JP2013077771A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒューズ開口部からの水分侵入による電特異常及び配線腐食を防止する半導体装置を提供する。
【解決手段】シリコン基板１上に絶縁膜２とゲート酸化膜３を設け、ゲート酸化膜２上の一部にヒューズ配線４の両端にヒューズ端子１５を有するヒューズを設ける。ヒューズを構成するヒューズ配線４の上方には酸化膜５を介して窒化膜１４が形成された凸領域があり、ヒューズ端子１５は第１金属配線７と電気的に接続している。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＳＯＧ膜による平坦化を利用したヒューズを有する半導体装置に関する。

高精度な仕様を要求されるアナログICでは、製造バラツキ起因によるトランジスタや抵抗素子の特性バラツキを吸収するため、たとえば多結晶シリコン等からなる薄膜抵抗に接続された溶断できる薄膜で構成されたレーザートリミング用のヒューズをレーザー照射によって切断することで抵抗体の組み合わせパターンを調節し、回路の狙い値に落とし込む施策が一般的にとられている。

こうしたヒューズを作成する場合において、そのヒューズとなるアルミあるいは多結晶シリコン等の薄膜にレーザーが効率よく照射できるよう、通常はこのような薄膜を覆っている保護膜である窒化膜や多層配線間における層間膜をエッチングによりおおかた除去している。このときＳＯＧ膜による平坦化を使用した半導体装置においては、上記エッチング開口部の断面にＳＯＧ膜が剥き出しになる。ＳＯＧ膜は水分を通しやすいため、エッチング開口部から侵入した水分はＳＯＧ膜を通って内部素子領域へ移動し、ＰＭＯＳトランジスタのＮＢＴＩや配線腐蝕の原因となる。

これまで、ＳＯＧ膜を介したヒューズ開口部からの内部素子への水分の侵入を抑制する方法としてヒューズ開口部の周囲にAl配線のシールリングと呼ばれる凸段差を設けることが提案されている。ＳＯＧ膜による平坦化工程において、ヒューズ上のシールリングは周囲の凹凸よりも高い凸段差となることから、ＳＯＧ塗布後のシールリング上のＳＯＧ膜厚は周囲より薄くなり、エッチバックの際に前記ヒューズ上のシールリング上のＳＯＧ膜は完全に除去されてしまう。よって、ヒューズ開口部からの内部素子へ繋がるＳＯＧ膜の層は、前記シールリング上で分断され、ヒューズ開口部からヒューズ上のＳＯＧ膜を介した水分の侵入を遮断することができる。（例えば、特許文献１参照）

特開平０５−２１６０５号公報

しかしながら、この方法ではヒューズとヒューズの間のシールリングの上の凸段差は周囲に比べ必ずしも高い段差とはならず、条件によってはＳＯＧ膜が残る場合がある。ヒューズとヒューズの間のシールリングの上にＳＯＧ膜が残ってしまうと、ヒューズ開口部の側面で露出したＳＯＧ膜とヒューズとヒューズの間のシールリングの上に残ったＳＯＧ膜が繋がってしまうので、ＳＯＧ膜を介してヒューズ開口部から内部素子へ直接水分が侵入し、内部素子の特性変動及び腐蝕の原因となってしまう。本発明は、上記のようなＳＯＧ膜の水分浸入経路も遮断して、より信頼性の高いヒューズの構造を持つ半導体装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明では以下のような半導体装置とした。

まず、ヒューズを有する半導体装置であって、ヒューズ配線上に設けられた凸領域と、ヒューズ配線の両端に設けられたヒューズ端子と、ヒューズ端子に接続された第１金属配線と、凸領域内に前記凸領域よりも小さく設けられたヒューズ開口部とからなる半導体装置とした。

また、上記半導体装置の凸領域の膜厚は、第１金属配線の膜厚よりも厚くなるようにした。
また、凸領域は、絶縁性の膜からなる半導体装置とした。
そして、ヒューズ開口部の底面には凸領域が露出している半導体装置とした。

以上の構成とすることにより、ヒューズ上にＳＯＧ膜が残存することが無いため、ヒューズトリミングしてもヒューズ開口部から内部素子に水分が浸入する懸念がなく、長期に渡って特性の安定した半導体装置とすることができる。

本発明の実施形態に係るヒューズの平面図である。 本発明の実施形態を示すヒューズの断面模式図（図１のＡ−Ａ’断面）である。 本発明の実施形態を示すヒューズの断面模式図（図１のＢ−Ｂ’断面）である。 （ａ）本発明の実施形態を示すヒューズの製造フローを示す図１のＡ−Ａ’断面に対応する図である。（ｂ）本発明の実施形態を示すヒューズの製造フローを示す図１のＢ−Ｂ’断面に対応する図である。 （ａ）図４に続く、本発明の実施形態を示すヒューズの製造フローを示す図１のＡ−Ａ’断面に対応する図である。（ｂ）図４に続く、本発明の実施形態を示すヒューズの製造フローを示す図１のＢ−Ｂ’断面に対応する図である。 （ａ）図５に続く、本発明の実施形態を示すヒューズの製造フローを示す図１のＡ−Ａ’断面に対応する図である。（ｂ）図５に続く、本発明の実施形態を示すヒューズの製造フローを示す図１のＢ−Ｂ’断面に対応する図である。

図１は本発明の実施形態に係る半導体装置の平面図である。
ヒューズ配線とヒューズ端子からなるヒューズを有する半導体装置であって、ヒューズ端子１５の間の図示されていない複数のヒューズ配線４の上方には複数のヒューズ配線４を覆う窒化膜からなる凸領域１４が設けられている。すなわち、窒化膜による一つの領域１４が複数のヒューズ配線４を跨いで覆うように設けられている。また、平面視的に窒化膜１４内にヒューズ開口部１３が窒化膜からなる凸領域１４の上には設けられている。さらに、ヒューズ配線４の両端に設けられたヒューズ端子１５には第１金属配線７が電気的に接続されている。ここで、窒化膜からなる凸領域１４は第１金属配線７よりも膜厚が厚くなるように形成されている。

図２は図１のＡ−Ａ’での断面模式図である。
シリコン基板１上に絶縁膜２とゲート酸化膜３を設け、ゲート酸化膜２上の一部にヒューズ配線４の両端にヒューズ端子１５を有するヒューズを設ける。ヒューズおよびゲート酸化膜３の上には酸化膜５が設けられている。ヒューズを構成するヒューズ配線４の上方には酸化膜５を介して窒化膜からなる凸領域１４が形成されている。窒化膜からなる凸領域１４と酸化膜５の上には第１層間絶縁膜６があり、第１層間絶縁膜６と酸化膜５を貫通して設けられたコンタクトホールを介してヒューズ端子１５と第１金属配線７が電気的に接続している。第１金属配線７の上には第２層間層間絶縁膜８とＳＯＧ膜９と第３層間絶縁膜１０が順に積層している。ここで、ＳＯＧ膜９は凹部のみに形成され、ヒューズ開口部１３およびその近傍には存在しない。従って、ヒューズ開口部１３の領域にＳＯＧ膜９が露出するということは無い。

図示してはいないが、第２層間絶縁膜８と第３層間絶縁膜１０と酸化膜５を貫通したビアホールを介して第１金属配線７と電気的に接続する第２金属配線を第３層間絶縁膜１０の上に設けられている。第２金属配線および第３層間絶縁膜１０の上にはパッシベーション膜１１とポリイミド膜１２が設けられ、ヒューズ開口部１３ではパッシベーション膜１１とポリイミド膜１２、そして下地の第３層間絶縁膜１０と第１層間絶縁膜６が除去され、ヒューズ開口部底面には窒化膜からなる凸領域１４が一部露出している。ヒューズ開口部１３の下方には窒化膜からなる凸領域１４や酸化膜５を介してヒューズ配線４が設けられる。後のヒューズトリミング工程においてヒューズ開口部１３から入射したレーザー光にてヒューズ配線４を切断して所望の抵抗を得ることになるが、本発明においては、上述のような形状のヒューズを有する半導体装置としたため、ヒューズトリミング工程にて窒化膜からなる凸領域１４や酸化膜５やヒューズ配線の一部を除去したとしてもＳＯＧ膜９が露出することはない。このためＳＯＧ膜を介してヒューズ開口部から内部素子へ水分が侵入し、内部素子の特性変動及び腐蝕の原因となってしまう懸念はなく、長期に渡って特性の安定した半導体装置とすることができる。

図３は図１のＢ−Ｂ’での断面模式図である。
ヒューズ開口部１３の下方にはヒューズ開口部１３を含んでオーバーラップするように窒化膜からなる凸領域１４が下敷きされている。窒化膜からなる凸領域１４は複数のヒューズ配線４を跨いで覆うように形成されている。図からも明らかなようにヒューズ開口部１３にＳＯＧ膜９が露出することはなく、ヒューズ開口部とＳＯＧ膜９は第１層間絶縁膜６および第２層間絶縁膜８によって隔てられている。よってヒューズトリミング工程にて窒化膜からなる凸領域１４や酸化膜５やヒューズ配線の一部を除去させたとしてもＳＯＧ膜９が露出することはない。このためＳＯＧ膜を介してヒューズ開口部から内部素子へ水分が侵入し、内部素子の特性変動及び腐蝕の原因となってしまう懸念はなく、長期に渡って特性の安定した半導体装置とすることができる。

次に、本発明の実施形態を示す半導体装置の製造フローを示す図４乃至図６を用いて製造方法について説明する。
例えば抵抗が２０〜３０ΩｃｍのＰ型のシリコン基板１の表面上に、絶縁膜２として例えば酸化膜を膜厚６０００Åとして熱酸化法を用いて成膜させる。次にゲート酸化膜３として例えば酸化膜を膜厚２００Åとして熱酸化法を用いて成膜させる。次にヒューズ配線４として例えば多結晶シリコンを膜厚４０００ÅとしてＣＶＤ法により堆積させ、フォトリソグラフィーとドライエッチングを用いて所望の形状に形成する。次に酸化膜５として例えばＴＥＯＳ膜を膜厚１０００ÅとしてＣＶＤ法により堆積させる。次に窒化膜１４として例えば膜厚６０００ÅとしてＣＶＤ法により堆積させ、ヒューズ開口部１３の領域を含んでオーバーラップする領域だけに窒化膜１４が存在するようにフォトリソグラフィーとドライエッチングを用いて形成する。次に第１層間絶縁膜６として例えばＢＰＳＧ膜を膜厚５０００ÅとしてＣＶＤ法で堆積させる。次に第１金属配線７とヒューズ配線４両端のヒューズ端子１５を接合するためのコンタクトエッチングをフォトリソグラフィーとドライエッチングを用いて行う（図４参照）。

次に第１金属配線７を例えばＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜を膜厚５０００Åとしてスパッタ法を用いて堆積させ、所望の形状にフォトリソグラフィーとドライエッチングを用いて形成する。次に第２層間絶縁膜８を例えばＴＥＯＳ膜として膜厚７０００ÅとしてＣＶＤ法で堆積させる。次にＳＯＧ膜９を例えば３０００Åとしてスピン塗布で成膜する（図５参照）。

次にＳＯＧ膜９を例えば前記第１金属配線の表面までドライエッチングを用いてエッチバックさせる。次にＣＶＤ法を用いて、第３層間絶縁膜１０として例えばＴＥＯＳ膜を４０００Å堆積させる。次にパッシベーション膜１１として、例えば膜厚９５００Åの窒化膜を、ＣＶＤ法を用いて堆積させる。次にポリイミド膜１２を例えば膜厚１２ｕｍとしてスピン塗布で成膜し、フォトリソグラフィーを用いてヒューズ開口部１３の領域だけ除去する（図６参照）。

次にポリイミド膜１２をマスクとして、パッシベーション膜１１と第３層間絶縁膜１０と第１層間絶縁膜６をドライエッチングで除去することにより図１に示す半導体装置を得ることができる。

１ シリコン基板
２ 絶縁膜
３ ゲート酸化膜
４ ヒューズ配線
５ 酸化膜
６ 第１層間絶縁膜
７ 第１金属配線
８ 第２層間絶縁膜
９ ＳＯＧ膜
１０ 第３層間絶縁膜
１１ パッシベーション膜
１２ ポリイミド膜
１３ ヒューズ開口部
１４ 窒化膜
１５ ヒューズ端子

Claims (4)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板の上に設けられた絶縁膜と、
   前記絶縁膜上に設けられたヒューズ配線と、
   前記ヒューズ配線を跨いでヒューズ開口部となる領域を含んで重畳するように設けられた凸領域と、
   前記ヒューズ配線と前記凸領域の上を覆う第１層間絶縁膜と、
   前記第１層間絶縁膜に形成したコンタクトホールを介して、前記ヒューズ配線の両端に設けられたヒューズ端子と電気的に接続している第１金属配線と、
   前記第１金属配線と前記第１層間絶縁膜の上に設けられた第２層間絶縁膜および前記第２層間絶縁膜の凹部に設けられたＳＯＧ膜と、
   平坦化された前記ＳＯＧ膜および前記第２層間絶縁膜の上に設けられた第３層間絶縁膜と、
   前記第３層間絶縁膜の上に設けられたパッシベーション膜と、
   前記パッシベーション膜を除去して、平面視的に前記凸領域内に前記凸領域よりも小さく設けられたヒューズ開口部と、
   からなることを特徴とする半導体装置。
2. 前記凸領域の膜厚は、前記第１金属配線の膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記凸領域は、絶縁性の膜からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体装置。
4. 前記ヒューズ開口部の底面には前記凸領域が露出していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の半導体装置。

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