JPH09260500A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属珪素化合物あるいはポリシリコンより低
抵抗で高速動作が可能であり、アルミニウムよりも反射
率が低くレーザー光線を吸収しやすいヒューズ素子を有
する半導体装置を得る。 【解決手段】 ヒューズ素子１１の材料として、金属窒
化物である窒化チタンと高融点金属であるタングステン
との積層膜を用いた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冗長回路の一部分
を構成するヒューズ素子を有する半導体装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memo
ry）は、メモリセルに欠陥がある場合、欠陥メモリセル
を救済するために、予備のメモリセルによって欠陥メモ
リセルを置換する機能をもつ冗長回路を備えている。欠
陥メモリセルから予備メモリセルへの置換は、冗長回路
中のヒューズ素子をレーザービームにより切断すること
によって行われる。従来のヒューズ素子の形成技術は、
特公平５−７８１８７号公報記載のように、ヒューズ素
子をビット線と同一層に同一材料によって形成し、その
材料に金属珪素化合物、ポリシリコンと金属珪素化合物
二重層、のうちいずれか一つを用いたものである。

【０００３】次に従来のヒューズ素子の形成手順をメモ
リセルとヒューズ素子の断面図である図６を参照しなが
ら、ヒューズ素子として金属珪素化合物をヒューズ材料
とした場合について説明する。

【０００４】図６において、半導体基板３１上に分離絶
縁膜３２が形成される。次に、第１ゲート絶縁膜３３を
形成し、さらに容量素子の一方の電極となる第１ポリシ
リコン３４を形成してパターニングを行う。次に、第２
ゲート絶縁膜３５を形成し、さらに絶縁ゲート電界効果
トランジスタのゲート３６となる第２のポリシリコンを
形成してパターニングを行う。次に、Ｎ型拡散層３７を
形成するためイオン注入を行い、さらに絶縁膜３８を形
成する。次にコンタクトホール３９を形成するため絶縁
膜３８のパターニングを行った後、ビット線４０および
ヒューズ素子４１となる金属珪素化合物もしくはポリシ
リコンと金属珪素化合物の二重層を形成しパターニング
を行う。

【０００５】次に、絶縁膜４２を形成し、さらにコンタ
クトホール４３、４４、４５を形成するため、絶縁膜４
２のパターニングを行う。次に、アルミニウム層を形成
した後パターニングを行って、絶縁ゲート電界効果トラ
ンジスタのゲート３６と接続されたワード線４６および
ヒューズ素子４１と接続された配線層４７および４８を
形成し、最後に絶縁膜４９を形成することによって、図
６に示す構造となる。そして、ヒューズ素子４１の溶断
は、図６に示すように、レーザービーム２０をヒューズ
素子４１に照射することで、ヒューズ素子４１を溶解さ
せて行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来は、ヒューズ材料
として配線材料の一部を形成する金属珪素化合物あるい
は、ポリシリコン等が用いられてきた。しかしながら、
金属珪素化合物あるいはポリシリコンは、いずれもアル
ミニウムより高抵抗な物質であるため時定数が大きく半
導体装置の高速動作上好ましくない。また、一般的に、
金属珪素化合物あるいはポリシリコンは、アルミニウム
よりも下層の配線として使用されるため、これをヒュー
ズ素子として用いた場合、ヒューズ素子上に金属珪素化
合物あるいはポリシリコンとアルミニウムの絶縁のため
に層間絶縁膜が必要となる。したがって、ヒューズ素子
にレーザービームを照射する場合、層間絶縁膜にレーザ
ービームが反射および吸収される分、ヒューズ素子に吸
収されるレーザービーム量が減少し、結果としてヒュー
ズ素子は溶断されにくくなるという問題が生じる。

【０００７】一方、一般に金属珪素化合物あるいはポリ
シリコンより上層の配線材料として用いられているアル
ミニウムでヒューズ素子を形成した場合、レーザーに対
するアルミニウムの反射率が高いため、救済可能な欠陥
メモリセルに対して予備メモリセルへの置換を行う際
に、ヒューズ素子にレーザービームが十分に吸収されず
ヒューズ素子が溶断されにくく、ひいては、溶断できず
欠陥メモリセルの救済ができないことがよくある。この
ため、アルミニウムはヒューズ材料としては用いられ
ず、配線層の一部に高抵抗である金属珪素化合物あるい
はポリシリコンを適用し、これをヒューズ材料としてい
た。

【０００８】そこで、本発明は、金属珪素化合物あるい
はポリシリコンより低抵抗な物質の配線層をヒューズ材
料として用いてレーザーで確実に溶断できるヒューズ素
子を形成した半導体装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、半導体基板上に形成された、コンタクト
ホールを介して配線層と接触しているヒューズ素子を有
する半導体装置において、前記ヒューズ素子は、金属窒
化物及び高融点金属の２層からなる。

【００１０】また、半導体基板上に形成された、コンタ
クトホールを介して配線層と接触しているヒューズ素子
を有する半導体装置において、前記ヒューズ素子上に１
層の絶縁膜を有する。

【００１１】また、好ましくは、前記金属窒化物が、窒
化チタン、窒化モリブデン、窒化タンタル、窒化タング
ステン及びこれらの合金からなる群より選ばれた少なく
とも１種の材料を含んでおり、前記高融点金属が、モリ
ブデン、白金、タンタル、チタン及びこれらの合金から
なる群より選ばれた少なくとも１種の材料を含んでい
る。

【００１２】具体的には、（Ａ）レーザービームの吸収
率がアルミニウムよりも高く、かつ金属珪素化合物ある
いはポリシリコンよりも低抵抗なタングステンあるいは
それを含む積層配線をヒューズ材料として用い、（Ｂ）
前記タングステンあるいはそれを含む積層配線を、ビッ
ト線あるいはそれより上部の配線として形成する。

【００１３】上記（Ａ）によると、従来に比べヒューズ
素子のレーザービーム吸収率が向上するので確実にヒュ
ーズ素子が溶断すると同時に、時定数を小さくするた
め、ビット線あるいはそれより上部の層でヒューズ素子
を形成した場合においても、デバイスの動作速度が改善
される。上記（Ｂ）によると、ヒューズ素子上に形成さ
れる層の数を低減させ、ひいては、ヒューズ素子へ到達
するレーザービームのエネルギーを増大させる。以上
（Ａ）（Ｂ）により、レーザービームによるヒューズ素
子の溶断が容易になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて図面を参照して説明する。

【００１５】図１（ａ）は、本発明の第１実施形態によ
る半導体装置の概略断面図であり、左側はメモリセル領
域で、右側がヒューズ素子領域の断面図である。また、
図１（ｂ）は図１（ａ）のヒューズ素子領域の概略平面
図である。

【００１６】ヒューズ素子１１は、絶縁膜８上に形成さ
れ、金属窒化物である窒化チタンと高融点金属であるタ
ングステンの２重層で構成し、コンタクトホール１４、
１５を介して配線層１７、１８と接触している。

【００１７】次に、図１の半導体装置の製造方法を図２
〜図４に基づいて説明する。

【００１８】まず、図２（ａ）に示すように、シリコン
基板１の上に、素子分離絶縁膜２を熱酸化法で形成す
る。

【００１９】次に、図２（ｂ）に示すように、シリコン
基板１の全面に第１ゲート絶縁膜３を熱酸化法で形成す
る。

【００２０】次に、図２（ｃ）に示すように、メモリセ
ル領域に形成された第１ゲート絶縁膜３の全面に容量素
子の一方の電極となる第１ポリシリコン４を減圧ＣＶＤ
法で形成する。

【００２１】次に、図２（ｄ）に示すように、メモリセ
ル領域に形成した第１ゲート絶縁膜３及び第１ポリシリ
コン４をフォトレジスト（図示せず）を用いたフォトリ
ソグラフィで所望の形状にエッチング除去し、しかる
後、フォトレジストを除去する。

【００２２】次に、図３（ａ）に示すように、全面に第
２ゲート絶縁膜５を熱酸化法で形成する。

【００２３】次に、図３（ｂ）に示すように、メモリセ
ル領域に絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲートとな
る第２ポリシリコン６を減圧ＣＶＤ法で形成し、フォト
レジスト（図示せず）を用いたフォトリソグラフィで所
望の形状にエッチング除去し、しかる後、フォトレジス
トを除去する。次に、第２ポリシリコン６をマスクと
し、加速エネルギー５０ｋｅＶ、ドーズ量２．０×１０
¹⁵ｃｍ^-2の条件で砒素（Ａｓ）をシリコン基板１中にイ
オン注入し、Ｎ型拡散層７を形成する。

【００２４】次に、図３（ｃ）に示すように、全面に絶
縁膜８を減圧ＣＶＤ法で形成する。

【００２５】次に、図４（ａ）に示すように、フォトレ
ジスト（図示せず）を用いたフォトリソグラフィで絶縁
膜８をエッチング除去し、しかる後、フォトレジストを
除去することにより、コンタクトホール９を形成する。

【００２６】次に、図４（ｂ）に示すように、全面に窒
化チタンとタングステンの積層膜をスパッタ法で形成
し、フォトレジスト（図示せず）を用いたフォトリソグ
ラフィでエッチング除去し、しかる後、フォトレジスト
を除去することにより、ビット線１０及びヒューズ素子
１１を形成する。

【００２７】次に、図４（ｃ）に示すように、全面に絶
縁膜１２を減圧ＣＶＤ法で形成しフォトレジスト（図示
せず）を用いたフォトリソグラフィで絶縁膜１２をエッ
チング除去し、しかる後、フォトレジストを除去するこ
とにより、コンタクトホール１３、１４、１５を形成す
る。

【００２８】次に、図４（ｄ）に示すように、全面にア
ルミニウムをスパッタ法で形成し、フォトレジスト（図
示せず）を用いたフォトリソグラフィでエッチング除去
し、しかる後、フォトレジストを除去することにより、
絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲート６と接続され
たワード線１６及びヒューズ素子１１と接続された配線
層１７、１８を形成する。しかる後、全面に絶縁膜（図
示せず）を減圧ＣＶＤ法で形成することにより、図１に
示すような半導体装置が完成する。

【００２９】以上説明したように、本実施形態の半導体
装置においては、ヒューズ素子１１が窒化チタンとタン
グステンの積層膜で構成されているので、レーザビーム
の吸収率がアルミニウムより高く、かつ金属珪素化合物
あるいはポリシリコンよりも低抵抗である。従って、図
１（ｂ）に示したように、レーザビーム２０でヒューズ
素子１１を溶断する場合に、レーザビーム２０により確
実にヒューズ素子１１が溶断されると同時に、デバイス
の動作速度が改善される。

【００３０】なお、本実施形態では、ヒューズ素子１１
の上部に絶縁膜１２、１９を形成しているが、第２実施
形態として図５に示すように絶縁膜１９を除去すれば、
より一層ヒューズ素子１１の溶断が容易になる。

【００３１】更に、本実施形態では、ヒューズ素子１１
を金属窒化物として窒化チタン、高融点金属としてタン
グステンの積層膜を用いているが、金属窒化物として
は、窒化モリブデン、窒化タンタル、窒化タングステン
又はこれらの混合物、高融点金属としては、モリブデ
ン、白金、タンタル、チタン、又はこれらの合金又は混
合物を用いてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
従来技術に比べレーザービームによるヒューズ素子の溶
断を確実とし、欠陥メモリ・セルの救済率を上げること
ができ、更に、デバイスの動作速度が改善される。結果
的に、半導体装置の歩留りを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す半導体装置の概略
構成を示す断面図及び平面図である。

【図２】本発明の第１実施形態の半導体装置を製造工程
順に示す断面図である。

【図３】本発明の第１実施形態の半導体装置を製造工程
順に示す断面図である。

【図４】本発明の第１実施形態の半導体装置を製造工程
順に示す断面図である。

【図５】本発明の第２実施形態の半導体装置を示す断面
図である。

【図６】従来の半導体装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１ シリコン基板 ２ シリコン酸化膜（二酸化シリコン膜） ３ シリコン酸化膜 ４ ポリシリコン ５ シリコン酸化膜 ６ ポリシリコン ７ Ｎ型拡散層 ８ シリコン酸化膜 ９ コンタクトホール １０ ビット線（窒化チタンとタングステンの二重層） １１ ヒューズ素子（窒化チタンとタングステンの二重
層） １２ シリコン酸化膜 １３ コンタクトホール １４ コンタクトホール １５ コンタクトホール １６ ワード線 １７ 配線層 １８ 配線層 １９ シリコン酸化膜 ２０ レーザー光線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 27/088 27/10 ４９１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に形成された、コンタクト
   ホールを介して配線層と接触しているヒューズ素子を有
   する半導体装置において、 前記ヒューズ素子は、金属窒化物及び高融点金属の２層
   からなることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 半導体基板上に形成された、コンタクト
   ホールを介して配線層と接触しているヒューズ素子を有
   する半導体装置において、 前記ヒューズ素子上に１層の絶縁膜を有することを特徴
   とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 【請求項３】 前記金属窒化物が、窒化チタン、窒化モ
   リブデン、窒化タンタル、窒化タングステン及びこれら
   の合金からなる群より選ばれた少なくとも１種の材料を
   含んでおり、前記高融点金属が、モリブデン、白金、タ
   ンタル、チタン及びこれらの合金からなる群より選ばれ
   た少なくとも１種の材料を含んでいることを特徴とする
   請求項１又は２に記載の半導体装置。