JPH0586666B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 半導体基板の表面に形成される集積回路にお
ける、融合されたヒユーズおよびシヨツトキーダ
イオード装置であつて、 軽くドープされた基板表面上に設けられる、第
１の開口を有する絶縁層と、 前記絶縁層上および前記第１の開口内周部に設
けられるシリコン層とを備え、 前記シリコン層は前記集積回路の相互接続ライ
ンとして形作られかつ狭い領域を有する第１の部
分と、前記第１の開口内周部で前記基板とコンタ
クトし、かつ前記第１の開口より狭い第２の開口
を有する第２の部分とを有し、 前記シリコン層の第１および第２の部分上に設
けられる第１および第２の珪化白金層をさらに備
え、 第１の珪化白金層は前記シリコン層の第１の部
分と同一形状を有しており、予め選択された電圧
よりも大きな電圧の印加によつてオープンするよ
うな断面寸法を有する狭い領域を有し、 第２の珪化白金層は前記シリコン層の第２の部
分を介して前記基板とコンタクトし、それによつ
て、第１のシヨツトキーダイオードを形成し、 前記第２の珪化白金層は、また前記第２の開口
を通じて前記基板とコンタクトし、それによつて
第２のシヨツトキーダイオードが形成される、融
合されたヒユーズおよびシヨツトキーダイオード
装置。

２ 前記第２の部分のシリコン層は単結晶材料を
含む、請求の範囲第１項記載の装置。

３ 集積回路において融合されたヒユーズおよび
シヨツトキーダイオード装置を製造する方法であ
つて、 軽くドープされた半導体基板上に第１の開口を
有する絶縁層を形成するステツプと、 前記絶縁層および前記第１開口上にシリコン層
を付着するステツプと、 前記シリコン層を、マスキングおよびエツチン
グによつて、狭窄された第１の部分と前記第１の
開口を通じて前記基板とコンタクトする第２の部
分とを有する前記集積回路の相互接続ラインに形
成するステツプと、 前記第２の部分において前記シリコン層に前記
第１の開口より狭い第２の開口を設けるステツプ
と、 前記第２の開口および前記シリコン層上に白金
の層を付着するステツプと、 前記シリコン層とともに前記白金層を焼結し
て、珪化白金層を形成するステツプを備え、前記
白金層の厚さは前記シリコン層の厚さに関連し
て、前記シリコン層が焼結後に残るように決定さ
れる、融合されたヒユーズおよびシヨツトキーダ
イオード装置の製造方法。

４ 前記シリコン層はポリシリコン層を含む、請
求の範囲第３項記載の方法。

５ 集積回路において融合されたヒユーズおよび
シヨツトキーダイオード装置を製造する方法であ
つて、 軽くドープされた半導体基板上に開口を有する
絶縁層を形成するステツプと、 前記絶縁層および前記開口上にシリコン層を付
着するステツプと、 前記シリコン層を、マスキングおよびエツチン
グによつて、狭窄された第１の部分と前記開口を
通じて前記基板とコンタクトする第２の部分とを
有する前記集積回路の相互接続ラインに形作るス
テツプと、 レーザによつて前記シリコン層を加熱するステ
ツプとを含み、それによつて前記シリコン層の少
なくとも前記第２の部分は単結晶物質に再結晶さ
れ、 前記形作られたシリコン層上に白金の層を付着
するステツプと、 前記シリコン層とともに前記白金層を焼結し
て、前記シリコン層と実質的に同一の形状を有す
る珪化白金層を形成するステツプを備え、前記白
金層の厚さは前記シリコン層の厚さに関連して、
前記シリコン層が焼結後に残るように決定される
融合されたヒユーズおよびシヨツトキーダイオー
ド装置の製造方法。

発明の背景 １ 発明の分野 この発明は集積回路に関し、より特定的には集
積回路のプログラミングに有用なヒユーズに関す
る。

先行技術 プログラマブルリードオンリメモリ（PROM）
において、種々の材料がヒユーズとして用いら
れ、それらは溶かされまたは「とばされ」て、集
積回路装置をプログラムする。そのような材料
は、ニツケル・クロム合金（ニクロム）、ポリシ
リコン、および溶解しにくい金属の珪化物を含
む。また装置の回路の一部として、或るPROM
は、集積回路が形成されている半導体基板に対す
るメタルコンタクトによつて形成されるシヨツト
キダイオードを典型的に有する。珪化白金ヒユー
ズおよびシヨツトキダイオード装置を開示する２
つの特許がウイリアム・エル・プライス
（William L.Price）に対して発行され、本願の
譲受人に譲渡された。その第１の特許は、1977年
８月16日に発行された「集積回路装置のための珪
化白金ヒユーズリンク」という名称の米国特許第
4042950号であり、その第２の特許は、1979年１
月23日に発行された「集積回路装置のための珪化
白金ヒユーズリンクの製造方法」という名称の米
国特許第4135295号である。これらの特許は、シ
リコン基板上に珪化白金ヒユーズを製造する方法
および構造を開示している。最終的に作り出され
た珪化白金ヒユーズの一端は、第１の金属相互接
続ラインによつて集積回路の他の部分と接続され
る。ヒユーズの他端は、金属相互接続ラインによ
つてシヨツトキダイオードと接続され、シヨツト
キダイオードは下側の軽くドープされた基板との
珪化白金コンタクトによつて形成される。

ヒユーズとシヨツトキダイオードとの間に必要
な金属相互接続は、２つの問題点を生じる。第１
は、（ヒユーズとシヨツトキダイオードの）ヒユ
ーズセルを設計するのに必要な領域を小さくする
のに限界があるということである。第２は、シヨ
ツトキーダイオードをメタライズするのに必要な
製造ステツプが、その順逆電気的特性を低下させ
るということである。このことは、メタライゼー
シヨンがシヨツトキを覆つてダイオードの周囲に
フイールドプレートを形成してもよい場合であつ
ても起こる。

シヨツトキダイオードヒユーズアレイにおい
は、ヒユーズのプログラミングの間に、プログラ
ムされるべきヒユーズと関連するもの以外のすべ
てのシヨツトキダイオードが逆バイアスされるの
で、逆シヨツトキ漏れが重要である。逆バイアス
されたシヨツトキダイオードによつて漏れる電流
は、選択されたヒユーズをプログラムするために
利用可能な電流から失われる。大規模なPROM
においては、１つのダイオードの漏れが重ね合わ
されて５〜50mAの範囲の非常の大きなアレイ電
流漏れとなる。プログラミングの歩留りを低下さ
せないためには、これらの漏れが補償される必要
がある。そのためには周辺回路の増加が必要であ
り、したがつてダイサイズが増加して、好ましく
ない結果となる。

この発明は、先行技術を越えた重大な改良であ
る。

発明の概要 この発明は珪化白金ヒユーズとシヨツトキダイ
オードとを融合させ、それによつて改良された逆
電気的特性をもつより小形の構成を得る。さら
に、融合されたヒユーズおよびシヨツトキダイオ
ードの種々の実施例においては、種々の順電気的
特性をもつ構造の選択が可能である。

この発明は、半導体基板の表面で形成される集
積回路内に、融合されたヒユーズおよびシヨツト
キダイオード装置を与え、その装置は、前記基板
表面上の開口を有する絶縁層と、前記絶縁層表面
および前記開口上のシリコン層とを備え、前記シ
リコン層は規定されかつ前記絶縁層上の第１の部
分と前記開口を通じて前記基板と接触する第２の
部分とを有し、装置は前記シリコン層と実質的に
同一の形状を有する前記シリコン層上の珪化金属
層をさらに備え、それによつて、前記シリコン層
の前記第１の部分上の前記珪化金属層の第１の部
分は、予め選択された電圧よりも大きな電圧の印
加によつてオープンするような断面寸法を有し、
前記シリコン層の前記第２の部分上の前記珪化金
属層の第２の部分はシリコン層とともにシヨツト
キダイオードを形成する。シリコン層材料にポリ
シリコンを用い、シヨツトキダイオードは珪化金
属層と開口領域内のそのポリシリコン材料との接
触によつて形成される。

形成されたシヨツトキダイオードの逆電気的ブ
レークダウン特性は、前記絶縁層開口の周辺上の
第２の領域から、前記シヨツトキダイオードのフ
イールドプレートとして働くその上に珪化金属層
を有する前記絶縁層上へと延びる、第３の部分を
有する前記シリコン層を持つことによつて、大幅
に改良され得る。

【図面の簡単な説明】

この発明は、図面を参照する以下の詳細な説明
から明瞭に理解されよう。

第１図は、この発明の一実施例の平面図であ
る。第２図は、ラインＡ−Ａに沿つた第１図に示
された装置の断面図である。第３Ａ図，第３Ｂ
図，第３Ｃ図および第３Ｄ図は、第１図に示され
た装置を製造するための処理における種々の段階
を示す。第４図は、この発明の他の実施例の平面
図である。第５図は、ラインＢ−Ｂに沿つた第４
図の断面図である。第６図は、第４図の装置の回
路表現である。第７図は、レーザ加熱段階が用い
られた他の実施例の断面図である。第８図は、こ
の発明のさらに他の実施例の断面図である。第９
Ａ図および第９Ｂ図は、先行技術のシヨツトキダ
イオードの問題点を示す。

詳細な説明 珪化物ヒユーズとシヨツトキダイオードとが融
合された装置の平面図が第１図に示されている。
典型的にはシリコンの半導体基板上に形成される
この融合装置は、集積回路の相互接続ラインの形
状と類似の一般的形状を有する。装置の少なくと
も１箇所は、高電流が集中されてヒユーズが溶け
るほどに小さな断面形状にされなければならな
い。第１図の狭められた部分２０がその部分であ
る。「Ｘ」でマークされた第２の部分２１は、シ
ヨツトキダイオードの領域を示す。第３図Ａ図，
第３Ｂ図，第３Ｃ図および第３Ｄ図は、第１図に
示された装置を製造する場合のいくつかの段階を
示す。

第３Ａ図は、選択的に成長された厚いフイール
ド酸化物を発生する準備の製造段階を示す。基板
１０は予備的な酸化シリコン層１１Ａで覆われ、
窒化物層１５は公知のマスキングおよびエツチン
グ技術によつて所望のコンタクト領域に位置決め
される。基板１０は酸化雰囲気に置かれて加熱さ
れ、それによつて予備的な酸化物層１１Ａのマス
クされていない部分が所望の厚さに成長する。続
いて窒化物層１５が剥ぎとられ、その下に残つて
いる薄い酸化物層が除去される。第３Ｂ図はこの
状態を示す。

この段階の代わりに、フイールド酸化物を単純
に成長し、マスクし、コンタクト領域が必要なと
ころに開口をエツチングしてもよい。

コンタクト開口を持つ基板１０と覆つている酸
化物層１１とは、次に約1000オングストロームの
厚さのポリシリコン層１２によつて完全に覆われ
る。層１２は、狭められた部分２０とコンタクト
領域２１とを持つ集積回路の相互接続ラインの形
状と類似の一般的形状を持つ第１図に示された形
状に、マスキングおよびエツチングによつて規定
される。第３Ｃ図は、多結晶シリコン１２の規定
された層を示す。

ポリシリコン層１２を持つ全基板１０および絶
縁層１１は、好ましくは約400オングストローム
の厚さの白金層１６によつて完全に覆われる。標
準的な技術は、表面上に白金をスパツタリングす
ることである。第３Ｄ図は、白金で被覆された装
置を示す。これに続いて、白金層１６およびポリ
シリコン層１２は、500から600℃の範囲で加熱さ
れて焼結される。焼結処理の間に、ポリシリコン
分子の層１２と白金分子の層１６とが互いに拡散
されて、ポリシリコン層１２と実質的に同一形状
を持つ、白金層１６に代わる珪化白金層を形成す
る。

白金層１６の膜を通じて全体的に拡散したシリ
コン原子は、酸化して、珪化白金上に保護酸化物
を形成する。この酸化物は過剰なシリコンがなけ
れば容易に形成されないので、ポリシリコン層１
２は白金以上の過剰なシリコンを供給するよう
に、白金層１６に対比してより厚いものでなけれ
ばならない。白金層１６の焼結されていない部分
は、白金はエツチングするが二酸化シコンで保護
された珪化白金には影響を与えない王水の溶液内
に基板１０全体を浸すことによつて除去される。
珪化白金を覆う二酸化シリコンは、ケミカルまた
はスパツタエツチ処理によつて除去されねばなら
ず、次に装置はマスキング処理においてメタライ
ズされかつパターン化されて、所望の相互接続を
形成する。ヒユーズおよびシヨツトキダイオード
のヒユーズセルから残りの集積回路への金属ライ
ンは、チタン・タングステン合金１８およびアル
ミニウム１７の２重層によつて形成される。チタ
ン・タングステン層１８は、アルミニウム層１７
の完全を維持するために用いられ、アルミニウム
層１７は、もし介在するTiW層１８がなかつた
ならば珪化物層１３と反応する。結果として生じ
る装置が、第１図および第２図に示されている。

ポリシリコンで覆われたシヨツトキダイオード
の注目すべき特徴および効果は、先行技術のポリ
シリコンで覆われていないシヨツトキダイオード
のフアブリケーシヨンと比較することによつて最
もよく示される。第９Ａ図は、焼結および王水エ
ツチング処理後の、ポリシリコンで覆われていな
いシヨツトキダイオードを詳細に示す図面であ
る。上述したような介在ポリシリコン層１２を全
く持たずに、白金層は直接にシリコン基板１０と
接触して置かれる。焼結は基板と白金層との間で
起こり、焼結されなかつた白金材料が王水エツチ
ングステツプにおいて除去された後に規定された
珪化白金層４０を形成する。層４１は、珪化白金
層４０の頂部上の保護二酸化シリコン層である。

金属との明瞭なコタンクトのために珪化白金層
４０の頂部上に存在する酸化物層４１を除去する
エツチングステツプの間に、フイールド酸化物層
１１、特に珪化物層４０の周囲から、多少の酸化
物（200〜400オングストローム）がまた除去され
る。珪化白金シヨツトキコンタクト層４０周囲
の、結果的に生じた露出されたシリコン領域４２
は、珪化白金シヨツトキに対するデイプリーシヨ
ン領域の一部を形成する。またこの領域は、露出
されたシリコン基板１０が、シヨツトキダイオー
ドをPtSiヒユーズ（図示せず）と接続する金属ラ
イン４３によつて、領域４２でコンタクトされる
ときに、珪化白金シヨツトキダイオードと電気的
に並列な第２のシヨツトキダイオードの配列を許
容する。金属ライン４３は、上述したような
TiWおよびAlの２重金属層を表わす。

露出されたデイプリーシヨン領域または珪化白
金シヨツトキダイオードと並列な周辺のシヨツト
キダイオードを有することの影響のために、測定
された電気的特性が損われる。コンタクト領域方
向への酸化物層１１の先細りがよりゆるやかにな
るにつれて、またはシヨツトキコンタクト面積に
対する周辺の割合が大きくなるにつれて、特性の
低下が激しくなる。このように先細り酸化物コン
タクトを利用する処理たとえば選択的酸化におい
て、これらの影響によつてシヨツトキダイオード
は激しく品質が低下される。

ポリシリコンで被覆されたシヨツトキダイオー
ド装置において、薄い酸化物領域はポリシリコン
および珪化白金層によつて保護され、装置は保護
酸化物の除去の間に品質が低下されることはな
い。さらに、薄い酸化物領域上の珪化白金層は、
シヨツトキに対する優れたフイールドプレートを
形成する。第１図に示された装置は、非常に良好
な逆漏れを持つている。順電圧は周辺構成要素を
持たないが、珪化白金下に残つているポリシリコ
ンの厚さによつて増加する。

この発明の他の実施例は、異なつた動作特性を
持つ２つの並列なシヨツトキダイオードと融合し
た珪化白金ヒユーズである。第４図および第５図
は、この実施例を示す。先行技術の問題のあるシ
ヨツトキダイオードと異なり、この２つの並列な
シヨツトキダイオードは意識的に設計されたもの
である。この装置は、ヒユーズとしての珪化物層
１３と、下側に横たわるポリシリコン層１２と狭
窄部分、ならびに２つのコンタクト領域２２およ
び２３を持つている。コンタクト領域２２は、上
述と同様のポリシリコンに基づくシヨツトキダイ
オードを形成する。対照的に、珪化白金層１３
は、領域２３で単結晶基板１０と接触する。これ
によつて、ポリシリコンに基づくシヨツトキダイ
オードと比較して通常的なPtSi順電圧を有するよ
り標準的な珪化金属・単結晶シリコンシヨツトキ
ダイオードが形成される。第６図は、この融合さ
れた構造の概略回路図を表わす。ヒユーズ３０
は、コンタクト領域２２，２３での異なつたシヨ
ツトキダイオードを表わすシヨツトキダイオード
３２および３３を有する第４図および第５図にお
ける狭窄領域２０に対応する。この構造によつ
て、低電流での通常的な珪化白金順電圧、および
ポリシリコン被覆シヨツトキダイオードの改良さ
れた逆漏れが可能となる。

この装置の構造のための製造過程において、第
３Ｃ図に示された段階は、規定された多結晶層１
２が露出された基板１０を完全には被覆せず部分
的にのみ被覆するように変更される。次に金属層
１６はスパツタリングされて、直接に基板１０に
接触する部分を有して、下側に横たわる構造を完
全に被覆する。焼結により、基板でのコンタクト
近くの金属層１６の領域は、多結晶層１２よりも
むしろ基板１０とともに、より多くのシリコンの
相互拡散を起こす。

この発明のさらに他の実施例が、第７図に示さ
れている。この構造は、第３Ｃ図に示された段階
以前または後に特別の段階を付け加えることによ
つて達成される。多結晶層１２はレーザ光に曝さ
れて、それによつて多結晶層１２の領域は溶かさ
れて、仮定している基板１０の単結晶配向になら
つて再結晶される。この再結晶された領域１２
は、第７図において領域１４として示されてい
る。その後の処理は、上述したように進行する。
その結果生じる構造は、単結晶シリコン、すなわ
ち基板１０の延長、と接触する珪化物層を有する
シヨツトキダイオードを備え、それによつて単結
晶シリコンの順動作特性を持つシヨツトキダイオ
ードが、シヨツトキダイオードを取囲む露出され
た酸化物の端部がないことによる改良された逆特
性を維持しながら形成される。

第８図は、この発明のさらに他の構造を示し、
そこにおいては珪化白金ヒユーズは単結晶シヨツ
トキダイオードと融合される。この場合において
は、酸化物１９の薄い層（およそ300オングスト
ローム）が、酸化物層１１内の開口を部分的に覆
う。多結晶層１２は、薄い酸化物層１９上に存在
してその下に横たわる基板１０とは接触しないよ
うに規定される。珪化金属層１３は、上述したよ
うに形成されかつ規定されて、基板１０との接触
部分はシヨツトキダイオードを形成する。

この構造は、損われない珪化白金順電圧を与
え、また薄い酸化物上の珪化白金のフイールドプ
レート効果のために改良された逆漏れを与える。
この構造では、多結晶から単結晶シリコンへの信
頼性のある接触を得るために、薄い酸化物の厚さ
の1.5倍の白金の厚さが必要である。

この特定の構造を製造するために、製造過程の
第３Ｂ図に示された基板１０の露出された部分
は、その上に薄い酸化物層を形成するために再び
酸化された。または、窒化物層１５下の薄い酸化
物層１１Ａが単純に除去されずにおかれる。次に
ポリシリコン層１２は、コンタクト領域を完全に
は損わないようにマスクしかつエツチングするこ
とによつて規定される。規定されたポリシリコン
をマスクとして用いて、その下に横たわる薄い酸
化物がエツチングで除去されて、第８図に示され
るようにポリシリコン層１２および薄い酸化物層
１９を残す。白金メタライゼーシヨンおよび焼結
ステツプは、上述したように実行される。

この発明は好ましい実施例を参照して特定的に
示されかつ説明されてきた。形式および詳細な点
における変更がこの発明の精神から逸脱すること
なくなされ得るということは当業者にとつて容易
に理解されよう。したがつて、添付の請求の範囲
によつてのみ限定される発明に対して独占権が与
えられることを意図する。