JP4255142B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般に半導体装置に関するものであり、より特定的には、レーザトリミングにより製造歩留まりを向上させ、また、装置特性の調整を行なう半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、MOS(Metal Oxide Silicon )構造を用いた半導体記憶装置では、その製造過程において生じたパターン欠陥による不良を救済するために、予備の記憶素子を半導体装置内に配置し、必要に応じて不良の記憶素子を予備の記憶素子に置換えることによって、製造歩留まりを向上させている。
【0003】
本発明において使用される記憶素子を、図9を用いて、比較しながら説明する。
【0004】
図9を参照して、バイト消去が可能なEEPROMは選択トランジスタを持っているために、セルの面積が大きくなり、大容量化に適さない。EPROMは、書込は電気的に行ない、消去は紫外線の照射により一括して行なう。図示したように、1トランジスタ/1セルの簡単な構成のため、セル面積は小さい。フラッシュメモリは、EPROMで紫外線で行なっていた一括消去を、高電界印加によるトンネル現象による電荷引抜きにより、電気的に行なえるようにしたものである。その結果、不揮発性、電気的書換え・消去、大容量を同時に実現することができる。
【0005】
さて、予備の記憶素子への置換え方法としては何種類か存在するが、レーザ光照射によってリンクをブローして切断することによって置換えを行なうレーザトリミング法(以下、LT法と略する)が広く行なわれている。また、半導体装置内部で発生させている基準電圧等の微調整を同様のLT法によって行なうこともある。
【0006】
従来は、LTブロー部よりの水分や不純物の侵入を防ぐために、LTブロー実施後に最終保護膜の形成を実施していたが、この製造方法では、LTブローによる歩留まり救済後、最終工程までに発生するパターン欠陥の救済ができないことや、LTブロー時に発生する異物により、かえってパターン欠陥が増えるといった問題点があった。
【0007】
こうした問題の解決のために、最終保護膜を形成した後に、LTブロー工程を行なうことがあるが、これについて図を用いて説明する。
【0008】
図10は、LTリンク部(ヒューズ部)を備えた半導体装置の断面図である。
図10を参照して、半導体基板1の主表面にPウェル2とNウェル3が形成されている。Pウェル2の主表面中に分離酸化膜5が形成されている。分離酸化膜5の上にLTリンク8が形成されている。Pウェル2には、また、ゲート絶縁膜6を介在させてゲート電極7が形成されている。ゲート電極7の両側にN型チャネルトランジスタ(NchTr)のソースドレインとなるN型拡散層10が設けられている。
【0009】
ゲート電極7の側壁にはサイドウォールスペーサ9が形成されている。Nウェル3には、P型チャネルトランジスタ(PchTr)が形成されている。P型チャネルトランジスタは、ゲート絶縁膜6とゲート電極7と、P型チャネルトランジスタのソースドレインとなるP型拡散層11を含む。ゲート電極7およびLTリンク8を覆うように半導体基板1の上に、BPSG膜等で形成された層間絶縁膜12が設けられている。
【0010】
層間絶縁膜12中には、P型拡散層11の表面、N型拡散層10の表面およびLTリンクの表面を露出させるためのコンタクトホール13が形成されている。コンタクトホール13を通って、LTリンク8、N型拡散層10およびP型拡散層11に、アルミ合金等で形成された配線14が接続されている。配線14を覆うように、層間絶縁膜12の上に最終保護膜15が設けられている。図11を参照して、LTリンク8をレーザトリミングすることにより、不良の記憶素子を、予備の記憶素子に置換えることができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の装置では、図11を参照して、LTブローを実施した箇所で、LTリンク部における半導体基板1が露出することになる。このため、露出部分から水分やナトリウム(Na)をはじめとした不純物が、外部より、半導体装置内に侵入しやすいという問題点があった。水分や不純物が半導体装置内の能動素子領域に侵入した場合、トランジスタの特性変動を引き起こしたり、特にEPROM、フラッシュメモリ等の不揮発性半導体記憶装置の場合には、保持している記憶内容が揮発するといった不良を引き起こすことになり、ひいては、半導体装置の信頼性を劣化させるという問題点があった。
【0012】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、最終保護膜形成後にLTブローを実施しても、良好な信頼性を有する半導体装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る半導体装置は、半導体基板を備える。上記半導体基板の主表面中に、素子領域を他の素子領域から分離するためのフィールド酸化膜が設けられている。フィールド酸化膜の上に、レーザトリミング用リンクが設けられている。上記半導体基板の表面中であって、上記フィールド酸化膜の下に、Nウェルが設けられている。上記Nウェルは、レトログレードウェルにより形成されている。
【0014】
この発明によれば、LTブロー後の開口部がNウェル領域にあるため、開口部から侵入してきたナトリウムイオン等は、Nウェル中のN型不純物にゲッタリングされて、能動領域にまで達することができなくなる。ひいては、良好な信頼性を有する半導体装置が得られる。
【0015】
請求項2に係る半導体装置においては、上記レトログレードウェルは、横軸に半導体基板の表面からの深さをとり、縦軸に不純物濃度をとったとき、少なくとも2つの濃度ピークを有する、不純物濃度プロファイルを有する。Nウェルが、少なくとも2つの濃度ピークを有する、不純物濃度プロファイルを有しているので、Nウェル中に、N型不純物が効率よく分布する。
【0016】
請求項3に係る半導体装置によれば、上記複数個の濃度ピークのうち、上記半導体基板の表面から最も深い位置にあるピークの不純物濃度は、他のピークの不純物濃度よりも濃くされている。この発明によれば、LTブロー後、開口部から侵入してきたナトリウムイオン等は、高濃度のN型不純物に、効率よくゲッタリングされる。
【0017】
請求項4に係る発明においては、上記最も深い位置にあるピークは、上記半導体基板の表面から1〜3μm離れた位置に存在する。この発明によれば、比較的深いNウェルになるという効果を奏する。
【0018】
請求項5に係る半導体装置によれば、上記2つの濃度ピークのうちで、深い位置にあるピークのN型不純物の濃度は、1×1017atoms/cm3以上にされている。この発明によれば、N型不純物濃度が濃いので、LTブロー後、開口部から侵入してきたナトリウムイオン等は、効率よくゲッタリングされる。
【0019】
請求項6に係る半導体装置によれば、上記NウエルのN型不純物はPで形成される。この発明によれば、N型不純物としてPを用いるので、結晶格子間に入り込みやすく、Nウェルを形成するのに好都合である。
【0020】
請求項7に係る半導体装置においては、上記素子領域にMOSFETが形成されている。この発明によれば、良好な信頼性を有するMOSFETを与える。
【0021】
請求項8に係る半導体装置においては、上記素子領域にEPROMが形成されている。この発明によれば、良好な信頼性を有するEPROMを与える。
【0022】
請求項9に係る半導体装置においては、上記素子領域にEEPROMが形成されている。この発明によれば、良好な信頼性を有するEEPROMが得られる。
【0023】
請求項10に係る半導体装置においては、上記素子領域にフラッシュメモリが形成されている。この発明によれば、良好な信頼性を有するフラッシュメモリが得られる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
【0027】
実施の形態1
図1は、実施の形態1に係る半導体装置の断面図である。図1を参照して、半導体基板1の主表面中に、それぞれ、レトログレードウェルで形成されたNウェル4、Pウェル2、Nウェル3が設けられている。Nウェル4にはLTリンク部が設けられ、Pウェル2には、Nチャネルトランジスタ部が設けられ、Nウェル3には、Pチャネルトランジスタが形成されている。LTリンク部、Nチャネルトランジスタ部、Pチャネルトランジスタ部の構造については、図9に示す半導体装置と同様であるので、同一または相当する部分には、同一の参照番号を付し、その説明を繰返さない。
【0028】
図9に示す従来装置と図1に示す実施の形態に係る半導体装置と異なる点は、半導体基板1の表面中であって、フィールド酸化膜5の直下にNウェル4が形成されている点である。
【0029】
図2は、Nウェル4の不純物濃度プロファイルを示す図である。Nウェル4の不純物濃度プロファイルは、横軸に半導体基板の表面からの深さをとり、縦軸に不純物濃度をとったとき、少なくとも2つの濃度ピーク20,21を有する。2つの濃度ピーク20,21のうち、半導体基板の表面から最も深い位置にあるピーク21の濃度は、他のピーク20の濃度よりも濃くされている。最も深い位置にあるピーク21は、半導体基板の表面から1〜3μm離れた位置に存在する。最も深い位置にあるピーク21のN型不純物の濃度は、1×1017atoms/cm3 以上にされている。N型不純物は、結晶格子間に入り込みやすいPである。同じN型不純物であっても、Asでは、レトログレードウェルを形成しにくい。
【0030】
図3は、Nウェル3の不純物濃度プロファイルである。半導体基板の表面近くにあるピーク22と、最も深い位置にあるピーク21と、ピーク22とピーク21の間にあるピーク20の3つのピークを有している。最も深い位置にあるピーク21は、半導体基板の表面から1〜3μm離れた位置に存在する。最も深い位置にあるピーク21のN型不純物の濃度は、1×1017atoms/cm3 以上にされている。N型不純物は、Pである。ピーク22は、トランジスタのしきい値に影響を与える。
【0031】
図4は、最終保護膜15を形成した後に、LTリンク8をブローした状態の断面図である。図中、参照符号16で示す部分は、LTブロー部を表わしている。LTリンク8を、Nウェル4上に形成しているため、LTリンク8をブローした状態において、LTブローによって最終保護膜15が開口した部分で、図のように、LTリンク8の下の分離酸化膜5がすべてなくなってしまい、Nウェル4の表面が露出する。LTブロー部16では、ナトリウム等の不純物イオンがパッケージを透過して、半導体装置中に侵入してくることが考えられる。
【0032】
従来の装置では、このように侵入してくる不純物イオンが、トランジスタ等の能動領域まで進入するので、能動素子の特性が変動するという問題点があった。特に、EPROMやフラッシュメモリ等の不揮発性半導体記憶素子を含んだ半導体装置では、ナトリウム等のイオンの電荷により記憶素子中に保持されている電荷が見かけ上キャンセルされて、保持データが揮発するという信頼性不良を引き起こすという問題点があった。
【0033】
しかしながら、実施の形態に係る半導体装置では、上述したように、LTブロー後の開口部がNウェル4の領域にあるため、侵入してきたナトリウムイオン等は、Nウェル4中のN型不純物にゲッタリングされて、能動領域にまで達することができなくなる。ひいては、上述の問題点の発生を防止することができる。
【0034】
次に、図1に示す半導体装置の製造方法の主要工程について説明する。
図5を参照して、半導体基板1の表面に、LTリンク部、Nチャネルトランジスタ部、Pチャネルトランジスタ部を形成するためのフィールド酸化膜5を形成する。
【0035】
図6を参照して、Nチャネルトランジスタ部を、レジストマスク30でマスクして、N型不純物(P)を、半導体基板中に、高エネルギーイオン注入で、注入する。高エネルギー注入は、エネルギーを変えて少なくとも3回行なう。1回目の不純物注入は、半導体基板1の表面(N1 )に留まるように、2回目の不純物注入は、フィールド酸化膜5の下(N2 )に留まるように、3回目の不純物注入は、半導体基板1の表面から最も深い(1〜3μm)所(N3 )に留まるように行なう。これによって、Nウェル4とNウェル3が完成する。なお、不純物注入の回数は、さらに増加させてもよい。
【0036】
図7を参照して、LTリンク部とPチャネルトランジスタ部を形成する部分をレジスト40でマスクして、Nチャネルトランジスタ部に、Pウェル2を形成するための不純物注入を、少なくとも3回行なう。半導体基板の表面(P1 )にP型不純物が留まるエネルギーで1回目の注入を行ない、次に、フィールド酸化膜5の直下(P2 )にP型不純物が留まるような高エネルギーで、2回目の注入を行ない、次に、半導体基板の最も深い(1〜3μm)位置(P3 )に、不純物が留まるように、3回目の高エネルギー注入を行なう。これによってPウェル2が完成する。
【0037】
その後、LTリンク部、Nチャネルトランジスタ部、Pチャネルトランジスタ部とを形成することによって、図1に示す半導体装置が完成する。
【0038】
実施の形態2
上記実施の形態1では、Nウェル4を、周辺回路に用いるNウェル3と同時に形成した場合を例示したが、不純物のゲッタリングという効果を高めるためには、Nウェル4を通常のNウェル3よりも高濃度にするのが好ましい。実施の形態2に係る半導体装置では、Nウェル4の不純物濃度が通常のNウェル3よりも高濃度にされている半導体装置に係る。
【0039】
LTリンク部を形成するNウェル4を、Pチャネルトランジスタ部のNウェル3とは別に形成することにより、高濃度のNウェル4を形成することができる。また、Pチャネルトランジスタ部のNウェル3を形成するときに、Nウェル4も形成し、このとき、LTリンク部にN型不純物をさらに追加して注入することにより、より高濃度のNウェル4を形成することができる。このように、Nウェル4を高濃度にすることによって、外部より侵入する不純物のゲッタリング効果をさらに高めることができる。
【0040】
実施の形態3
図8は、実施の形態3に係る半導体装置の断面図(LTブロー後の状態)であり、LTリンク部のみについて詳細に描かれている。P型半導体基板1の主表面中に、素子領域を他の素子領域から分離するためのフィールド酸化膜5が設けられている。フィールド酸化膜5の上に、レーザトリミング用リンク8が設けられている。半導体基板の表面中であって、フィールド酸化膜5の直下にPウェル50が設けられている。
【0041】
半導体基板1の表面中であって、Pウェル50の下に該Pウェル50と接触するように、水平方向に拡がる第1のNウェル51が設けられている。Pウェル50を横方向から取囲むように、かつ第1のNウェル51と接続されるように第2のNウェル52が設けられている。詳細は図示しないが、その他の構成は図1に示す半導体装置と同様である。
【0042】
このような構成であっても、LTブロー後、Pウェル50の表面が露出し、ナトリウムイオン等の不純物が侵入してきても、その不純物は第1のNウェル51および第2のNウェル52中のN型不純物にゲッタリングされて、能動領域にまで達することができなくなる。ひいては、能動素子の特性は変動しないという効果を奏する。
【0043】
また、このように構成すると、LTリンク8に、負バイアスが印加されたとき、Pウェル50と第1のNウェル51とのPN接合面で、リークが防止される。また、LTリンク8に正バイアスが印加されたときは、第1のNウェル51と半導体基板1のPN接合面で、リークが防止されるというさらなる効果を奏する。
【0044】
【発明の効果】
請求項1に係る半導体装置によれば、LTブロー後の開口部がNウェル領域にあるため、開口部から侵入してきたナトリウムイオン等は、Nウェル中のN型不純物にゲッタリングされて、能動領域にまで達することができなくなる。ひいては、良好な信頼性を有する半導体装置が得られるという効果を奏する。
【0045】
請求項2に係る半導体装置によれば、Nウェルが、少なくとも2つの濃度ピークを有する、不純物濃度プロファイルを有しているので、Nウェル中に、N型不純物が効率よく分布するという効果を奏する。
【0046】
請求項3に係る半導体装置によれば、LTブロー後、開口部から侵入してきたナトリウムイオン等は、高濃度のN型不純物に、効率よくゲッタリングされるという効果を奏する。
【0047】
請求項4に係る発明によれば、比較的深いNウェルになるという効果を奏する。
【0048】
請求項5に係る半導体装置によれば、N型不純物濃度が濃いので、LTブロー後、開口部から侵入してきたナトリウムイオン等は、効率よくゲッタリングされるという効果を奏する。
【0049】
請求項6に係る半導体装置によれば、N型不純物としてPを用いるので、結晶格子間に入り込みやすく、Nウェルを形成するのに好都合であるという効果を奏する。
【0050】
請求項7に係る半導体装置によれば、良好な信頼性を有するMOSFETが得られるという効果を奏する。
【0051】
請求項8に係る半導体装置によれば、良好な信頼性を有するEPROMが得られるという効果を奏する。
【0052】
請求項9に係る半導体装置によれば、良好な信頼性を有するEEPROMが得られるという効果を奏する。
【0053】
請求項10に係る半導体装置によれば、良好な信頼性を有するフラッシュメモリが得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1に係る半導体装置の断面図である。
【図2】 実施の形態1に係る半導体装置中のNウェル4の不純物濃度プロファイルを示す図である。
【図3】 実施の形態1に係る半導体装置中のNウェル3の不純物濃度プロファイルを示す図である。
【図4】 実施の形態1に係る半導体装置のLTブロー後の断面図である。
【図5】 実施の形態1に係る半導体装置の製造方法の順序の第1の工程における半導体装置の断面図である。
【図6】 実施の形態1に係る半導体装置の製造方法の順序の第2の工程における半導体装置の断面図である。
【図7】 実施の形態1に係る半導体装置の製造方法の順序の第3の工程における半導体装置の断面図である。
【図8】 実施の形態3に係る半導体装置の断面図である。
【図9】 従来のフラッシュメモリと、EPROMと、EEPROMの比較図である。
【図10】 従来の半導体装置の断面図である。
【図11】 従来の半導体装置の、LTブロー後の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板、4 Nウェル、5 フィールド酸化膜、8 レーザトリミング用リンク。
Claims (10)
- 半導体基板と、
前記半導体基板の主表面中に設けられた、素子領域を他の素子領域から分離するフィールド酸化膜と、
前記フィールド酸化膜の上に設けられた、レーザトリミング用リンクと、
前記半導体基板の表面中であって、前記フィールド酸化膜の下に設けられ、レトログレードウェルで形成されたNウェルと、を備えた半導体装置。 - 前記レトログレードウェルは、横軸に半導体基板の表面からの深さをとり、縦軸に不純物濃度をとったとき、少なくとも2つの濃度ピークを有する、不純物濃度プロファイルを有する、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記複数個の濃度ピークのうち、前記半導体基板の表面から最も深い位置にあるピークにおける不純物濃度は、他のピークのものよりも濃い、請求項2に記載の半導体装置。
- 前記最も深い位置にあるピークは、前記半導体基板の表面から1〜3μm離れた位置に存在する、請求項3に記載の半導体装置。
- 前記2つの濃度ピークのうちで、深い位置にあるピークのN型不純物の濃度は、1×1017atoms/cm3以上である、請求項2に記載の半導体装置。
- 前記NウエルのN型不純物は、Pを含む、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記素子領域には、MOSFETが形成されている、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記素子領域には、EPROMが形成されている、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記素子領域には、EEPROMが形成されている、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記素子領域には、フラッシュメモリが形成されている、請求項1に記載の半導体装置。
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