JPH0760853B2 - レ−ザ・ビ−ムでプログラムし得る半導体装置と半導体装置の製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は半導体装置、更に具体的に云えば半導体装置
のレーザによるプログラミングに関する。

従来の技術及び問題点 製造が略完了した後に半導体装置を選択的にプログラミ
ングする為に種々の方法が用いられている。例えば、１
メガビツト装置の様な非常に密度の高いダイナミツクRA
Mを製造する場合、冗長性を利用することが経済的に必
要になつている。DRAM装置は、メモリの故障部分を側路
する為に、試験後にプログラムされる。普通に使われる
１つの方法では、チツプの表面にあるポリシリコン又は
その他の導電ストリツプを所望の場所でレーザ・ビーム
によつて融解させる。これはレーザによるブレーク・リ
ンク・プログラミングの名前で知られている。バイポー
ラPROMでは、抵抗値の大きい細い区域の導体が電気パル
スによつて融解される。こういう種類の或る装置では、
レーザ・ビームにより、又は過電圧により、酸化物を分
解し、２本の導体を短絡して、ブレーク・リンクではな
くメーク・リンクのプログラミングを行なう。レーザ・
ビームの加熱作用を使つて、シリコン又はポリシリコン
区域内に不純物を拡散させ、その導電度を変えてプログ
ラミングすることも出来る。シリコン装置でドープ剤の
分布を変える為のレーザの加熱作用も報告されている。

従来のこういう種類の装置は、シリコン構造の為、又は
リンクをプログラムするのに必要な回路の為に、チツプ
上に過大な場所を必要とした。レーザによつて吹飛ばさ
れるヒューズは、レーザ・ビームによつて、チツプの表
面に凹みが出来たり、或いは金属或いは導電材料が回路
の他の部分にとび散ることによつて問題を生じた。

問題点を解決する為の手段及び作用 この発明の主な目的は、半導体装置をプログラミングす
る改良された方法、特にレーザ・ビームによつてメーク
・リンクのプログラム可能な素子を提供することであ
る。別の目的は、実施するのに半導体基板の上に必要な
場所が小さいレーザ・プログラミング方法を提供するこ
とである。別の目的は、周囲の構造及び材料をそれ程乱
さず、且つ／又は残渣が最小限であるレーザ・プログラ
ミング方法を提供することである。その他の目的として
は、レーザ・ビームに必要な停留時間を短くし（こうし
てプログラミングを一層速くし）、エネルギを少なくす
ること（即ち、加熱を少なくすること）が含まれる。

この発明の１実施例では、半導体装置がレーザ・ビーム
によつてプログラムされる。レーザ・ビームが、導体の
間にある絶縁体を融解することにより、並びに導体を融
着又は短絡すること等により、シリコン基板の上にある
２つの導体の間に電気短絡部を作る。導体は標準型の２
重レベル・ポリシリコン・プロセスに於ける多結晶シリ
コンの第１及び第２のレベルであつてよく、絶縁体は熱
作用による酸化シリコンである。レーザ・ビームを集束
する区域はシリコン基板から第１レベルの導体によつて
遮蔽され、この為基板又は下側にある回路構造の加熱及
び乱れが最小限に抑えられる。別の実施例では、絶縁体
の降伏等により、絶縁体が永久的に変更される。この場
合、導体はアルミニウム又はタングステンの様な金属で
あつてよく、絶縁体は酸化シリコンである。レーザ・ビ
ームを構造に集束する間、導体の間に電圧を印加するこ
とにより、この降伏作用を強めることが出来る。

この発明に特有と考えられる新規な特徴な特許請求の範
囲に記載してあるが、この発明自体とその他の特徴及び
利点は、以下図面について詳しく説明する所から明らか
になろう。

実施例 第１図及び第２図には、この発明による１形式の集積回
路用のレーザ融解リンク・ヒユーズが示されている。集
積回路が半導体基板10の面に形成されていて、典型的に
は、米国特許第4,055,444号又は同第4,388,121号（何れ
もテキサス・インスツルメンツ社に譲渡されている）に
記載される様な非常に多数のMOS電界効果トランジスタ
を含んでいる。フイールド酸化物11の様な絶縁体が基板
10の面上でトランジスタを取囲んでおり、典型的な実施
例では、このフイールド酸化物がヒユーズ構造の下にあ
る。ヒユーズが、すき間によつて隔てられた導体ストリ
ツプ12,13と、すき間の下にある導電パツド14とを含
む。薄い酸化物コーテイング15がパツド14をストリツプ
12,13から隔てゝいる。保護上側コートの比較的厚い層1
6を基板の面上にある集積回路の全ての素子の上に適用
するのが普通である。この層16は２酸化シリコン又は燐
珪酸塩硝子にする。レーザ・ビーム17をヒユーズ構造に
入射させ、２本の導体12,13を電気的に接続する。レー
ザ・ビームは最初にそれが面に入射したスポツトにある
絶縁体層16を侵食によつて除き、その後ストリツプ12,1
3の縁とパツド14の材料を融解させて、第３図に示す構
造を残す。第３図で、融解したストリツプ及びパツドの
導電材料が、酸化物15の中に出来た孔の側面にはね上
り、パツド14を介して導体12,13を電気的に短絡する。
レーザ・ビームはパツド14の材料を通抜けてはならな
い。然し通抜けても、パツドの縁の周りの回路は依然と
して完全である。ビーム17はパツド14より小さくして、
パツドが基板を遮蔽する様にすべきである。

１実施例では、パツド14は、上に引用した米国特許第4,
388,121号に記載される様な標準型の２重レベル・ポリ
シリコン・プロセスの第１レベルの多結晶シリコンであ
る。ストリツプ12及び13は第２レベルのポリシリコンで
あり、酸化物15が中間レベルの厚さ約2,000Åの熱酸化
物である。パツド14はレーザ・ビーム17に対して２酸化
シリコン層程透明に近い状態ではなく、その為、ビーム
による加熱作用がシリコンの中に入り込むことは最小限
に抑えられ又はなくなり、この為、ヒユーズ構造の下又
はその近くの基板の面内の能動性FETの損傷が少なくな
る。

この代りとして、寸法がレーザ・ビーム17に対応する絶
縁体層16の小さな区域を、プログラミングの為のレーザ
・ビームを適用する前に、写真製版のマスク及びエツチ
工程によつて除去することが出来る。これはメーク・リ
ンクを完成するのに必要な停留時間を短縮し、それによ
つて加熱作用及び乱れが少なくなる。然し、この代案の
欠点は、最終的な絶縁体コーテイングによつてリンク区
域が保護されないまゝで残ることである。

この発明の別の実施例のヒユーズが第４図及び第５図に
示されている。この例では、上側導体20が、プログラミ
ング区域22で下側の導体ストリツプ21に選択的に接続さ
れる。導体20（第２レベルのポリシリコン）がレーザ・
ビーム17に対して半ば不透明である為、プログラミング
区域で上側導体20に孔を残す。この孔はレーザ・ビーム
が透過して、酸化物15を融解することが出来る様にす
る。前に述べた様に、プログラミングの前に、保護上側
コート16に孔をエツチして、停留時間を短縮することが
出来る。第４図及び第５図に示した実施例は、一層大き
な面積の上側導体が、孔以外でビームを遮る為、下側に
あるシリコンが尚更よく保護される。この構造を作る為
の材料並びに方法は、第１図乃至第３図の場合と同じで
あり、米国特許第4,055,444号及び同第4,388,121号に記
載されている。

この発明の融界リンク・ヒユーズ構造によつて得られる
遮蔽作用の別の利点は、シリコン基板10でレーザ・ビー
ムによつて発生される担体が減少することである。こう
いうヒユーズ構造は、多重プローブ試験部で、まだスラ
イスの形であるメモリ装置に不良の行又は列のアドレス
をプログラムする為に使われる場合が一番多い。上に引
用した米国特許の方法を用いて、約10cmないし15cm（４
インチないし６インチ）のシリコン・スライスの上に、
数百個の装置が同時に形成される。各々の装置が大体25
6K又は１メガのメモリ・ビツトを持つている。試験装置
が多重プローブを１つの装置に対して割出し、不良のセ
ル並びに／又は不良の行又は列を突止める為の試験を進
め、このデータを記憶し、この多重プローブを別の装置
の試験を開始する様に割出す。その後、こうして記憶さ
れたデータに基づいて、他の装置の試験を続けながら、
前に試験した装置に不良位置のアドレスをプログラムす
る様にレーザ・ビームを割出す。この為、レーザ・ビー
ムがシリコン内に大量の担体を発生した場合、それが試
験を狂わせる惧れがある。試験を進行させる時には何時
でもレーザ・ビームをターンオフしなければならないと
すれば、試験及びプログラミング期間が著しく長くな
る。

レーザは、メーク・リンク構造の材料によつて吸収され
る様な波長のものを選ぶ。例えば、６ミクロンのビーム
寸法を持つアルゴン・レーザは、10乃至100ナノ秒の多
重パルスを用いて、2,000Åの２酸化シリコン層15によ
つて隔てられた、厚さが約3,000乃至5,000Åの２つのポ
リシリコン層20,21を短絡する。

第６図及び第７図には本願発明の実施例ではないが、参
考例としてシリコン基板113の上にデポジツトされた２
本の導体111及び112の間にメーク・リンク構造110を持
つ半導体装置が示されている。絶縁層114又はその他の
コーテイング或いは層が、メーク・リンク構造の下でシ
リコンを覆つていてよい。酸化物コーテイング115が２
つの導体111,112の間に介在配置されて、メーク・リン
ク構造となる。この酸化物115がレーザ・ビーム116の加
熱作用を受けて酸化物を分解し、２つの導体111,112を
短絡する。導体111,112として使うことが出来る材料の
１例はタングステンであり、それと共にデポジツトした
酸化シリコン層115又はその代りに窒化シリコン層115を
用いる。この代りに、別の例として、上側層112はアル
ミニウムであつてよい。同じく、下側層111はモリブデ
ンの様な別の耐火金属であつてもよいし、或いはアルミ
ニウムであつてもよい。多結晶シリコンを層111として
使うことが出来る。この場合、絶縁体115は、デポジツ
トした酸化物ではなく、約200Åの熱成長させた酸化シ
リコンであつてよい。選ぶ金属は、短絡した時に整流接
触を形成してはならない。リンク区域110は、レーザ・
ビームによる加熱作用を害う保護上側コート層で覆つて
はならない。

このメーク・リンク構造を冗長メモリ装置に用いる場
合、装置はスライスの形で完全に処理し、多重プローブ
試験部で試験して、どの行又は列が不良であるかを決定
し、次に１つの装置にある数多くのメーク・リンク構造
の内の或る構造にレーザ・ビームを割出すことにより、
不良の行又は列のアドレスを試験部でチツプにプログラ
ムする。スライスは何百個ものメモリ装置を収容してお
り、その為、多重プローブ試験及びレーザ・プログラミ
ングがスライス上の装置から装置へと進められる。

レーザはメーク・リンク構造の材料によつて吸収される
波長のものを選ぶ。例えば、ビーム寸法が６ミクロン
で、波長が0.488ミクロンのアルゴン・イオン・レーザ
又は1.06ミクロンのNd:YAGレーザは、エネルギがパルス
１個あたり１マイクロジユールであれば、200Åの酸化
シリコンによつて隔てられたタングステン層を20msより
ずつと短い時間内に短絡する。導体111,112の間に５乃
至20ボルトの電圧を印加して、界面に於ける反応を強
め、短絡部を作るのに必要な時間及びレーザ・ビーム・
エネルギを短絡又は減少することが出来る。一方の金属
としてアルミニウムを使う時、酸素雰囲気が、界面でア
ルミニウムを酸化物と反応させる焼結作用を作り出す。

本願発明の実施例ではないが、参考例としての別の例が
第８図及び第９図に示されている。第６図及び第７図の
構造に別の導体ストリツプ117を追加し、レーザ・ビー
ムが２つの界面110,120をカバーする。導体111,117は異
なる材料であつてもよいし、或いは同じ材料であつても
よい。この構造の１つの利点は、ストリツプ111,117の
２つの導電材料の間に、非オーミツク形接触、腐食等の
為に互いに干渉することのない接触を作る為に使うこと
が出来ることである。

第10図及び第11図について説明すると、この発明の別の
実施例は、レーザ・ビームが多結晶シリコン層121を非
導電状態から導電状態に変える様な構造を用いる。この
装置はシリコン基板113の上に厚い絶縁体114（大体厚さ
が10,000Å）を用い、絶縁体114内にRIEの様な異方性エ
ツチにより、幅が約１又は２ミクロンの垂直の壁を持つ
孔122をエツチする。例えばタングステンの薄い導体層1
23を、選択性デポジツシヨン過程により、孔122内でシ
リコンの上にだけデポジツトする。即ち、この材料はシ
リコンの上にはデポジツトされるが、酸化物114の上に
はデポジツトされない。次に、ポリシリコン層121を被
着するが、最初はスライスの全面の上に被着し、その後
は異方性エツチによつて孔122だけに制限し、それが側
壁を覆う様にする。ポリシリコンは、底では一層厚手に
デポジツトされる為、孔の底を覆う様にも残される。ポ
リシリコンは非常に抵抗が高くなる形で、即ち、非常に
低レベルのドーピング不純物を用いてデポジツトされ
る。次に、別のデポジツシヨン及び異方性エツチによ
り、金属層124を作る。層121,124の材料は、レーザ・ビ
ーム116による選択的な加熱作用又はレーザ・ビームと
電圧の組合せにより、材料が反応して短絡部又は抵抗値
の小さい通路を作る様に選ばれる。層124は孔122を埋め
る様にも作用し、この為、上側の導体が段をカバーする
問題を持たない様にする。垂直の壁を持つ孔と、側壁上
の材料の層は、非常に小さなプログラム可能な構造を作
れる様にする。小さな孔と共に側壁上の材料を使うこと
により１つの利点は、反応の表面積が増加することであ
る。導電材料の層125を追加し、パターンを定めて、こ
の構造が予めプログラムされている場合にだけ、層123
の下にあるシリコンと接触するストリツプを残す。Ｎ＋
シリコンの様な基板113内の領域126が、前の様に上面に
ある別の導体の代りに、メーク・リンクの２番目の導体
になる。

導体ストリツプ125の材料はアルミニウムにするのが普
通であるが、例えばタングステン又はモリブデンの様な
高融点のものであつてもよい。層121は抵抗の大きいポ
リシリコンであり、ポリシリコンと反応する層124はア
ルミニウム又はモリブデンである。層123が障壁として
作用する。即ちそれは層121,124の材料の反応がシリコ
ン基板を損傷する惧れを防止する助けになる。

この発明を実施例について説明したが、以上の説明はこ
の発明を制約するものと介してはならない。この説明か
ら、当業者には、この実施例の種種の変更並びにこの発
明のその他の実施例が容易に考えられよう。従つて、特
許請求の範囲は、この発明の範囲内に含まれる。この様
な全ての変更を包括するものであることを承知された
い。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の１実施例に従つてレーザ・ビームに
よつてプログラムし得るメーク・リンク構造を持つ半導
体チツプの一部分を著しく拡大した平面図、第２図は第
１図の装置を第１図の線II−IIで切つた側面断面図、第
３図は第２図の装置でこの発明に従つてメーク・リンク
のプログラミングが行なわれた後の状態を示す側面断面
図、第４図はこの発明の別の実施例に従つてレーザ・ビ
ームでプログラムし得るメーク・リンク構造を持つ半導
体チツプの一部分を著しく拡大した平面図、第５図は第
４図の装置を第４図の線Ｖ−Ｖで切つた側面断面図、第
６図は参考例に従つてレーザ・ビームでプログラムし得
るメーク・リンク構造を持つ半導体チツプの一部分を著
しく拡大した平面図、第７図は第６図の装置を第６図の
線VII−VIIで切つた側面断面図、第８図は参考例による
レーザ・ビームによつてプログラムし得るメーク・リン
ク構造を持つ半導体チツプの一部分を著しく拡大した平
面図、第９図は第８図の装置を第８図の線IX−IXで切つ
た側面断面図、第10図はこの発明の更に別の実施例によ
るレーザ・ビームによつてプログラムし得るメーク・リ
ンク構造を持つ半導体チツプの一部分を著しく拡大した
平面図、第11図は第10図の装置を第10図の線XI−XIで切
つた側面断面図である。 主な符号の説明 10,113……基板 12,13……導体ストリツプ 14……導電パツド 20,21,111,112,117,125……導体層 15,115……酸化物コーテイング 17,116……レーザ・ビーム

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】集積回路中のプログラムし得るメーク・リ
   ンク素子であって、 基板の表面上に形成される厚い保護層と、 メーク・リンク領域に形成される第１の導電層であっ
   て、該第１の導電層は電気的に孤立し、前記メーク・リ
   ンク素子をプログラムするために用いられるレーザの焦
   点領域よりも実質的に大きい領域を占めるようにパター
   ン形成されている第１の導電層と、 前記第１の導電層の表面上に形成される絶縁層と、及び 該絶縁層の表面を覆って形成される導電リードであっ
   て、該導電リードは第１の導電リード部分と第２の導電
   リード部分とを有し、該第１の導電リード部分と第２の
   導電リード部分とは前記メーク・リンク領域の一部分に
   おいて相互に分離されている導電リードと、 を備えてなるメーク・リンク素子。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載のメーク・リ
   ンク素子において、前記絶縁層は二酸化シリコンからな
   るメーク・リンク素子。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項若しくは第２項に記
   載のメーク・リンク素子において、前記第１の導電層は
   多結晶シリコンからなるメーク・リンク素子。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項ないし第３項のいず
   れかに記載のメーク・リンク素子において、前記導電リ
   ードは多結晶シリコンからなるメーク・リンク素子。
5. 【請求項５】集積回路中のプログラムし得るメーク・リ
   ンク素子を製造する方法であって、 基板の表面上に厚い保護層を形成し、 電気的に孤立し、かつ前記メーク・リンク素子をプログ
   ラムするために用いられるレーザの焦点領域よりも実質
   的に大きい領域を占めるように第１の導電層をメーク・
   リンク領域にパターン形成し、 前記第１の導電層の表面上に絶縁層を形成し、 前記メーク・リンク領域の一部分において相互に分離さ
   れている第１の導電リード部分と第２の導電リード部分
   とを備えてなる導電リードを前記絶縁層の表面を覆うよ
   うに形成してなるメーク・リンク素子の製造方法におい
   て、前記メーク・リンク素子は前記メーク・リンク領域
   に対する前記レーザの照射により前記絶縁層を破壊して
   前記第１の導電層と前記第１及び第２の導電リード部分
   との電気的な接続を形成することによりプログラムされ
   ることを特徴とするメーク・リンク素子の製造方法。
6. 【請求項６】特許請求の範囲第５項に記載のメーク・リ
   ンク素子の製造方法において、前記絶縁層は二酸化シリ
   コンからなるメーク・リンク素子の製造方法。
7. 【請求項７】特許請求の範囲第５項若しくは第６項に記
   載のメーク・リンク素子の製造方法において、前記第１
   の導電層は多結晶シリコンからなるメーク・リンク素子
   の製造方法。
8. 【請求項８】特許請求の範囲第５項ないし第７項のいず
   れかに記載のメーク・リンク素子において、前記導電リ
   ードは多結晶シリコンからなるメーク・リンク素子の製
   造方法。
9. 【請求項９】集積回路に作り込まれるプログラムし得る
   メーク・リンク素子であって、 基板中に形成される第１の導電領域と、 前記基板の上に形成され、前記第１の導電領域を表出さ
   せる開口を有する絶縁層と、 前記開口中に形成される非導電材料と、 前記非導電材料及び前記絶縁層の上に形成される導電層
   と、を備えてなり、前記導電層はエネルギ源の存在のも
   とで前記非導電材料と反応し、前記非導電材料と前記導
   電層との反応生成物が導電材料となる構成のメーク・リ
   ンク素子。
10. 【請求項１０】特許請求の範囲第９項に記載のメーク・
    リンク素子において、前記基板はＰ型にドープされた結
    晶シリコン基板であり、前記第１の導電領域はＮ型にド
    ープされた領域であるメーク・リンク素子。
11. 【請求項１１】特許請求の範囲第９項若しくは第10項に
    記載のメーク・リンク素子において、前記非導電材料は
    非常に低レベルにドープされた多結晶シリコンであり、
    前記導電層はアルミニウムであるメーク・リンク素子。
12. 【請求項１２】特許請求の範囲第９項若しくは第10項に
    記載のメーク・リンク素子において、前記非導電材料は
    非常に低レベルにドープされた多結晶シリコンであり、
    前記導電層はタングステンであるメーク・リンク素子。
13. 【請求項１３】特許請求の範囲第９項ないし12項のいず
    れかに記載のメーク・リンク素子において、前記エネル
    ギ源はレーザビームであるメーク・リンク素子。
14. 【請求項１４】集積回路に作り込まれるプログラムし得
    るメーク・リンク素子を製造する方法であって、 基板中に第１の導電領域を形成し、 前記第１の導電領域を表出させる開口を有する絶縁層を
    前記基板の上に形成し、 前記開口中に非導電材料を形成し、 前記非導電材料及び前記絶縁層の上に導電層を形成し、
    レーザビームを前記導電層へ照射して該導電層と前記非
    導電材料とを反応させ、その結果として前記導電層と前
    記第１の導電領域との間に導電リンクを形成する、メー
    ク・リンク素子の製造方法。
15. 【請求項１５】特許請求の範囲第14項に記載のメーク・
    リンク素子の製造方法において、前記基板はＰ型にドー
    プされた結晶シリコン基板であり、前記第１の導電領域
    はＮ型にドープされた領域であるメーク・リンク素子の
    製造方法。
16. 【請求項１６】特許請求の範囲第14項若しくは第15項に
    記載のメーク・リンク素子の製造方法において、前記非
    導電材料は非常に低レベルにドープされた多結晶シリコ
    ンであり、前記導電層はアルミニウムであるメーク・リ
    ンク素子の製造方法。
17. 【請求項１７】特許請求の範囲第14項若しくは第15項に
    記載のメーク・リンク素子の製造方法において、前記非
    導電材料は非常に低レベルにドープされた多結晶シリコ
    ンであり、前記導電層はタグステンであるメーク・リン
    ク素子の製造方法。