００３３】
上述の本実施の形態の構成によれば、第１の実施の形態と同様に、ＧＮＤ（接地電位）２に電気的に接続された第１の配線１６及び第１のコンタクト層１４と、ヒューズの溶断部１２との間に、選択トランジスタ１１が設けられている。
これにより、ヒューズの溶断時に、第１の配線１６や第１のコンタクト層１４において、エレクトロマイグレーションが発生したとしても、溶断部１２にまで影響を及ぼすことが回避される。
従って、信頼性が高く、製造歩留まりが高い、ヒューズを有する半導体装置を実現することができる。
【００３４】
また、本実施の形態の半導体装置では、ヒューズを形成した活性層２２と同一の活性層に選択トランジスタ１１も形成している。これにより、ヒューズと選択トランジスタとの間の配線及びコンタクト層が不要に成る分、従来の構成と比較して面積を低減することができる。
従って、ヒューズを有する半導体装置の集積度の向上や小型化を図ることが可能になる。
【００３５】
上述の各実施の形態では、絶縁層２１上に形成された、シリコン層から成る活性層２２に、選択トランジスタ１１とヒューズのシリサイド層２８，２９とを形成していた。
本発明の半導体装置において、選択トランジスタとヒューズのシリサイド層を形成するシリコン層は、活性層２２に限定されるものではなく、その他の構成とすることも可能である。
シリコン層として、例えば、絶縁基板や絶縁層上に形成された、単結晶シリコン又は多結晶シリコンの薄膜を使用することも可能である。この場合、薄膜に形成された薄膜トランジスタを選択トランジスタとして、選択トランジスタの両側の薄膜の表面にシリサイド層を形成し、選択トランジスタの一方の側の薄膜をヒューズの溶断部とすればよい。
また、ヒューズを形成するシリコン層は、絶縁層上に形成したシリコン層の他、シリコン基板であっても構わない。なお、上述の各実施の形態のように、ヒューズのシリコン層に絶縁層上に形成したシリコン層を用いると、前述したように、熱が逃げにくくなり、ヒューズの溶断が容易になる利点を有する。
【００３６】
また、本発明において、選択トランジスタ及びヒューズのシリサイド層を形成する層は、上述の各実施の形態のシリコン層に限定されるものではなく、ＧｅやＳｉＧｅ等、シリコンと同族の元素を用いた半導体層であってもよい。
その他の半導体層の場合も、半導体層内に選択トランジスタ及びヒューズ用の拡散領域（Ｐ型又はＮ型）を形成して、選択トランジスタのゲートの部分以外の表面に、シリサイド層と同様の、金属と半導体とを反応させた化合物層を形成すればよい。
【００３７】
さらにまた、本発明は、上述の各実施の形態のように、ヒューズが形成された半導体層と同一の半導体層に選択トランジスタを形成した構成に、限定されるものではない。
本発明では、例えば、ヒューズが形成された半導体層に対して、同時に形成された層が同一の半導体層ではあるが絶縁層による素子分離層で隔てられた別の領域や、別の半導体層に、選択トランジスタが形成された構成とすることも可能である。
いずれの構成であっても、ヒューズに対して、ヒューズの接地電位側に選択トランジスタを設ければ、エレクトロマイグレーションにより配線材料が流れて、溶断したヒューズが短絡してしまう現象を抑制することができる。ただし、選択トランジスタの半導体層とヒューズの半導体層との間を金属配線によって電気的に接続すると、この金属配線によるエレクトロマイグレーションの発生が懸念される。そのため、エレクトロマイグレーションを生じにくい導電材料で、選択トランジスタの半導体層とヒューズの半導体層との間を電気的に接続することが望ましい。このような導電材料としては、例えば、多結晶シリコンを使用することができる。
特に、上述の各実施の形態のように、ヒューズが形成された半導体層と同一の半導体層に選択トランジスタを形成した構成では、選択トランジスタとヒューズとの間の配線が不要である。これにより、前述したように、従来の構成と比較して面積を低減することができ、ヒューズを有する半導体装置の集積度の向上や小型化を図ることが可能になる。また、選択トランジスタとヒューズとの間の配線のエレクトロマイグレーションによる配線材料の堆積も生じないので、この配線を設けた場合と比較して、さらにヒューズ溶断部の短絡の発生を抑制することができる。
【００３８】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【符号の説明】
【００３９】
１  高電圧印加部、２  ＧＮＤ（接地電位）、１１  選択トランジスタ、１２  溶断部、１３  引き出し部、１４  第１のコンタクト層、１５  第２のコンタクト層、１６  第１の配線、１７  第２の配線、２１  絶縁層、２２  活性層、２３  素子分離層、２４  活性領域、２５  高濃度拡散領域、２６  第２の高濃度拡散領域、２７  拡散領域、２８  第１のシリサイド層、２９  第２のシリサイド層、３０  ゲート電極、３１  サイドウォール
【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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