JP2018170455A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】下地にダメージを与えることなくレーザーにより安定的に切断することが可能なヒューズ素子を有する半導体装置を提供する。【解決手段】半導体基板上に形成された層間絶縁膜上に配置されたヒューズ素子を有する半導体装置であり、前記ヒューズ素子は、ポリシリコンおよび前記ポリシリコンの上面に設けられたシリサイドから形成され、平面視において、レーザーが照射される範囲に含まれる前記ポリシリコンの領域は、不純物が導入されていないノンドープポリシリコンである半導体装置とする。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置に関する。特に、切断することにより回路構成の変更を可能とするヒューズ素子を有する半導体装置に関する。

半導体装置の製造工程において、ウェハ製造工程が終了した後に、例えばレーザーを用いて、例えばポリシリコンやメタルを用いたヒューズ素子を切断することで回路構成の変更を行なう方法がある。本方法を用いることで、半導体装置の電気特性を測定した後に、抵抗の値を補正することで所望の特性を得ることができ、アナログ特性が重要視される半導体装置において特に有効な手段となっている。
この方法において、ヒューズ素子はレーザーにおいて安定的に切断ができることが要求される。

特許文献１では、ヒューズ素子のレーザー照射部の形状を円形とすることで、レーザーエネルギーを効率よく溶断に利用することができ、それにより安定的にヒューズ素子を切断する方法が提示されている。

特開２０００−３０５８７号公報

まず、一般に用いられている従来のヒューズ素子の断面構造について説明する。図７は、ヒューズ素子の断面構造を表す模式図であり、ヒューズ素子に流れる電流に対し垂直方向となるヒューズ素子の幅方向の断面図である。シリコン基板等の半導体基板１１上に第１の層間絶縁膜２１が配置され、その上にポリシリコン１２が形成されている。ポリシリコン１２はヒューズ素子である。このポリシリコン１２を覆うように第２の層間絶縁膜２２が形成されている。第２の層間絶縁膜２２上には最終保護膜２３が形成されている。最終保護膜２３は保護膜開口領域３２を有しており、ヒューズ素子が形成されている領域の上部は開口されている。ヒューズ素子となるポリシリコン１２を上から覆っているのは、第２の層間絶縁膜２２のみである。レーザースポット領域３１はヒューズ素子を切断するためのレーザーが照射される領域であり、ヒューズ素子を構成するポリシリコン１２の切断される領域をヒューズ素子の幅方向では完全に覆っている。

次にヒューズ素子のレーザーによる切断について、切断の原理を説明する。ヒューズ素子にレーザーを照射するとレーザー照射されたヒューズ素子は、熱を吸収し、溶融気化する。これにより、体積膨張したヒューズ素子によりヒューズ素子上部に配置された第２の層間絶縁膜２２はヒューズ素子内部の圧力により吹き飛ばされることになる。この時、ポリシリコン１２の内部圧力が高まった際に、圧力を受けるのはポリシリコン１２の上方だけではなく、側面および底面の第１の層間絶縁膜２１にも圧力がかかる。上方が開放されるとヒューズ素子のポリシリコン１２は、気化し外方拡散され、切断された状態となる。

このようにレーザーによって切断するヒューズ素子の物理的な特性の一つとして、ヒューズ素子周辺へのダメージの影響が挙げられる。ヒューズ素子にレーザーで熱を加えることによる体積膨張により、物理的に膜を破壊することになる為、その影響がヒューズ素子であるポリシリコン１２の底面と接している第１の層間絶縁膜２１にダメージを与え、クラックを発生させる恐れがある。第１の層間膜２１にクラックが発生すると、気化したポリシリコン１２が入り込み、付着することでヒューズ素子が半導体基板１１と電気的に短絡することもある。

このようなクラックを発生させない為に、ヒューズ素子上部の層間絶縁膜を薄くする、もしくはレーザーのエネルギーを低下させる等の対策が考えられるが、ヒューズ素子上部の層間絶縁膜の膜厚を制御することは、製造工程において難易度が高く、工程上の負荷となる恐れがある。また、レーザーのエネルギーを低下させると、エネルギー不足によりポリシリコン１２の気化が不完全となり、ヒューズ素子の切れ残りを誘発することとなる。

以上のように、ポリシリコンを用いたレーザーブロー型のヒューズ素子においては、周辺へのダメージとヒューズ素子切れ残りがトレードオフの関係となっている。特に特許文献１に記載のレーザー照射部が円形となっている形状の場合、断面で考えた際の垂直方向の圧力が高くなる為、上方の層間絶縁膜が吹き飛びやすくなるが、下方の層間絶縁膜への圧力も高くなる為、クラックが入りやすい状況と成る。

本発明は、上記の状況に鑑みてなされ、レーザーでの切断時に周辺へのダメージが発生しにくいヒューズ素子を有する半導体装置を提供することを課題としている。

本発明は、上記課題を達成するため、以下の構成とする。
即ち、半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜上に配置されたヒューズ素子と、を有し、
前記ヒューズ素子は、ポリシリコンおよび前記ポリシリコンの上面に設けられたシリサイドから形成され、平面視において、レーザーが照射される範囲に含まれる前記ポリシリコンの領域は、不純物が導入されていないノンドープポリシリコンであることを特徴とする半導体装置とする。

本発明によれば、ヒューズ素子のレーザーが照射される領域は、上面がシリサイド化された不純物を導入しないノンドープのポリシリコンからなり、さらに照射するレーザーの波長を長波長とできるので、ポリシリコンの部分はノンドープの為、レーザーを吸収せず、シリサイド化された上面部分のみがレーザーを吸収しやすい構造となる。これにより、レーザー照射時にシリサイド化された上面部分のみ加熱され、切断されることになる。さらに、ノンドープのポリシリコン部分が保護の役割を果たし、下地へダメージを発生することなく切断できるヒューズ素子を提供することが可能となる。

本発明における半導体装置を示す平面図である。 本発明における半導体装置を示す断面図である。 本発明における半導体装置を示す断面図である。 本発明における半導体装置を示す平面図である。 本発明における半導体装置を示す断面図である。 本発明における半導体装置を示す断面図である。 従来の半導体装置を示す断面図である。

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。
図１は、本発明の第１の実施形態における半導体装置の平面図である。ヒューズ素子４１が配置され、ヒューズ素子４１の一部の領域を覆って保護膜開口領域３２が配置されている。ヒューズ素子４１は、２つの領域が存在する。図１に示される(Ａ)の領域は、レーザーが照射される領域となり、(Ｂ)はレーザーが照射されることのない領域となる。図１においてはヒューズ素子４１の平面視における形状はダンベル型としてある。しかし、ダンベル型に限るものではない。

図２は、図１に示す一点鎖線ａ−ａ’での断面を示す図である。図２を用いて、断面構造を詳細に説明する。まず、半導体基板１１上に第１の層間絶縁膜２１が形成されている。その上にヒューズ素子となる層が形成されている。このヒューズ素子となる層は、３つの領域から形成されている。レーザースポット領域３１よりも平面的に大きいノンドープポリシリコン１４から形成されている領域と、その両端に隣接して配置されたドープドポリシリコン１３の領域である。ドープドポリシリコン１３およびノンドープポリシリコン１４はポリシリコン１２から形成されている。ドープドポリシリコン１３は、例えばイオン注入法などを用いてノンドープポリシリコンに不純物を導入し、導電性を持たせたポリシリコンである。ドープドポリシリコン１３の上面は不純物のイオン注入によりアモルファスシリコン化されることがあるが、引き続くシリサイド形成においてポリシリコンをアモルファス化させた方が低抵抗化するなどの観点からアモルファスシリコンのままにしておいて良い。

さらに、ドープドポリシリコン１３およびノンドープポリシリコン１４の両者の上面には、シリサイド１５が形成されている。以上のように構成されたヒューズ素子の上部には、第２の層間絶縁膜２２が形成されて配置され、さらにその上の一部の領域に最終保護膜２３が形成されている。

図２に示すように、最終保護膜２３は保護膜開口領域３２が設けられており、レーザースポット領域３１を含んでヒューズ素子の上部が開口されている。さらに、保護膜開口領域３２が形成されている領域の第２の層間絶縁膜２２の膜厚は、保護膜開口領域３２以外の第２の層間絶縁膜２２よりも薄くなっている。これは、切断の原理において説明したように、レーザーによるヒューズ切断を容易にする為に、レーザー切断に適した厚さとなるように、ある程度薄くする必要があるためである。そして、保護膜２３が開口されている理由は、保護膜２３によるレーザーの吸収を避け、ヒューズ素子へのレーザーの照射を阻害しない為である。

次に、レーザーによる切断を説明する。図２に示したレーザースポット領域３１にレーザーを照射すると、レーザーエネルギーを吸収したシリサイド１５が溶融気化する。この時、レーザーの波長として、シリコンにはあまり吸収されず、金属とシリコンの化合物であるシリサイドに吸収されやすい波長を選択するとより効果的である。例えば、１．３μｍの波長とすることができる。長波長はシリコン基板等の半導体基板１１への熱の発生も抑制できるという点から、ダメージの抑制に対して有効な手段となる。

また、ヒューズ素子にレーザーが照射される領域は、ノンドープポリシリコン１４上のシリサイドとなるようにする。レーザーが照射される領域にドープドポリシリコン１３が存在した場合、ドープドポリシリコン１３は金属に近いレーザーの吸収特性を示すので、従来方法と同様になってしまい、ドープドポリシリコン１３の溶融気化による下地ダメージの発生が問題となってしまう為である。よって、レーザースポット領域３１とドープドポリシリコン１３の領域は、両者が重ならないように製造上の加工ばらつき、レーザーの合わせ精度等を加味して十分余裕度をもって設計する必要がある。平面的にはノンドープポリシリコン１３の領域は図１において、レーザーが照射される領域（Ａ）を完全に含み、ノンドープポリシリコン１４とドープドポリシリコン１３との境界はレーザーが照射されない領域（Ｂ）にあることとなる。

本実施形態では、シリサイド１５に効率的にレーザーエネルギーを吸収させ、ノンドープポリシリコン１４には吸収させないことが特徴の一つとなる。レーザーによる切断は、シリサイド１５の溶融気化によって行われ、ノンドープポリシリコン１４は下地の第１の層間絶縁膜２１へのダメージを緩和する為の保護層として機能する。

図３は、ヒューズ素子がレーザーにより切断された様子を示す図２に対応する断面図である。図３に示すように、レーザー照射後はシリサイド１５が溶融気化し、上部の第２の層間絶縁膜２２が除去された状態となる。一部ノンドープポリシリコンもシリサイド１５の熱により、溶融気化される。本発明では、ノンドープポリシリコン１４が保護層として機能する為、ダメージの抑制が図れることにより、レーザーの高エネルギー化が可能となる。また、下地保護の観点からノンドープポリシリコン１４は、シリサイド１５よりも膜厚を厚く設定する必要がある。これらにより、高エネルギー化によりヒューズ素子の切れ残りを低減することが可能となる。

図３の状態では、シリサイド１５は切断され、ノンドープポリシリコン１４は一部接続されているが導電性不純物が導入されていない為、電流は流れず、ヒューズ素子は切断されたのと同じ状態となる。

本実施形態においては、ヒューズ素子のレーザーが照射される領域は、上面がシリサイド化された不純物を導入しないノンドープのポリシリコンであり、ポリシリコン部分はノンドープの為、レーザーを吸収せず、シリサイド化された上面部分のみレーザーを吸収しやすい構造となる。これにより、レーザー照射時にシリサイド化された上面部分のみ加熱され、切断される構造となることで、ノンドープのポリシリコン部分が保護の役割を果たし、下地にダメージが発生することなく切断できるヒューズ素子を提供することが可能となる。照射するレーザーの波長を長波長とすることで、さらに効果を大きくすることが可能である。

次に、本発明における第２の実施形態について説明する。
図４は、本発明における第２の実施形態における平面図である。ヒューズ素子４１が配置され、ヒューズ素子４１の一部の領域を覆って保護膜開口領域３２が配置されている。ヒューズ素子４１には、２つの領域が存在する。図４に示される(Ａ)の領域は、レーザーが照射される領域となり、(Ｂ)はレーザーが照射されることのない領域となる。また、ヒューズ素子４１は平面的にシリサイド１５とシリサイドとなっていない二つの領域から構成される。本ヒューズ素子において、レーザーが照射される領域(Ａ)におけるシリサイド１５ではない領域は、ノンドープポリシリコン１４となっている。図４においてはシリサイド１５の領域は平面的にはダンベル型の形状であり、ヒューズ素子４１の平面視における形状は長方形である。しかし、シリサイド１５とヒューズ素子４１の平面形状を、それぞれダンベル型と長方形に限るものではない。

図５は、図４に示す一点鎖線ｂ−ｂ’での断面を示す図である。図５を参照して、断面構造を詳細に説明する。半導体基板１１上に第１の層間絶縁膜２１が形成されている。その上にヒューズ素子となる層が形成されている。このヒューズ素子となる層は、３つの領域から形成されている。レーザースポット領域３１よりも平面的に大きいノンドープポリシリコン１４から形成されている領域と、その両端に配置されたドープドポリシリコン１３の領域である。ドープドポリシリコン１３およびノンドープポリシリコン１４はポリシリコン１２から形成されている。ドープドポリシリコン１３は、例えばイオン注入法などを用いてノンドープポリシリコンに不純物を導入し、導電性を持たせたポリシリコンである。ドープドポリシリコン１３の上面は不純物のイオン注入によりアモルファスシリコン化されることがあるが、シリサイド形成においてポリシリコンをアモルファス化させた方が低抵抗化するなどの観点からアモルファスシリコンのままにしておいて良い。

さらに、ドープドポリシリコン１３およびノンドープポリシリコン１４の両者の上面には、シリサイド１５が形成されている。これらにより構成されたヒューズ素子の上部には、第２の層間絶縁膜２２が配置され、一部の領域にはさらに最終保護膜２３が形成されている。

図５に示すように、最終保護膜２３は保護膜開口領域３２が設けられており、レーザースポット領域３１を含めたヒューズ素子上部が開口されている。さらに、保護膜開口領域３２が形成されている領域の第２の層間絶縁膜２２の膜厚は、保護膜開口領域３２以外の第２の層間絶縁膜２２よりも薄くなっている。これは、切断の原理において説明したように、レーザーによるヒューズ切断を容易にする為にある程度薄くする必要があるためである。そして、保護膜２３が開口されている理由は、保護膜２３によるレーザーの吸収を避け、ヒューズ素子へのレーザーの照射を阻害しない為である。

図６は、図４に示す一点鎖線ｃ−ｃ’での断面を示す図である。図６を参照して、断面構造の詳細を説明する。本実施例では、ヒューズ素子のレーザーが照射される領域は、前述のようにシリサイド１５とノンドープポリシリコン１４で形成されている。図６で示すようにシリサイド１５はノンドープポリシリコン１４の中心近辺の一部の領域に形成されている。このシリサイド１５がレーザーによって切断される部分となる。

ヒューズ素子にレーザーが照射される領域は、ノンドープポリシリコン１４上となるようにする。レーザーが照射される領域にドープドポリシリコン１３が存在した場合、ドープドポリシリコン１３は金属に近いレーザーの吸収特性を示すので、従来方法と同様になってしまい、ドープドポリシリコン１３の溶融気化による下地ダメージの発生が問題となってしまう為である。よって、レーザースポット領域３１とドープドポリシリコン１３の領域は、両者が重ならないように製造上の加工ばらつき、レーザーの合わせ精度等を加味して十分余裕度をもって設計する必要がある。平面的にはノンドープポリシリコン１３の領域は図４において、レーザーが照射される領域（Ａ）を完全に含み、ノンドープポリシリコン１４とドープドポリシリコン１３との境界はレーザーが照射されない領域（Ｂ）にあることとなる。
レーザーによる切断に関しては、第１の実施形態と同様である。

本実施形態では、シリサイド１５に効率的にレーザーエネルギーを吸収させ、ノンドープポリシリコン１４には吸収させないことが特徴の一つと成る。この構成により、レーザーによる切断は、シリサイド１４の溶融気化によって行われ、ノンドープポリシリコン１４は下地の第１の層間絶縁膜２１へのダメージを緩和する為の保護層として機能する。レーザー照射後はシリサイド１５が溶融気化し、上部の第２の層間絶縁膜２２が除去された状態となる。

ノンドープポリシリコンもシリサイド１５の熱により、一部溶融気化されるが、本実施形態では、ノンドープポリシリコン１４が保護層として機能する為、ダメージの抑制が図れることにより、レーザーの高エネルギー化が可能となる。下地保護の観点からノンドープポリシリコン１４は、シリサイド１５よりも膜厚を厚く設定する必要がある。

第２の実施形態においては、図６に示すように保護層となるノンドープポリシリコン１４がシリサイド１５よりも大きい為、下地へのダメージに対して平面的に保護性がより高い構造となっている。その為、高エネルギー化によりヒューズ素子の切れ残りを低減することが可能となる。

レーザーが照射された領域のシリサイド１５は溶融気化により切断される。一部ノンドープポリシリコン１４は接続されているが導電性不純物が導入されていない為、ヒューズ素子は切断された状態となる。

以上説明したように、ヒューズ素子をレーザーが照射される領域の上面がシリサイド化された不純物を導入しないノンドープのポリシリコンとし、照射するレーザーは長波長とすることで、ポリシリコン部分はノンドープの為、レーザーを吸収せず、シリサイド化された上面部分のみレーザーを吸収しやすい構造となる。これにより、レーザー照射時にシリサイド化された上面部分のみ加熱され、切断される構造とすることで、ノンドープのポリシリコン部分が保護の役割を果たし、下地へダメージを発生することなく切断できるヒューズ素子を提供することが可能となる。

１１ 半導体基板
１２ ポリシリコン
１３ ドープドポリシリコン
１４ ノンドープポリシリコン
１５ シリサイド
２１ 第１の層間絶縁膜
２２ 第２の層間絶縁膜
２３ 最終保護膜
３１ レーザースポット領域
３２ 保護膜開口領域
３３ ヒューズ素子切断箇所
４１ ヒューズ素子

Claims (6)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜上に配置されたヒューズ素子と、
   を有し、
   前記ヒューズ素子は、ポリシリコンおよび前記ポリシリコンの上面に設けられたシリサイドから形成され、平面視において、レーザーが照射される範囲に含まれる前記ポリシリコンの領域は、不純物が導入されていないノンドープポリシリコンであることを特徴とする半導体装置。
2. 前記ヒューズ素子を形成している前記ポリシリコンは、前記ノンドープポリシリコンの領域に隣接して、不純物が導入されているドープドポリシリコンの領域を有していることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記レーザーは前記シリサイドを切断することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記レーザーが照射される範囲において、前記シリサイドよりも前記ノンドープポリシリコンの領域のほうが平面視において大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記ノンドープポリシリコンの領域のほうが前記シリサイドよりも膜厚が厚いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 半導体基板と、
   前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜上に配置されたヒューズ素子と、
   を有し、
   前記ヒューズ素子は、
   不純物が導入されていないノンドープポリシリコンの領域と、
   前記ノンドープポリシリコンの領域の両端に設けられたドープドポリシリコンの領域と、
   前記ノンドープポリシリコンの領域および前記両端に設けられたドープドポリシリコンの領域の上面に設けられたシリサイドと、からなり、
   レーザーの照射により前記ノンドープポリシリコンの領域の上面に設けられたシリサイドを切断することを特徴とする半導体装置。

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