JP5521422B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、シリコン膜パターンからなるシリコンヒューズ、シリコンヒューズの周囲を取り囲んで形成された金属材料からなるガードリング、及び、シリコンヒューズ上の絶縁膜が周囲よりも薄く形成されてなるヒューズ用開口部を備えた半導体装置に関するものである。

シリコン膜パターンからなるヒューズ（シリコンヒューズと呼ぶ）は、冗長回路やプログラミング、抵抗値調整による設定電圧変更などに広く使用されている。シリコンヒューズを切断するために、ＩＣ（Integrated Circuit）チップには、シリコンヒューズ上の絶縁膜が周囲よりも薄く形成されてヒューズ用開口部が形成されている。

シリコンヒューズを備えたＩＣチップにおいては、ヒューズ用開口部から水分等が浸入することによる信頼性不良や特性の経時変化が問題となる。この不具合を防止するために、従来、様々な工夫がなされてきている。その代表的な手法として、シリコンヒューズの周囲にガードリングを配置する手法がある（例えば特許文献１を参照。）。

図２０、図２１及び図２２は、シリコンヒューズ及びガードリングを備えた従来の半導体装置を示す概略図である。図２０は平面図である。図２１は図２０のＸ−Ｘ’位置での断面図である。図２２は図２０のＹ−Ｙ’位置での断面図である。図２０ではヒューズ用開口部の配置を除いて、シリコン膜パターンよりも上層側の構造の図示は省略されている。

半導体基板１０１上に下地絶縁膜１０３が形成されている。下地絶縁膜１０３上に、シリコン膜からなるシリコンヒューズ１０５、２本のシリコン配線パターン１０７及びシリコンガードリング１０９が形成されている。

２本のシリコン配線パターン１０７は、シリコンヒューズ１０５の両端に接続されている。
シリコンガードリング１０９は、シリコンヒューズ１０５を取り囲んで配置されている。シリコンガードリング１０９には、シリコン配線パターン１０７に対して絶縁するために、シリコン配線パターン１０７と交差する部分で、切欠き１０９ａが設けられている。
シリコンヒューズ１０５、シリコン配線パターン１０７及びシリコンガードリング１０９を覆って下地絶縁膜１０３上にシリコン−金属配線間の層間絶縁膜１１１が形成されている。

シリコンガードリング１０９上の層間絶縁膜１１１に、シリコンガードリング１０９の配置に沿ってコンタクトホールが形成されている。そのコンタクトホール内に金属材料が埋め込まれて第１ビアガードリング１１３が形成されている。コンタクトホール及び第１ビアガードリング１１３は、第１ビアガードリング１１３をシリコン配線パターン１０７に対して絶縁するために、シリコン配線パターン１０７上及び切欠き１０９ａ上には形成されていない。シリコン配線パターン１０７上及び切欠き１０９ａ上には、コンタクトホール及び第１ビアガードリング１１３が形成されていないため、層間絶縁膜１１１が配置されている。

層間絶縁膜１１１上及び第１ビアガードリング１１３上に金属材料からなる第１金属配線ガードリング１１５が形成されている。第１金属配線ガードリング１１５は、シリコンガードリング１０９及び切欠き１０９ａの配置に沿って、シリコンヒューズ１０５の周囲を囲って環状に形成されている。

第１金属配線ガードリング１１５を覆って層間絶縁膜１１１上に金属配線−金属配線間の層間絶縁膜１１７が形成されている。
層間絶縁膜１１７に、第１金属配線ガードリング１１５の配置に沿ってビアホールが形成されている。そのビアホール内に金属材料が埋め込まれて第２ビアガードリング１１９が形成されている。第２ビアガードリング１１９は第１金属配線ガードリング１１５の配置に沿って環状に配置されている。

層間絶縁膜１１７上及び第２ビアガードリング１１９上に金属材料からなる第２金属配線ガードリング１２１が形成されている。第２金属配線ガードリング１２１は第２ビアガードリング１２１の配置に沿って環状に配置されている。
第２金属配線ガードリング１２１上を覆って、層間絶縁膜１１７上に最終保護膜１２３が形成されている。
シリコンヒューズ１０５上の絶縁膜が周囲よりも薄く形成されてヒューズ用開口部１２５が形成されている。

従来のガードリング構造では、図２１に示すように、第１ビアガードリング１１３は、シリコン配線パターン１０７との短絡を防止するために一部切り欠いた構造を有している。第１ビアガードリング１１３の切欠き部分には層間絶縁膜１１１が存在している。その層間絶縁膜１１１部分は、ヒューズ用開口部１２５から、ガードリング外に設けられた内部回路（図示は省略）への水分伝達経路となり、内部回路にＩＣの信頼性に影響を与える要素が侵入してしまうという問題があった。
本発明は、ヒューズ用開口部からガードリング外への水分等の伝達をより強固に防止できる半導体装置を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体装置は、半導体基板上に形成された下地絶縁膜と、上記下地絶縁膜上に形成された第１シリコン膜パターンからなるシリコンヒューズと、上記シリコンヒューズとは異なる位置に形成された上記第１シリコン膜パターンからなり、上記シリコンヒューズの両端にそれぞれ接続された２本のシリコン配線パターンと、上記シリコン配線パターンの表面に形成されたシリコン表面絶縁膜と、上記第１シリコン膜パターンとは別途形成された第２シリコン膜パターンからなり、上記シリコンヒューズの周囲を取り囲み、一部分が上記シリコン配線パターン上を跨いで上記下地絶縁膜上に環状に形成され、上記シリコン配線パターンと交差する位置では上記シリコン表面絶縁膜によって上記シリコン配線パターンとは絶縁されている上記シリコンガードリングと、上記シリコンヒューズ、上記シリコン配線パターン及び上記シリコンガードリングを覆って上記下地絶縁膜上に形成された、上記シリコン表面絶縁膜よりも厚い膜厚の層間絶縁膜と、上記シリコンヒューズの周囲を取り囲んで上記シリコンガードリング上の上記層間絶縁膜に形成された環状のビアホールに埋め込まれた金属材料からなる環状のビアガードリングと、上記シリコンヒューズの周囲を取り囲んで上記ビアガードリング上に形成された環状の金属材料からなる金属配線ガードリングと、上記金属配線ガードリングを覆って上記層間絶縁膜上に形成された絶縁膜からなる最終保護膜と、上記ガードリングの内側で上記シリコンヒューズ上の絶縁膜が周囲よりも薄く形成されて設けられたヒューズ用開口部と、を備えている。
ここで、シリコン配線パターンの表面に形成されているシリコン表面絶縁膜は、少なくともシリコン配線パターンとシリコンガードリングが交差している部分のシリコン表面絶縁膜に形成されていればよい。

本発明の半導体装置において、上記シリコン表面絶縁膜の一例として、上記シリコン配線パターン表面が酸化されて形成された酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を挙げることができる。ただし、シリコン表面絶縁膜の材料は酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜に限定されるものではない。例えば、シリコン表面絶縁膜は、シリコン配線パターン表面が酸化されて形成された酸化シリコン膜と、その酸化シリコン膜表面に形成された窒化シリコン膜からなる積層膜によって形成されていてもよい。

また、上記シリコンガードリングの外側の位置で上記下地絶縁膜上に上記シリコンガードリングとは間隔をもって形成された上記第１シリコン膜パターンからなる下部電極と、上記シリコン表面絶縁膜と同じ材料からなり、上記下部電極表面に形成された電極間絶縁膜と、上記下部電極上に上記電極間絶縁膜を介して形成された上記第２シリコン膜パターンからなる上部電極と、からなる容量素子をさらに備えているようにしてもよい。

また、上記層間絶縁膜、上記ビアホール、上記ビアガードリング及び上記金属配線ガードリングの組を複数層備えているようにしてもよい。ただし、層間絶縁膜、ビアホール、ビアガードリング及び金属配線ガードリングの組は１層であってもよい。

本発明の半導体装置では、ガードリングは、シリコンヒューズの周囲を取り囲んで環状に形成されたシリコンガードリング、ビアガードリング、及び金属配線ガードリングによって構成されている。シリコンガードリングは、シリコンヒューズの電位をガードリング外に引き出すためのシリコン配線パターンの上をシリコン表面絶縁膜を介して跨いで下地絶縁膜上に環状に形成されている。すなわち、シリコンヒューズ上の絶縁膜に設けられたヒューズ用開口部からガードリング外への水分等の伝達経路は、シリコン配線パターンとシリコンガードリングとの間に位置するシリコン表面絶縁膜部分のみである。したがって、従来技術に比べ、水分等の伝達経路の面積を小さくすることができ、ヒューズ用開口部からガードリング外への水分等の伝達をより強固に防止できる。これにより、より信頼性が高く、特性の経時変化の少ない半導体装置を提供できる。

さらに、本発明の半導体装置によれば、ガードリングのレイアウト面積を縮小することもできる。従来のガードリングでは、図１２及び図１３に示すように、シリコン配線パターン１０７とシリコンガードリング１０９の短絡を防止するための切欠き１０９ａは、写真製版工程での解像度やマスクずれ、エッチング工程でのエッチング精度などを加味して切欠き寸法に余裕を持っている。これに対し、本発明の半導体装置では、シリコン配線パターンとシリコンガードリングはシリコン配線パターン表面に形成されたシリコン表面絶縁膜によって絶縁されているので、環状に形成されたシリコンガードリングに従来技術のようには切欠きを設ける必要はない。したがって、本発明の半導体装置では、従来技術のようには、シリコン配線パターンとシリコンガードリングを絶縁するための寸法余裕を設ける必要がなく、ガードリングのレイアウト面積を縮小できる。

本発明の半導体装置において、シリコン表面絶縁膜として、シリコン配線パターン表面が酸化されて形成された酸化シリコン膜を用いれば、熱酸化による酸化シリコン膜は、層間絶縁膜用のＣＶＤ（chemical vapor deposition）法によって形成された酸化シリコン膜に比べて緻密なので、ヒューズ用開口部からガードリング外への水分等の伝達をより強固に防止できる。さらに、シリコン配線パターン表面を酸化することによりシリコン表面絶縁膜を容易に形成できる。

また、シリコン表面絶縁膜として窒化シリコン膜を用いれば、窒化シリコン膜は酸化シリコン膜に比べて緻密な膜なので、ヒューズ用開口部からガードリング外への水分等の伝達をより強固に防止できる。

また、シリコンガードリングの外側の位置で下地絶縁膜上にシリコンガードリングとは間隔をもって形成された第１シリコン膜パターンからなる下部電極と、シリコン表面絶縁膜と同じ材料からなり、下部電極表面に形成された電極間絶縁膜と、下部電極上に電極間絶縁膜を介して形成された第２シリコン膜パターンからなる上部電極と、からなる容量素子をさらに備えているようにすれば、製造工程を増やすことなく、同一半導体基板上に容量素子を形成できる。

また、層間絶縁膜、ビアホール、ビアガードリング及び金属配線ガードリングの組を複数層備えているようにすれば、多層金属配線構造に対応できる。

一実施例を説明するための概略的な平面図である。 図１のＡ−Ａ’位置での概略的な断面図である。 図１のＢ−Ｂ’位置での概略的な断面図である。 他の実施例を説明するための概略的な平面図である。 図４のＣ−Ｃ’位置での概略的な断面図である。 図４のＤ−Ｄ’位置での概略的な断面図である。 さらに他の実施例を説明するための概略的な断面図である。 参考例を説明するための概略的な平面図である。 図８のＥ−Ｅ’位置での概略的な断面図である。 図８のＦ−Ｆ’位置での概略的な断面図である。 図８のＧ−Ｇ’位置での概略的な断面図である。 他の参考例を説明するための概略的な平面図である。 図１２のＨ−Ｈ’位置での概略的な断面図である。 図１２のＩ−Ｉ’位置での概略的な断面図である。 図１２のＪ−Ｊ’位置での概略的な断面図である。 さらに他の実施例を説明するための概略的な平面図である。 図１２のＫ−Ｋ’位置での概略的な断面図である。 図１２のＬ−Ｌ’位置での概略的な断面図である。 図１２のＭ−Ｍ’位置での概略的な断面図である。 従来技術を説明するための概略的な平面図である。 図１２のＸ−Ｘ’位置での概略的な断面図である。 図１２のＹ−Ｙ’位置での概略的な断面図である。

図１、図２及び図３は一実施例を説明するための概略図である。図１は平面図である。図２は図１のＡ−Ａ’位置での断面図である。図３は図１のＢ−Ｂ’位置での断面図である。図１では、ヒューズ用開口部の配置を除いて、シリコン膜パターンよりも上層側の構造及びシリコン表面絶縁膜の図示は省略されている。

半導体基板１上に下地絶縁膜３が形成されている。下地絶縁膜３は例えばＬＯＣＯＳ（local oxidation of silicon）膜によって形成されている。下地絶縁膜３上に、第１シリコン膜パターンからなるシリコンヒューズ５及び２本のシリコン配線パターン７が形成されている。２本のシリコン配線パターン７は、シリコンヒューズ５の両端に接続されている。シリコンヒューズ５及びシリコン配線パターン７は、例えば膜厚が０.１〜０.５μｍ（マイクロメートル）のポリシリコン膜によって形成されている。

シリコンヒューズ５及びシリコン配線パターン７の表面にシリコン表面絶縁膜９が形成されている。シリコン表面酸化膜９は例えば膜厚が０.０５〜０.２μｍの酸化シリコン膜からなり、シリコンヒューズ５及びシリコン配線パターン７の表面が酸化されて形成されたものである。図１でのシリコン表面絶縁膜９の図示は省略されている。

下地絶縁膜３上には、第１シリコン膜パターンとは別途形成された第２シリコン膜パターンからなるシリコンガードリング１１も形成されている。シリコンガードリング１１は、上方から見てシリコンヒューズ５の周囲を取り囲み、一部分がシリコン配線パターン７上を跨いで環状に形成されている。シリコンガードリング１１がシリコン配線パターン７と交差する位置では、シリコン配線パターン７とシリコンガードリング１１はシリコン表面絶縁膜９によって互いに絶縁されている。シリコンガードリング１１は、例えば膜厚が０.１〜０.５μｍのポリシリコン膜によって形成されている。

シリコンヒューズ５及びシリコン配線パターン７を形成するための第１シリコン膜パターンの膜厚と、シリコンガードリング１１を形成するための第２シリコン膜パターンの膜厚は、同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。また、の第１シリコン膜パターンの抵抗率と、第２シリコン膜パターンの抵抗率は、同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。

シリコンヒューズ５、シリコン配線パターン７及びシリコンガードリング１１を覆って下地絶縁膜３上にシリコン−金属配線間の層間絶縁膜１３が形成されている。層間絶縁膜１３は例えば膜厚が０.５〜１.０μｍの酸化シリコン膜、ここではＢＰＳＧ（Boro-Phospho Silicate Glass）膜によって形成されている。

シリコンガードリング１１上の層間絶縁膜１３にコンタクトホール１５が形成されている。コンタクトホール１５は、上方から見てシリコンヒューズ５の周囲を取り囲んで環状に形成されている。コンタクトホール１５内に例えばタングステン等の金属材料が埋め込まれて第１ビアガードリング１７が形成されている。第１ビアガードリング１７は、上方から見てシリコンヒューズ５の周囲を取り囲んで環状に形成されている。

層間絶縁膜１３上及び第１ビアガードリング１７上に金属材料からなる第１金属配線ガードリング１９が形成されている。第１金属配線ガードリング１９は、上方から見てシリコンヒューズ５の周囲を取り囲んで環状に形成されている。第１金属配線ガードリング１９は例えば膜厚が０.５〜１.０μｍのアルミニウムによって形成されている。

第１金属配線ガードリング１９を覆って層間絶縁膜１３上に金属配線−金属配線間の層間絶縁膜２１が形成されている。
第１金属配線ガードリング１９上の層間絶縁膜２１にビアホール２３が形成されている。ビアホール２３は、上方から見てシリコンヒューズ５の周囲を取り囲んで環状に形成されている。

ビアホール２３内及び層間絶縁膜２１上に金属材料膜が形成されて、ビアホール２３内に第２ビアガードリング２５が形成され、第２ビアガードリング２５上及び層間絶縁膜２１上に第２金属配線ガードリング２７が形成されている。第２ビアガードリング２５及び第２金属配線ガードリング２７は、上方から見てシリコンヒューズ５の周囲を取り囲んで環状に形成されている。第２ビアガードリング２５及び第２金属配線ガードリング２７は例えば膜厚が０.５〜１.０μｍのアルミニウムによって形成されている。ここでは、第２ビアガードリング２５及び第２金属配線ガードリング２７が同一材料によって形成されているが、第２ビアガードリング２５及び第２金属配線ガードリング２７は別々の材料によって形成されていてもよい。

第２金属配線ガードリング２７上を覆って、層間絶縁膜２１上に最終保護膜２９が形成されている。最終保護膜２９は例えば酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜、又は窒化シリコン膜の単層膜によって形成されている。

シリコンヒューズ５上の絶縁膜が周囲よりも薄く形成されてヒューズ用開口部３１が形成されている。この実施例では、ヒューズ用開口部３１は、最終保護膜２９及び層間絶縁膜２１に設けられた貫通孔、及びその貫通孔の下の層間絶縁膜１３表面に設けられた凹部によって形成されている。ここで、ヒューズ用開口部３１の深さは任意である。例えば、ヒューズ用開口部３１は下地絶縁膜３表面が露出する深さに形成されていてもよい。この場合、シリコンヒューズ５の表面に形成されたシリコン表面酸化膜９が酸化シリコン膜によって形成されているときには、ヒューズ用開口部３１の形成時にシリコン表面酸化膜９も除去されてシリコンヒューズ５表面はヒューズ用開口部３１内に露出する。また、シリコンヒューズ５の表面に形成されたシリコン表面酸化膜９が窒化シリコン膜によって形成されているときには、ヒューズ用開口部３１の形成時にシリコン表面酸化膜９がエッチング保護膜として機能して、ヒューズ用開口部３１内にシリコン表面酸化膜９表面は露出するが、シリコンヒューズ５表面は露出しない。

図１、図２及び図３では図示していない領域で、半導体基板１上や下地絶縁膜３上にトランジスタや容量素子、抵抗素子などの半導体素子が形成され、内部回路等が形成されている。また、図１、図２及び図３では図示していない領域には、ビアガードリング１１，２５や金属配線ガードリング１９，２７と同時に形成されたビアや金属配線パターンも形成されている。

この実施例では、シリコンガードリング１１、第１ビアガードリング１５、第１金属配線ガードリング１７、第２ビアガードリング及び第２金属配線ガードリング２７は、シリコンヒューズ５及びヒューズ用開口部３１の周囲を取り囲んで環状に形成されている。ヒューズ用開口部３１からガードリング外への水分等の伝達経路は、シリコン配線パターン７とシリコンガードリング１１との間に位置するシリコン表面絶縁膜９部分のみである。したがって、従来技術に比べ、水分等の伝達経路の面積を小さくすることができ、ヒューズ用開口部３１からガードリング外への水分等の伝達をより強固に防止できる。

さらに、シリコン表面絶縁膜９は、シリコン表面が酸化されて形成されたものなので、層間絶縁膜１３を構成する酸化シリコン膜に比べて緻密なので、ヒューズ用開口部からガードリング外への水分等の伝達をより強固に防止できる。
さらに、従来技術のようには、シリコン配線パターンとシリコンガードリングを絶縁するための寸法余裕を設ける必要がなく、ガードリングのレイアウト面積を縮小できる。

この実施例では、シリコン表面絶縁膜９はシリコンヒューズ５表面及びシリコン配線パターン７表面に形成されているが、本発明の半導体装置において、シリコン表面絶縁膜は少なくともシリコンガードリング直下のシリコン配線パターン表面に形成されていればよい。例えば、上記実施例において、シリコンヒューズ５表面にはシリコン表面絶縁膜９が形成されていなくてもよい。
また、シリコン表面酸化膜９として膜厚が例えば０.０５〜０.２μｍのＨＴＯ（High Temperature Oxide）膜を用いてもよい。ＨＴＯ膜は層間絶縁膜１３を構成する酸化シリコン膜に比べて緻密なので、ヒューズ用開口部からガードリング外への水分等の伝達をより強固に防止できる。

シリコン表面酸化膜９として窒化シリコン膜を用いることもできる。シリコン表面絶縁膜９として窒化シリコン膜を用いた場合、窒化シリコン膜は酸化シリコン膜よりも緻密な膜なので、酸化シリコン膜を用いる場合に比べて、より強固にヒューズ用開口部３１からガードリング外への水分等の伝達を防止できる。この場合、窒化シリコン膜の膜厚は例えば０.０５〜０.２μｍである。窒化シリコン膜からなるシリコン表面酸化膜９は、シリコンヒューズ５及びシリコン配線パターン７を形成した後、ＬＰＣＶＤ（low pressure ＣＶＤ）法によりシリコンヒューズ５及びシリコン配線パターン７を覆って下地絶縁膜３上に窒化シリコン膜を所望の膜厚に形成し、その窒化シリコン膜をパターニングすることによって形成できる。
また、シリコン表面酸化膜９として下層が酸化シリコン膜、上層が窒化シリコン膜の積層膜を用いることもできる。

また、シリコン表面絶縁膜が窒化シリコン膜、又は酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜によって形成されている場合、その窒化シリコン膜は第１シリコン膜表面から下地絶縁膜上を介してシリコンガードリング下にわたって形成されていてもよい。この態様の一実施例を図４〜図６を参照して説明する。

図４、図５及び図６は他の実施例を説明するための概略図である。図４は平面図である。図５は図４のＣ−Ｃ’位置での断面図である。図６は図４のＤ−Ｄ’位置での断面図である。図４では、ヒューズ用開口部の配置を除いて、シリコン膜パターンよりも上層側の構造及びシリコン表面絶縁膜の図示は省略されている。図１〜図３と同じ部分には同じ符号を付し、それらの部分の説明は省略する。

この実施例では、第１シリコン膜パターンからなるシリコンヒューズ５及びシリコン配線パターン７の表面に窒化シリコン膜からなるシリコン表面絶縁膜３３が形成されている。シリコン表面絶縁膜３３を構成する窒化シリコン膜の膜厚は例えば０.０５〜０.２μｍである。

シリコン表面絶縁膜３３は、ガードリングの内側の全面で、シリコンヒューズ５及びシリコン配線パターン７の表面から下地絶縁膜３表面にわたって形成されている。シリコン表面絶縁膜３３は下地絶縁膜３とシリコンガードリング１１の間にも形成されている。これにより、下地酸化膜３を介したヒューズ用開口部３１からガードリング外への水分等の伝達経路を遮断でき、より強固にヒューズ用開口部３１からガードリング外への水分等の伝達を防止できる。

この実施例では、シリコン表面絶縁膜３３を形成するための窒化シリコン膜を形成した後、窒化シリコン膜のパターニングを行なっていないので、ガードリング外の下地酸化膜３表面にもシリコン表面絶縁膜３３が形成されている。これにより、窒化シリコン膜をパターニングする場合に比べて製造工程を少なくできる。ただし、この窒化シリコン膜を、シリコンガードリング１１直下の領域を含むガードリングの内側の領域に窒化シリコン膜を残すように、パターニングしてもよい。

また、シリコン表面酸化膜９として下層が酸化シリコン膜、上層が窒化シリコン膜の積層膜を用いた場合、窒化シリコン膜直下のシリコンヒューズ５表面及びシリコン配線パターン７表面に酸化シリコン膜が形成される。

図７はさらに他の実施例を説明するための概略的な断面図である。図１〜図３と同じ部分には同じ符号を付し、それらの部分の説明は省略する。

この実施例では、ガードリング外の下地絶縁膜３上に、ポリシリコン抵抗素子３５と２層ポリシリコン容量素子３７が形成されている。
抵抗素子３５は、シリコンガードリング１１と同時に形成された第２シリコン膜パターンによって構成されている。

容量素子３７は、下部電極３９と、下部電極３９表面に形成された電極間絶縁膜４１と、下部電極３９上に電極間絶縁膜４１を介して形成された上部電極４３によって形成されている。下部電極３９はシリコンヒューズ５と同時に形成された第１シリコン膜パターンによって形成されている。電極間絶縁膜４１は下部電極３９の表面にシリコン表面絶縁膜９と同時に形成された酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜によって形成されている。上部電極４３はシリコンガードリング１１及び抵抗素子３５と同時に形成された第２シリコン膜パターンによって形成されている。

シリコンガードリング１１、抵抗素子３５及び上部電極４３を形成している第２シリコン膜パターンは、シリコンヒューズ５及び下部電極３９を形成している第１ポリシリコン膜パターンに比べて厚みが薄く形成されている。これにより、第２シリコン膜パターンとして高濃度キャリアを有するものを用いても、抵抗素子３５で高抵抗を得ることができる。ただし、第１ポリシリコン膜パターン及び第２シリコン膜パターンの膜厚は、同じであってもよいし、第１ポリシリコン膜パターンの方が薄くてもよい。

この実施例では、第２ポリシリコン膜パターンを用いて抵抗素子３５を形成しているが、第１ポリシリコン膜パターンを用いてポリシリコン抵抗素子を形成することもできる。
また、シリコン表面絶縁膜９及び電極間絶縁膜４１として、図４〜図６を参照して説明したシリコン表面絶縁膜３３を用いることもできる。

図８〜図１１は参考例を説明するための概略図である。図８は平面図である。図９は図８のＥ−Ｅ’位置での断面図である。図１０は図８のＦ−Ｆ’位置での断面図である。図１１は図８のＧ−Ｇ’位置での断面図である。図８では、ヒューズ用開口部の配置及びヒューズ用第１金属配線パターンを除いて、シリコン膜パターンよりも上層側の構造及びシリコン表面絶縁膜の図示は省略されている。図１〜図３と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付す。

半導体基板１上に下地絶縁膜３が形成されている。下地絶縁膜３上に、同時に形成されたシリコン膜パターンからなるシリコンヒューズ５、２本のシリコン配線パターン７及びシリコンガードリング４５が形成されている。２本のシリコン配線パターン７は、シリコンヒューズ５の両端に接続されている。シリコンガードリング４５は、上方から見てシリコンヒューズ５及びシリコン配線パターン７の周囲を取り囲んで環状に形成されている。

半導体基板１の表面側に、２本の拡散層配線４７が形成されている。拡散層配線４７はシリコンガードリング４５の下を通ってシリコンガードリング４５の内側から外側にまたがって形成されている。

シリコンヒューズ５、シリコン配線パターン７及びシリコンガードリング４５を覆って下地絶縁膜３上にシリコン−金属配線間の層間絶縁膜１３が形成されている。
シリコンガードリング４５上の層間絶縁膜１３にコンタクトホール１５及び第１ビアガードリング１７が形成されている。コンタクトホール１５及び第１ビアガードリング１７は、上方から見てシリコンヒューズ５の周囲を取り囲んで環状に形成されている。層間絶縁膜１３上及び第１ビアガードリング１７上に第１金属配線ガードリング１９が形成されている。

２本のシリコン配線パターン７上の層間絶縁膜１３にそれぞれコンタクトホール４９が形成されている。シリコンガードリング４５の内側で２本の拡散層配線４７上の下地絶縁膜３及び層間絶縁膜１３にそれぞれコンタクトホール５１が形成されている。コンタクトホール４９，５１内に金属材料が埋め込まれてビア５３，５５が形成されている。ビア５３，５５は第１ビアガードリング１７と同時に形成されたものである。

第１金属配線ガードリング１９の内側で、層間絶縁膜１３上及びビア５３，５５上に、シリコン配線パターン７と拡散層配線４７を電気的に接続するための第１金属配線パターン５７が２本形成されている。第１金属配線パターン５７は第１金属配線ガードリング１９と同時に形成されたものである。シリコンヒューズ５の電位は、シリコン配線パターン７、ビア５３、第１金属配線パターン５７、ビア５５及び拡散層配線４７を介してガードリング外に引き出されている。

第１金属配線ガードリング１９及び第１金属配線パターン５７を覆って層間絶縁膜１３上に金属配線−金属配線間の層間絶縁膜２１が形成されている。
第１金属配線ガードリング１９上の層間絶縁膜２１にビアホール２３及び第２ビアガードリング２５が形成されている。第２ビアガードリング２５上及び層間絶縁膜２１上に第２金属配線ガードリング２７が形成されている。ビアホール２３、第２ビアガードリング２５及び第２金属配線ガードリング２７は、上方から見てシリコンヒューズ５の周囲を取り囲んで環状に形成されている。

第２金属配線ガードリング２７上を覆って、層間絶縁膜２１上に最終保護膜２９が形成されている。
シリコンヒューズ５上の絶縁膜が周囲よりも薄く形成されてヒューズ用開口部３１が形成されている。

この参考例では、シリコンヒューズ５の電位が下地絶縁膜３直下に設けられた拡散層配線４７を介してガードリング外に引き出されていることにより、シリコンガードリング４５は、シリコンヒューズ５及びヒューズ用開口部３１の周囲を取り囲んで環状に形成されている。これにより、ヒューズ用開口部３１からガードリング外への水分等の伝達経路は遮断されている。したがって、従来技術に比べて、ヒューズ用開口部３１からガードリング外への水分等の伝達をより強固に防止できる。

図１２〜図１５は、他の参考例を説明するための概略図である。図１２は平面図である。図１３は図１２のＨ−Ｈ’位置での断面図である。図１４は図１２のＩ−Ｉ’位置での断面図である。図１５は図１２のＪ−Ｊ’位置での断面図である。図１２では、ヒューズ用開口部の配置を除いて、シリコン膜パターンよりも上層側の構造及びシリコン表面絶縁膜の図示は省略されている。図１〜図３と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付す。

半導体基板１上に下地絶縁膜３が形成されている。半導体基板１及び下地絶縁膜３に２本のトレンチ５９が形成されている。トレンチ５９は、下地絶縁膜３、及び半導体基板１の表面側の一部分が除去されて形成されている。

下地絶縁膜３上に、第１シリコン膜パターンからなるシリコンヒューズ５が形成されている。下地絶縁膜３上及びトレンチ５９内にシリコン配線パターン６１が形成されている。シリコン配線パターン６１は２本設けられている。２本のシリコン配線パターン６１は、シリコンヒューズ５の両端に接続されている。

シリコンヒューズ５及びシリコン配線パターン６１の表面にシリコン表面絶縁膜９が形成されている。シリコン表面酸化膜９はシリコンヒューズ５及びシリコン配線パターン６１の表面が酸化されて形成されたものである。図１２でのシリコン表面絶縁膜９の図示は省略されている。

下地絶縁膜３上には、第１シリコン膜パターンとは別途形成された第２シリコン膜パターンからなるシリコンガードリング１１も形成されている。シリコンガードリング１１は、上方から見てシリコンヒューズ５の周囲を取り囲み、一部分がシリコン配線パターン６１上を跨いで環状に形成されている。シリコンガードリング１１がシリコン配線パターン６１と交差する位置では、シリコン配線パターン６１とシリコンガードリング１１はシリコン表面絶縁膜９によって互いに絶縁されている。

シリコンガードリング１１上の層間絶縁膜１３にコンタクトホール１５及び第１ビアガードリング１７が形成されている。コンタクトホール１５及び第１ビアガードリング１７は、上方から見てシリコンヒューズ５の周囲を取り囲んで環状に形成されている。層間絶縁膜１３上及び第１ビアガードリング１７上に第１金属配線ガードリング１９が形成されている。

第１金属配線ガードリング１９を覆って層間絶縁膜１３上に金属配線−金属配線間の層間絶縁膜２１が形成されている。
第１金属配線ガードリング１９上の層間絶縁膜２１にビアホール２３及び第２ビアガードリング２５が形成されている。第２ビアガードリング２５上及び層間絶縁膜２１上に第２金属配線ガードリング２７が形成されている。ビアホール２３、第２ビアガードリング２５及び第２金属配線ガードリング２７は、上方から見てシリコンヒューズ５の周囲を取り囲んで環状に形成されている。

第２金属配線ガードリング２７上を覆って、層間絶縁膜２１上に最終保護膜２９が形成されている。
シリコンヒューズ５上の絶縁膜が周囲よりも薄く形成されてヒューズ用開口部３１が形成されている。

この参考例では、シリコンガードリング１１、第１ビアガードリング１５、第１金属配線ガードリング１７、第２ビアガードリング及び第２金属配線ガードリング２７は、シリコンヒューズ５及びヒューズ用開口部３１の周囲を取り囲んで環状に形成されている。ヒューズ用開口部３１からガードリング外への水分等の伝達経路は、シリコン配線６１とシリコンガードリング１１との間に位置するシリコン表面絶縁膜９部分のみである。したがって、従来技術に比べ、水分等の伝達経路の面積を小さくすることができ、ヒューズ用開口部３１からガードリング外への水分等の伝達をより強固に防止できる。

さらに、シリコン表面絶縁膜９は、シリコン表面が酸化されて形成されたものなので、層間絶縁膜１３を構成する酸化シリコン膜に比べて緻密なので、ヒューズ用開口部からガードリング外への水分等の伝達をより強固に防止できる。

この参考例では、シリコン表面絶縁膜９はシリコンヒューズ５表面及びシリコン配線パターン６１表面に形成されているが、シリコン表面絶縁膜は少なくともシリコンガードリング直下のシリコン配線パターン表面に形成されていればよい。例えば、上記参考例において、シリコンヒューズ５表面にはシリコン表面絶縁膜９が形成されていなくてもよい。

また、この参考例において、シリコン表面酸化膜９として、図１〜図３を参照して説明した実施例や図４〜図６を参照して説明した実施例と同様に窒化シリコン膜を用いることもできる。また、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜を用いることもできる。
また、この参考例において、トレンチ５９の深さは任意である。例えば、トレンチ５９は下地絶縁膜３のみに形成され、半導体基板１に到達していなくてもよい。

上記の実施例及び参考例において、シリコンヒューズ５に替えて金属材料からなる金属ヒューズを用いることもできる。その一態様を図１６〜図１９を参照して説明する。

図１６〜図１９は、さらに他の実施例を説明するための概略図である。図１６は平面図である。図１７は図１６のＫ−Ｋ’位置での断面図である。図１８は図１６のＬ−Ｌ’位置での断面図である。図１９は図１６のＭ−Ｍ’位置での断面図である。図１６では、ヒューズ用開口部の配置及び金属ヒューズの図示を除いて、シリコン膜パターンよりも上層側の構造の図示は省略されている。図１〜図３と同じ部分には同じ符号を付し、それらの部分の説明は省略する。

この実施例では、図１〜図３を参照して説明した上記実施例と比べて、シリコンヒューズ５が設けられていない。
ガードリングの内側で、シリコン配線パターン７上の層間絶縁膜１３上に、ビアホール１５と同時に形成されたビアホール６３が形成されている。ビアホール６３は２本のシリコン配線パターン７上にそれぞれ形成されている。ビアホール６３内に第１ビアガードリング１７と同時に形成されたビア６５が形成されている。

ガードリングの内側で、層間絶縁膜１３上に金属ヒューズ６７が形成され、層間絶縁膜１３上及びビア６５上に第１金属配線パターン６９が形成されている。第１金属配線パターン６９は、２つのビア６５上にそれぞれ設けられ、２本形成されている。２本の第１金属配線パターン６９は金属ヒューズ６７の両端に接続されている。
金属ヒューズ６７の電位は、第１金属配線パターン６９、ビア６５及びシリコン配線パターン７を介して、ガードリング外に引き出されている。

金属ヒューズ６７を用いた構成は、上記実施例及び上記参考例のいずれにも適用できる。金属ヒューズは第１層目の金属配線層に形成されたものに限定されない。金属ヒューズは、第２層目の金属配線層に形成されたものであってもよいし、金属配線用のパターンとは別途設けられた金属膜パターン、例えば金属抵抗体を形成するための金属膜パターンによって形成されていてもよい。

以上、本発明の実施例及び参考例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
例えば、２層金属配線構造の半導体装置を用いて上記実施例及び参考例を説明しているが、本発明の半導体装置及び上記参考例の半導体装置は、１層金属配線構造又は３層以上の金属配線構造の半導体装置にも適用できる。

本発明は、シリコンヒューズ、及びシリコンヒューズ上の絶縁膜に形成されたヒューズ用開口部を備えた半導体装置に適用できる。

３ 下地絶縁膜
５ シリコンヒューズ
７ シリコン配線パターン
９ シリコン表面絶縁膜
１１ シリコンガードリング
１３ シリコン−金属配線間の層間絶縁膜
１５ コンタクトホール
１７ 第１ビアガードリング
１９ 第１金属配線ガードリング
２１ 金属配線−金属配線間の層間絶縁膜
２３ ビアホール
２５ 第２ビアガードリング
２７ 第２金属配線ガードリング
２９ 最終保護膜
３１ ヒューズ用開口部
３３ 窒化シリコン膜からなるシリコン表面絶縁膜
３５ 抵抗素子
３７ 容量素子
３９ 下部電極
４１ 電極間絶縁膜
４３ 上部電極

第２６９５５４８号公報

Claims (5)

1. 半導体基板上に形成された下地絶縁膜と、
   前記下地絶縁膜上に形成された第１シリコン膜パターンからなるシリコンヒューズと、
   前記シリコンヒューズとは異なる位置に形成された前記第１シリコン膜パターンからなり、前記シリコンヒューズの両端にそれぞれ接続された２本のシリコン配線パターンと、
   前記シリコン配線パターンの表面に形成されたシリコン表面絶縁膜と、
   前記第１シリコン膜パターンとは別途形成された第２シリコン膜パターンからなり、上方から見て前記シリコンヒューズの周囲を取り囲み、一部分が前記シリコン配線パターン上を跨いで前記下地絶縁膜上に環状に形成され、前記シリコン配線パターンと交差する位置では前記シリコン表面絶縁膜によって前記シリコン配線パターンとは絶縁されている前記シリコンガードリングと、
   前記シリコンヒューズ、前記シリコン配線パターン及び前記シリコンガードリングを覆って前記下地絶縁膜上に形成された、前記シリコン表面絶縁膜よりも厚い膜厚の層間絶縁膜と、
   上方から見て前記シリコンヒューズの周囲を取り囲んで前記シリコンガードリング上の前記層間絶縁膜に形成された環状のビアホールに埋め込まれた金属材料からなる環状のビアガードリングと、
   上方から見て前記シリコンヒューズの周囲を取り囲んで前記ビアガードリング上に形成された環状の金属材料からなる金属配線ガードリングと、
   前記金属配線ガードリングを覆って前記層間絶縁膜上に形成された絶縁膜からなる最終保護膜と、
   前記ガードリングの内側で前記シリコンヒューズ上の絶縁膜が周囲よりも薄く形成されて設けられたヒューズ用開口部と、を備え、
   前記シリコン表面絶縁膜は、シリコン配線パターン表面が酸化されて形成された酸化シリコン膜である半導体装置。
2. 半導体基板上に形成された下地絶縁膜と、
   前記下地絶縁膜上に形成された第１シリコン膜パターンからなるシリコンヒューズと、
   前記シリコンヒューズとは異なる位置に形成された前記第１シリコン膜パターンからなり、前記シリコンヒューズの両端にそれぞれ接続された２本のシリコン配線パターンと、
   前記シリコン配線パターンの表面に形成されたシリコン表面絶縁膜と、
   前記第１シリコン膜パターンとは別途形成された第２シリコン膜パターンからなり、上方から見て前記シリコンヒューズの周囲を取り囲み、一部分が前記シリコン配線パターン上を跨いで前記下地絶縁膜上に環状に形成され、前記シリコン配線パターンと交差する位置では前記シリコン表面絶縁膜によって前記シリコン配線パターンとは絶縁されている前記シリコンガードリングと、
   前記シリコンヒューズ、前記シリコン配線パターン及び前記シリコンガードリングを覆って前記下地絶縁膜上に形成された、前記シリコン表面絶縁膜よりも厚い膜厚の層間絶縁膜と、
   上方から見て前記シリコンヒューズの周囲を取り囲んで前記シリコンガードリング上の前記層間絶縁膜に形成された環状のビアホールに埋め込まれた金属材料からなる環状のビアガードリングと、
   上方から見て前記シリコンヒューズの周囲を取り囲んで前記ビアガードリング上に形成された環状の金属材料からなる金属配線ガードリングと、
   前記金属配線ガードリングを覆って前記層間絶縁膜上に形成された絶縁膜からなる最終保護膜と、
   前記ガードリングの内側で前記シリコンヒューズ上の絶縁膜が周囲よりも薄く形成されて設けられたヒューズ用開口部と、を備え、
   前記シリコンガードリングの外側の位置で前記下地絶縁膜上に前記シリコンガードリングとは間隔をもって形成された前記第１シリコン膜パターンからなる下部電極と、
   前記シリコン表面絶縁膜と同じ材料からなり、前記下部電極表面に形成された電極間絶縁膜と、
   前記下部電極上に前記電極間絶縁膜を介して形成された前記第２シリコン膜パターンからなる上部電極と、からなる容量素子をさらに備えている半導体装置。
3. 前記シリコン表面絶縁膜は、シリコン配線パターン表面が酸化されて形成された酸化シリコン膜である請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記シリコン表面絶縁膜は窒化シリコン膜である請求項２に記載の半導体装置。
5. 前記層間絶縁膜、前記ビアホール、前記ビアガードリング及び前記金属配線ガードリングの組を複数層備えている請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置。

Images