JPS6132551A - 半導体ヒユ−ズ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （′産業上の利用分野） 本発明は半導体ヒユーズ素子に関し、特に半導体記憶装
置の冗長回路及びアナログ系の半導体集積回路装置のト
リξ／グ回路に適する半導体ヒユーズ素子に関する。

（従来技術） 近年、半導体集積回路装置においてはその高密ｉ化、高
集積化の進歩が著しい。この高密度化。

高集積化は回路構成技術、製造技術の進歩により可能と
なったものではあるが、そのチップ面積は使用素子寸法
の縮小に助けられながらも次第に増加してきている。公
知の如く、半導体集積回路装置の製造においては、チッ
プ面積の増加は同時に製品歩留の低下を伴なうものであ
り、この歩留低下の補償を行なうことが重要な課題とな
りククある。例えば、半導体記憶回路装置においては、
その不良原因の一要素として記憶セルの１個又は２個の
不良による場合が挙げられるが、この場合、前記不良の
記憶セルを良品の記憶セルと代替することにより不良チ
ップを良品チップにすることが可能な訳である。即ち、
必要な記憶セル以外に予備の記憶セルを準備しておき、
前記不良の記憶セルを含む行又は列の記憶セル対を予備
の良品記憶セル対と置き換えるという冗長回路の概念が
提案されている。この置き換えは、アドレスデコーダ回
路中にヒユーズ素子を挿入しておき、そのヒユーズ素子
を溶断あるいは非溶断とすることにより論理を変更する
こと等により行なわれる。

又、アナログ系の半導体集積回路装置においては、その
装置の製造終了後に製造工程のバラツキによる特性の変
化を補正することが必要となる場合がある。１ｒ１１記
補正は、例えば、増幅器の利得調整やオフセットの調節
等であるが、この補正は演算増幅器の帰還回路として抵
抗とヒユーズ素子との並列接続対より成るトリミング回
路を利用し、前記ヒユーズ素子のいくつかを溶断するこ
とにより行なわれる。前記冗長回路及びトリミング回路
に使用するヒユーズ素子は通常多結晶シリコン層或は、
アルミニウム層で形成し、その溶断はレーザー光の照射
エネルギーによって、或はヒユーズ素子の両端に電圧全
印加することにより発生するジュール熱によって行なわ
れる。

次に、従来のヒユーズ素子の構造に関し、多結晶シリコ
ン而を溶断部の材料とし、電圧印加により溶断を行なう
半導体ヒユーズ素子を例に挙げて、図面を用いて説明す
る。第４図（ａ）、（ｂ）は、従来の半導体ヒユーズ素
子を説明するための平面図および断面図である。以下同
一の部分に対しては同一の番号を使用して説明を行なう
。＄４図（ａ）。

（ｂ）に示すように、単結晶シリコン基板１上に、二酸
化シリコン層２を形成し、その上に半導体ヒユーズ素子
となる多結晶シリコン層３を形成する。

多結晶シリコンヒユーズ３は、溶断部３ａと、その両端
の接続部３ｂとで構成される。多結晶シリコンヒ工−ズ
３上には層間絶縁膜４が形成され、更に１層間絶縁膜４
には、前記接続部３ｂに至る多結晶シリコンヒスーズ３
に電気的接続を行なう為の接続孔５が設けられ、又、前
記溶断部３ａに至る第一の開孔６が設けられる。更に、
層間絶縁膜４上にはアルミニウム等より成る配線金属層
７が設けられ、接続孔５を介して多結晶シリコンヒユー
ズ３は配線金属層７と接続される。配線金属層７Ｊ：、
には半導体ヒユーズ素子を含む半導体集積回路装置を湿
気あるいは汚染から保護するための保護絶縁膜８が形成
される。

上記構造の半導体ヒュ−−ズ素子において、０１１記二
酸化シリコン層２は、通常、９００〜１０００℃　程度
のＨ２−０２雰囲気中における熱酸化工程により形成さ
れるもので、半導体集積回路装置の他の回路構成素子（
図示せず）の素子領域間の分離等に使用されるものであ
る。又、半導体ヒユーズ素子となる多結晶シリコン而３
は、公知の減圧気相成長法により形成されるが、その成
長過程において、或は、成長後に、リン、ホウ素或はヒ
素等の不純物が内部に導入され、２０〜２０００７日程
度の層抵抗を有するように設定される。層間絶縁膜４及
び保護絶縁膜８はリンを添加した二酸化シリコン等によ
り構成されるもので、公知の常圧気相成長法により形成
される。又、前記多結晶シリコンヒユーズ３．接続孔５
．第一の開孔６及び配線金属層７等は公知のフォト・リ
ングラフィ法によりパターニングされる。尚、これらの
製造工程のほとんどは、半導体集積回路装置中の他の回
路素子の形成と同時に行なわれる工程であることは言う
までもない。

前記第一の開孔６は接続孔５の形成と同時或は個別の工
程にて形成されるが、この第一の開孔６は、半導体集積
回路装置の製造工程中における熱処理により多結晶シリ
コンヒユーズ３の表面が酸化されてできる二酸化シリコ
／膜（図示せず）を除去するためのもので、該二酸化シ
リコ／膜の除去により、半導体ヒユーズ素子の溶断時に
おける印加電圧及び電流を低減させることに効果がある
。

前記構造の半導体ヒユーズ素子において、溶断を容易と
するためには、電圧印加時に溶断部３ａ以外に加わる電
圧を低丁する必要がある。即ち、電圧印加点から接続孔
５に至る配線金属層７の抵抗、接続孔５における接触抵
抗、接続孔５から溶断部３ａに至る接続部３ｂの抵抗を
溶断部３ａの抵抗に比較し、十分に小さくしなければな
らない。

配線金属層７の層抵抗が多結晶シリコンヒューズ３０層
抵抗に比較し１／２００〜１／２０００程度であること
を考慮すると、　Ｉｒ１Ｉ記条件を満足するためには、
接続孔５の開孔面積を適度に大きくして接触抵抗を小さ
くするとともに、接続孔５より溶断部３ａに至る接続部
３ｂの幅／ｌ　を広クシ、かつ長さ１２を短かくして接
続部３ｂでの抵抗値を低減する必要がある。

しかるに、前記接続部３ｂの長さｌ！２は接続部３ｂ上
に信頼性のある電気的接続を行なうためのマージンとな
っているため、通常２〜４μｍμ下とすることはできず
、必然的に前記接続部３ｂの幅１１を広くすることで対
処することとなり、結局、半導体ヒーーズ素子の寸法を
大きなものとすることとなる。

又、半導体ヒーーズ素子の溶断時にはその溶断のエネル
ギーにより溶断部３ａ上に位置する保護絶縁膜８にクラ
ック（割れ）を生じることかを、る。

クラックの発生時には、該クラックより湿気、汚染物等
が半導体集積回路装置中に浸入し配線金属層７等を腐蝕
して装置を劣化、破損に導くことが知られている。

このクラックの発生を防ぐ手段として、男５図に示す如
く、保護絶縁膜８に、溶断部３ａＫ至る第二の開孔９を
設けて、溶断時の過剰なエネルギーを外部に逃がすとい
う提案もあるが、この場合も次に示す如き欠点を有して
いる。言うまで第二の開孔９は多結晶シリコンヒューズ
３の溶断、非溶断にかかわらず形成されるため、前述の
クランクによる劣化、破損と同様の現像が発生する。即
ち、第二の開孔９より湿気、汚染物等が半導体集積回路
装置内に浸入し、この場合は、第二の開孔に最も近接し
ている接続孔５での電気的接続を劣化させる。この劣化
の結果、非溶断の半導体ヒ−ズ素子はあたかも溶断され
た半導体ヒーーズ素子の如き状態を呈することとなる。

ｏｒ＋述の如く、第二の開孔９の有無にかかわらず。

半導体ヒユーズ素子３を含む半導体集積回路装置では、
湿気、汚染物に対する対策が必要であり、第二の開孔９
を形成しない場合には、クラックの発生する可能性のあ
る領域内に回路素子を置がないよう工夫する必要があり
、又、第二の開孔９を形成する場合には、半導体ヒスー
ズ素子３の溶断後に第二の開孔９を絶縁物等で埋設する
等の不必要な工程の増加を招く結果となる。

（発明の目的） 本発明の目的は、上記の従来の欠点を除去し、信頼性が
高く、溶断を容易とした半導体ヒーーズ素子を提供する
ことにある。

（発明の構成） 本発明の半導体ヒユーズ素子は、リン、ホウ素或はヒ素
等を含む多結晶シリコンより成り溶断部とその両端に位
置する接続部とで構成される多結晶シリコンヒユーズと
、該多結晶シリコンヒユーズ上に延在する層間絶縁膜と
、前記層間絶縁膜に設けられた前記接続部に達する接続
孔と、前記層間絶縁膜に設けられ前記溶断部に達する第
一の開孔と、前記層間絶縁膜上に延在し前記接続孔を介
して前記多結晶シリコンヒユーズに接続される配線金属
層と、該配線金属層上に延在する保護絶縁膜とより成り
、前記接続孔が前記第一の開孔に近接し、前記接続部よ
り前記溶断部にわたって設けられた第一〇接続孔と、前
記第一の開孔より離隔して設けられた第二の接続孔との
少なくとも二個の接続孔より成ることで構成されるもの
である。

（実施例） μ下、本発明の実施例につき図面を参照して詳細に説明
する。第１図（ａ）及び第１図（ｂ）は、それぞれ本発
明の第一の実施例の半導体ヒーーズ素子につき、その構
造を説明するための平面図および断面図である。

第１図（ａＬ（ｂ）　　に示すように従来例に示した手
段と同一の方法により、単結晶シリコン基板ｌ上に二酸
化シリコン膜２を形成し、その上にヒユーズ素子となる
多結晶シリコ／層３を形成し、次いで多結晶シリコンヒ
ユーズ３上に層間絶縁膜４を形成する。多結晶シリコン
ヒユーズは、溶断部３ａと、その両端に位置する接続部
３ｂとで構成される。次いで、層間絶縁膜４には多結晶
シリコンヒユーズ３の接続部３ｂに至る第一の接続孔１
５ａ及び第二の接続孔１５ｂ　　が形成され、又、多結
晶シリコンヒユーズ３の溶断部３ａに至る第一の開孔６
が形成される。次いで、従来例に示した方法と同様の手
段により１層間絶縁膜４上に配線金属層７が設けられ、
多結晶シリコ／ヒユーズ３は第一の接続孔１５ａ及び第
２の接続孔１５ｂを介して配線金属層７により外部回路
に接続される。次いで配線金属層７上に保護絶縁膜８が
形成される。

前記第一の接続孔１５ａ　　はその一部が多結晶シリコ
ンヒユーズ３の接続部３ｂ上に形成され、更にその残部
が多結晶ンリコンヒューズ３の溶断部３ａ上Ｖｃ形成さ
れ、又、第二の接続孔１５ｂ　は多結晶シリコンヒユー
ズ３の接続部３ｂ上に、前記第一の開孔６より１５μｍ
離隔して設けられる。又、前記第一の開孔６は従来例に
示した如く、第一の接続孔１５ａ及び第二の接続孔１５
ｂと同時に形成されても良く、或は個別の工程において
形成されてもよい。

上記したように構成された本発明の第一の実施例におい
ては、第一の接続孔１５ａ　　が多結晶シリコンヒユー
ズ３の溶断部３ａ上にわたって設けられているため、従
来例に示した接続孔５から溶断部３ａに至る接続孔３ｂ
の抵抗が存在せず、実質的に、接続孔１５ａ　　におけ
る接触抵抗だけが、多結晶シリコンヒユーズ３の溶断部
３ａの抵抗に対する低減を必要とされる付随の抵抗とな
る。これは、明らかに、多結晶シリコンヒューズ３の溶
断に要する電圧及び電流を低減することに効果があり、
又、その溶断時に発住するエネルギーの低減によりクラ
ックの発生する頻度を低下させることに効果がある。又
、第二の接続孔１５ｂは、第一の接続孔１５ａ　　が従
来例中で述べた如く、信頼性のある電気的接続を行うた
めのマージンを有しない構造となるための補償を行うこ
とを目的とし、信頼性のめる接続を確保するために設け
られるもので、前記第一の開孔６より１５μｍ程度離隔
して設けられる。

第２図は、本発明者により、第二の接続孔１５ｂの位置
を決定するために行われた実験の結果を示す図である。

実験は、エポキシ等の樹脂によるパラゲージに封入され
た半導体集積回路装置を温度１２５℃、湿度１００％圧
力３気圧中に３００時間放置して行なった。第２図はそ
の際の不良率と、前記第一の開孔６と第二の接続孔１５
ｂ　　との距離との相関関係を示すもので、前記第一の
開孔６と第二の接続孔１５ｂとを１０μｍμ上離せば不
良率は激減し、１２μｍ程度μ上では０となっているこ
とが判る。

第３図は本発明の第二の実施例の半導体ヒユーズ素子に
つき、その構造を説明するための断面図である。本発明
の第二の実施例は、本発明の第一／７＋Ｉ省愉ｍ１の車
道汁ν−−一ぜ専ヱＩｒ赫１　）小似描絶縁膜８に対し
て、多結晶シリコンヒユーズ３の溶断部３ａ上に達する
第二の開孔９を追加するもので、この第二の開孔９μ外
は本発明の第一の実施例の半導体ヒユーズ素子と同一で
るる。１記第二の開孔９ｆｉ、従来例中に示した如く、
多結晶シリコンヒユーズ３の溶断部３ａ上の保護絶縁膜
８にクラックが発生することを防ぐためのものでろ９、
本発明の十−の実施例中に示した如く、半導体ヒユーズ
素子の信頼性を低下するものではない。

（発明の効果） μヒ、詳細に説明したように、本発明の半導体ヒユーズ
素子は多結晶シリコンヒユーズの溶断部上にわたる第一
の接続孔により、溶断を容易とするとともに、第二の接
続孔により信頼性を高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）　　は本発明の第一の実施例の平
面図及び断面図、第２図は本発明の実施例の第一の開孔
第二の接続孔間距離と不良率の関係を示す図、第３図は
本発明の第二の実施例の断面図、第４図（ａ）、（ｂ）
は従来の半導体ヒユーズ素子の平面図及び断面図、第５
図は従来の半導体ヒユーズ素子の池の例の断面図である
。 １・・・・・・単結晶シリコン基板、２・・・・・・二
酸化シリコ／層、３・・・・・・多結晶シリコンヒユー
ズ、３ａ・・・・・・溶断部、３ｂ・・・・・・接続部
、４・・・・・・層間絶縁膜。 訃・−・・・接続孔、１５ａ・・・・・・第一の接続孔
、１５ｂ・・・・・・第二の接続孔、６・・・・・・第
一の開孔、７・・・・・・配線金属層、８・・・・・・
保護絶縁膜、９・・・・・・第二の開孔。 事１ワ 第３珂 茅−の階り化−峯二θ椿鏝托閘距離 牛２旧 ３ｂ　　　　　　３次　　　　：Ｊｂ 茅４−凹 ￥−夕　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）リン、ホウ素、或はヒ素等を含む多結晶シリコン
   より成り、溶断部とその両端に位置する接続部とで構成
   される多結晶シリコンヒューズと、該多結晶シリコンヒ
   ューズ上に延在する層間絶縁膜と、該層間絶縁膜に設け
   られ前記接続部に達する接続孔と、前記層間絶縁膜に設
   けられ前記溶断部に達する第一の開孔と、前記層間絶縁
   膜上に延在し前記接続孔を介して前記多結晶シリコンヒ
   ューズに接続される配線金属層と、該配線金属層上に延
   在する保護絶縁膜とより成る半導体ヒューズ素子におい
   て、前記接続孔が前記第一の開孔に近接し前記接続部よ
   り前記溶断部にわたって設けられた第一の接続孔と、前
   記第一の開孔より離隔して設けられた第二の接続孔との
   少なくとも二個の接続孔より成ることを特徴とする半導
   体ヒューズ素子。
2. （２）表面保護絶縁膜に、前記多結晶シリコンヒューズ
   の溶断部に達する第二の開孔が設けられたことを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項記載の半導体ヒューズ素
   子。