JP2008004571A

JP2008004571A - ポリシリコンヒューズ及びその製造方法

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Publication number: JP2008004571A
Application number: JP2006169478A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Nabeshima; 有鍋島; Masaoki Kajiyama; 正興梶山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2008-01-10

Abstract

【課題】溶断部が安定して溶断するポリシリコンヒューズを提供することを目的とする。
【解決手段】溶断部４に低融点金属をドープさせたドープ物１０を形成する。電圧印加の際、溶断部４のドープ物１０が最初に溶融し、溶断部４のポリシリコンと共晶する。この共晶物はポリシリコンより融点が低いため、他のジョイント５のポリシリコンよりも先に溶融する。その結果、溶断部４を安定して溶断させることが可能となる。
【選択図】図７

Description

本発明は、プログラム可能な読み出し専用記憶素子に係り、特に電圧印加により導体を溶断し高抵抗化することによって情報を記憶するポリシリコンヒューズ及びその製造方法に関するものである。

従来から用いられているポリシリコンヒューズ等のヒューズは、電圧印加によって溶断される溶断部と、溶断部の一端に接続され、電圧の印加される＋端子側ジョイントと、溶断部の他端に接続された−端子側ジョイントとを備えており、＋端子側ジョイントと−端子側ジョイントとは同じ構造及び性質を有している。

ポリシリコンヒューズの場合に、＋端子側ジョイント及び−端子側ジョイント（以下、＋端子側ジョイント及び−端子側ジョイントを、単にジョイントと称す）については、何種類かの構成が用いられている。例えば、溶断部と同じくポリシリコン層によって構成する構造及び溶断のための書き込み電圧を低減するためにポリシリコン層及びシリサイド層を用いて低抵抗化した構造等がある（例えば、特許文献１参照）。

また、電圧印加により＋端子側ジョイントで発生させたジュール熱で溶断部を溶融させるために、ジョイントをポリシリコン層、溶断部をＡｌ層にした構造も用いられている（例えば、特許文献２参照）。
特許第３２３９４４８号公報（図１）特開昭５８−１５８０９９号公報（第１図）

しかしながら上記従来の構成において、まず、例えば、特許文献１などでは、書き込み電圧が印加され、フィラメントが形成された際に、＋端子側ジョイントの急激な電位降下による大電流の影響により、溶断部ではなく＋端子側ジョイントで溶断されるという問題がある。また、例えば、特許文献２などにおいても、＋端子側ジョイントで発生させたジュール熱の影響により、溶断部ではなく＋端子側ジョイントで溶断されるという問題がある。溶断部ではなく＋端子側ジョイントで溶断されると、不十分な書き込みからジョイント間の耐圧リーク、ショート不良の増加、書き込みに係わる消費電力（電圧、電流）の増加とＰＲＯＭ回路構成素子の負荷（破壊）の増加という問題に発展する。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、溶断部位を制御可能とし、安定して溶断することにより、溶断部以外のジョイントでの溶断を防止し、かつ、書き込み不良を低減させたポリシリコンヒューズ及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１のポリシリコンヒューズは、電圧印加によって溶断される溶断部と、前記溶断部の両端に接続されたジョイントとを備え、前記溶断部の上に低融点金属層を設けたことを特徴とする。また、前記低融点金属層の厚みは前記溶断部の厚みより小さいことが好ましい。また、前記低融点金属層は、前記溶断部の上面と前記溶断部の側面とで接していることを特徴とする。

第１のポリシリコンヒューズは、ポリシリコン膜をヒューズ形状に加工する工程と、絶縁膜を形成して前記ヒューズ形状の溶断部に窓部を形成する工程と、開口した前記溶断部に低融点金属層を形成する工程とを含むポリシリコンヒューズの製造方法によって製造できる。

本発明の第２のポリシリコンヒューズは、電圧印加によって溶断される溶断部と、前記溶断部の両端に接続されたジョイントとを備え、前記溶断部の結晶粒界に低融点金属を含浸させたことを特徴とする。

第２のポリシリコンヒューズは、前記低融点金属層の形成の後に、前記低融点金属の融点以上でかつシリコンの融点以下の温度の熱処理を施す工程をさらに含むポリシリコンヒューズの製造方法によって製造できる。

本発明の第３のポリシリコンヒューズは、電圧印加によって溶断される溶断部と、前記溶断部の両端に接続されたジョイントとを備え、前記溶断部に低融点金属がドープされていることを特徴とする。

第３のポリシリコンヒューズは、ポリシリコン膜をヒューズ形状に加工する工程と、前記溶断部が開口するようにマスクを形成する工程と、開口した前記溶断部に低融点金属をドープする工程とを含むポリシリコンヒューズの製造方法によって製造できる。また、前記低融点金属のドープにイオン注入法またはプラズマドープ法を用いることを特徴とする。

この構成によれば、ポリシリコンヒューズの溶断部に形成される低融点金属の共晶物、低融点金属の含浸物、又は低融点金属のドープ物は他の部分に比べて融点が低いため、ポリシリコンよりも先に溶融する。その結果、ポリシリコンヒューズの溶断部を安定して溶断させることが可能となる。従って、ポリシリコンヒューズの溶断部位を制御可能とし、安定して溶断することができ、溶断部以外のジョイントでの溶断を防止し、なおかつ、書き込み不良を低減させたポリシリコンヒューズを実現することができる。

以下、本発明の各実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態のポリシリコンヒューズを示す。

図１（ａ）に示すように、半導体基板１に形成された分離絶縁膜２の上の一部には、ポリシリコン膜３が形成されている。図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ平面を示しており、ポリシリコン膜３の形状は、中央の溶断部４の幅が両端のジョイント部５よりも狭く形成されている。また、ポリシリコン膜３の周囲とポリシリコン膜３の上を覆うように絶縁膜６が形成されている。このポリシリコン膜３の上の絶縁膜６には、溶断部４の中央部において、ポリシリコン膜３が露出する窓部６ａが形成されている。

さらに、溶断部４において、絶縁膜６の上から前記窓部６ａを介してポリシリコン膜３に接して低融点金属層８が形成されている。
絶縁膜６と低融点金属層８の上には、層間絶縁膜１２が形成されている。図１（ｃ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ断面を示している。各ジョイント部５においては、層間絶縁膜１２と絶縁膜６を貫通してポリシリコン膜３に達する電極１３が形成されており、電極１３，１３を介して溶断部４の両端に通電できるように構成されている。

この構成によると、電圧印加の際の発熱で、溶断部４の上に接している低融点金属層８が最初に溶融し、溶断部４のポリシリコン膜３と共晶する。この共晶物はポリシリコンより融点が低いため各ジョイント部５のポリシリコン膜３よりも先に溶融する。その結果、溶断部４を安定して溶断させることができる。

このポリシリコンヒューズは、図２（ａ）〜（ｄ）に示す方法で製造できる。
まず、図２（ａ）に示す工程では、分離絶縁膜２を有する半導体基板１の上に、ポリシリコン膜３を形成し、これを図１（ａ）に示したように溶断部４とその両端のジョイント部５の形状に加工する。

図２（ｂ）に示す工程では、ポリシリコン膜３の上に絶縁膜６を形成して、溶断部４に窓部６ａを形成する。
図２（ｃ）に示す工程では、絶縁膜６の窓部６ａに溶断部４に達する低融点金属層８を形成する。

図２（ｄ）に示す工程では、層間絶縁膜１２、電極１３を順次形成して、溶断部に低融点金属層８と接するポリシリコンヒューズを搭載した半導体基板１を得る。
この製造方法によると、特殊な工程なしで図１に示したポリシリコンヒューズを製造できる。

（第２の実施形態）
図３（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態のポリシリコンヒューズを示す。
図１に示した第１の実施形態のポリシリコンヒューズでは、溶断部４に接して設けられた低融点金属層８の厚さは、溶断部４のポリシリコン膜３の厚さよりも厚いものであったが、この第２の実施形態では、図３（ａ）と図３（ｃ）に示すように、低融点金属層８の厚みＶ２は溶断部４の厚みＶ１より薄い。その他の構成は、第１の実施形態と同じである。

このように、低融点金属層８の厚みを溶断部４の厚みより小さくすることにより、共晶に要するエネルギー、すなわち、書き込みに係わる消費電力（電圧、電流）を低減させることができる。

（第３の実施形態）
図４（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施形態のポリシリコンヒューズを示す。
図１に示した（第１の実施形態）のポリシリコンヒューズでは、溶断部４の上の絶縁膜６にだけ窓部６ａを形成し、低融点金属層８が溶断部４の幅内だけで、溶断部４のポリシリコンと接触していたが、この第３の実施形態では、図４（ｂ）と図４（ｃ）に示すように、低融点金属層８を溶断部４の中央で交差させて低融点金属層８と溶断部４の接触面積を増加させた点だけが第１の実施形態と異なり、その他の構成は第１の実施形態と同じである。

具体的には、溶断部４の上の絶縁膜６に窓部６ａを形成するとともに、溶断部４の両側に溶断部４の側面が露出するように、絶縁膜６に窓部６ｂ，６ｃを形成し、絶縁膜６の上と窓部６ａ，６ｂ，６ｃに低融点金属層８を、低融点金属層８を溶断部４の中央で交差させて形成している。これによって、低融点金属層８が、溶断部４の上面だけでなく、溶断部４の両側面でも溶断部４のポリシリコンに接触ことによって、共晶に要するエネルギー、すなわち、書き込みに係わる消費電力（電圧、電流）を第１の実施形態よりも低減させることができる。

なお、絶縁膜６に窓部６ａと窓部６ｂまたは６ｃを形成して、溶断部４の両側面のうちの一方の側面と低融点金属層８とが接触し、かつ溶断部４の上面と低融点金属層８とが接触するように構成することもできる。

（第４の実施形態）
図５（ａ）〜（ｄ）は本発明の第４の実施形態におけるポリシリコンヒューズを示す。
図１に示した第１の実施形態のポリシリコンヒューズでは、溶断部４の上に低融点金属層８を設けていたが、この第４の実施形態では、図５（ａ）と図５（ｃ）に示すように、ポリシリコン膜３の溶断部４の結晶粒界に、低融点金属との含浸物９を形成させる点が異なる。

なお、ここで、含浸物９とは、図５（ｄ）に示す拡大図のように、ポリシリコン粒界１４の間隙に低融点金属原子１５を含み浸透させた物質を意味する。その他は第１の実施形態と同じである。

このように構成したため、電圧印加の際、この含浸物９はポリシリコンより融点が低いため、他のポリシリコンよりも先に溶融する。その結果、溶断部４を安定して溶断させることができる。

図６（ａ）〜（ｅ）は図５に示した第４の実施形態のポリシリコンヒューズの製造工程を示す。
まず、図６（ａ）に示すように、半導体基板１に形成された分離絶縁膜２の上の一部には、ポリシリコン膜３が形成されている。図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ平面を示しており、ポリシリコン膜３の形状は、中央の溶断部４の幅が両端のジョイント部５よりも狭く形成されている。また、ポリシリコン膜３の周囲とポリシリコン膜３の上を覆うように絶縁膜６が形成されている。このポリシリコン膜３の上の絶縁膜６には、図６（ｂ）に示すように、溶断部４の中央部において、ポリシリコン膜３が露出する窓部６ａが形成されている。

次に、図６（ｃ）に示すように、窓部６ａに低融点金属層８を形成する。そして、図６（ｄ）に示すように、低融点金属の融点以上でかつシリコンの融点以下の温度の熱処理を施して、溶断部４の結晶粒界に低融点金属を含浸させた含浸物９を形成する。最後に、図６（ｅ）に示すように、層間絶縁膜１２、電極１３を順次形成する。

この製造方法によると、特殊な工程なしで図５に示したポリシリコンヒューズを製造できる。
（第５の実施形態）
図７（ａ）〜（ｃ）は本発明の第５の実施形態におけるポリシリコンヒューズを示す。

図５と図６に示した第４の実施形態のポリシリコンヒューズでは、絶縁膜６に形成された窓部６ａから低融点金属を溶断部４に含浸させたが、図７のポリシリコンヒューズでは、絶縁膜６を有していない。

図８（ａ）〜（ｄ）は図７に示した第５の実施形態のポリシリコンヒューズの製造工程を示す。
まず、図８（ａ）に示すように、半導体基板１に形成された分離絶縁膜２の上の一部には、ポリシリコン膜３が形成されている。図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ平面を示しており、ポリシリコン膜３の形状は、中央の溶断部４の幅が両端のジョイント部５よりも狭く形成されている。

このポリシリコン膜３の上には、図８（ｂ）に示すように、溶断部４に窓部７ａを有するマスク材料７を形成し、イオン注入法またはプラズマドープ法を用いて低融点金属を溶断部４にドープし、その後、マスク材料７を除去して、図８（ｃ）に示すように、溶断部に低融点金属のドープ物１０を形成する。

最後に、図８（ｄ）に示すように、層間絶縁膜１２、電極１３を順次形成して、溶断部４に低融点金属のドープ物１０を有するポリシリコンヒューズを搭載した半導体基板１を得る。

この製造方法によると、特殊な工程なしで図７に示したポリシリコンヒューズを製造できる。
なお、上記の各実施の形態において、低融点金属としては、例えば、Ａｌ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ等、ポリシリコンよりも融点の低い金属材料であればよく、何れの場合においても同等な効果が得られる。

例えば、溶断部４に１０％のＡｌを添加すると、他の部分と比べて溶断部の融点は５０〜６０℃程度低減されるので、溶断部４以外のジョイントでの溶断を防止し、溶断部４で安定して溶断することができる。

また、本発明はポリシリコンヒューズの形状を限定するものではない。さらに、ポリシリコンヒューズ形成前の基板の仕様と形成方法、配線方法、各種の膜厚、形成条件等を限定するものではないことは明白である。

本発明は、電圧印加により導体を溶断し高抵抗化することによって情報を記憶するポリシリコンヒューズの信頼性の向上に寄与できる。

本発明の第１の実施形態におけるポリシリコンヒューズの構造図同実施の形態の製造工程を示す断面図本発明の第２の実施形態におけるポリシリコンヒューズの構造図本発明の第３の実施形態におけるポリシリコンヒューズの構造図本発明の第４の実施形態におけるポリシリコンヒューズの構造図同実施の形態の製造工程を示す断面図本発明の第５の実施形態におけるポリシリコンヒューズの構造図同実施の形態の製造工程を示す断面図

符号の説明

１半導体基板
２分離絶縁膜
３ポリシリコン膜
４溶断部
５ジョイント
６絶縁膜
６ａ，６ｂ，６ｃ窓部
７マスク材料
８低融点金属層
９含浸物
１０ドープ物
１２層間絶縁膜
１３電極
１４ポリシリコン粒界
１５低融点金属原子

Claims

電圧印加によって溶断される溶断部と、前記溶断部の両端に接続されたジョイントとを備え、前記溶断部の上に低融点金属層を設けた
ポリシリコンヒューズ。
前記低融点金属層の厚みは前記溶断部の厚みより小さい
請求項１に記載のポリシリコンヒューズ。
前記低融点金属層は、前記溶断部の上面と前記溶断部の側面とで接している
請求項１に記載のポリシリコンヒューズ。
ポリシリコン膜をヒューズ形状に加工する工程と、
絶縁膜を形成して前記ヒューズ形状の溶断部に窓部を形成する工程と、
開口した前記溶断部に低融点金属層を形成する工程と
を含むことを特徴とする
ポリシリコンヒューズの製造方法。
電圧印加によって溶断される溶断部と、前記溶断部の両端に接続されたジョイントとを備え、前記溶断部の結晶粒界に低融点金属を含浸させた
ポリシリコンヒューズ。
前記低融点金属層の形成の後に、前記低融点金属の融点以上でかつシリコンの融点以下の温度の熱処理を施す工程をさらに含む
請求項４に記載のポリシリコンヒューズの製造方法。
電圧印加によって溶断される溶断部と、前記溶断部の両端に接続されたジョイントとを備え、前記溶断部に低融点金属がドープされていることを特徴とする
ポリシリコンヒューズ。
ポリシリコン膜をヒューズ形状に加工する工程と、
前記溶断部が開口するようにマスクを形成する工程と、
開口した前記溶断部に低融点金属をドープする工程と
を含む
ポリシリコンヒューズの製造方法。
前記低融点金属のドープにイオン注入法またはプラズマドープ法を用いる
請求項８に記載のポリシリコンヒューズの製造方法。