WO2016084202A1 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

 レーザートリミングにより切断したヒューズ素子が、導電性のある残留物などによりリークすることを防ぐ。そのための手段として、エピタキシャル基板の主面上の溝内の素子分離領域上にヒューズ素子を形成する場合において、素子分離領域とヒューズ素子との間に、熱伝導率が高く、比較的密着性が低い絶縁膜を形成する。レーザートリミングを行ってヒューズ素子を切断する際には、ヒューズ素子の一部と、ヒューズ素子の当該一部の下の絶縁膜とを除去する。

Description

半導体装置およびその製造方法
 本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関し、ヒューズを有する半導体装置の製造に利用できるものである。
 半導体装置の製造プロセスにおいて、回路のパターンの一部をレーザー光によって切断することで、回路特性の調整または不良となった回路の排除を行うレーザートリミングが知られている。レーザートリミングは、半導体ウエハ上のヒューズ素子にレーザー光線を照射することにより実行される。すなわち、ポリシリコン配線または金属配線により形成された複数のヒューズ素子のうち、所定のヒューズにレーザー光線を照射し、そのヒューズ素子を溶断することでレーザートリミングを行う。
 特許文献1(特開2004-111680号公報)には、切断対象である薄膜抵抗の上に導電性膜を形成することで、レーザー光による薄膜抵抗の切れやすさを向上させることが記載されている。
特開2004-111680号公報
 ヒューズ素子上の層間膜の膜厚のばらつき、レーザートリミング装置の性能のばらつきなどに起因して、ヒューズ素子にレーザー照射をしても照射部のヒューズ素子が完全に除去されない場合がある。この場合、導電性のある残留物がヒューズ素子の下の素子分離膜の表面に付着し、当該残留物がヒューズ素子の切断部を跨ぐことでリーク経路となり、切断したヒューズ素子が導通する。このような残留物が残ることは半導体装置の良品率の低下の原因となるため、ヒューズ素子をレーザートリミングする際、導電性のある残留物を確実に除去する必要がある。
 その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
 本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
 一実施の形態である半導体装置は、素子分離領域上にヒューズ素子を形成する場合において、素子分離領域とヒューズ素子との間に、熱伝導率が高く、比較的密着性が低い絶縁膜を形成するものである。
 また、他の実施の形態である半導体装置の製造方法は、素子分離領域上にヒューズ素子を形成する場合において、素子分離領域とヒューズ素子との間に、熱伝導率が高く、比較的密着性が低い絶縁膜を形成するものである。
 一実施の形態によれば、半導体装置の信頼性を向上させることができる。特に、レーザートリミングを行ったヒューズ素子のリークを防ぐことができる。
実施の形態1である半導体装置の平面図である。 実施の形態1である半導体装置の断面図である。 実施の形態1である半導体装置の平面図である。 実施の形態1である半導体装置の断面図である。 実施の形態1である半導体装置の製造工程中の断面図である。 図5に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図6に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図7に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図8に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図9に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図10に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図11に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図12に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 実施の形態2である半導体装置の製造工程中の断面図である。 図14に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図15に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図16に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図17に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 実施の形態2である半導体装置の平面図である。 実施の形態2である半導体装置の断面図である。 実施の形態2である半導体装置の変形例の断面図である。 実施の形態2である半導体装置の変形例の断面図である。 比較例である半導体装置の断面図である。 比較例である半導体装置の断面図である。
 以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
 また、符号「」および「」は、導電型がN型またはP型の不純物の相対的な濃度を表しており、例えばN型不純物の場合は、「N」、「N」の順に不純物濃度が高くなる。ただし、不純物濃度に関係なく、各半導体層の導電型をN型またはP型と呼ぶ場合もある。つまり、「N」、「N」、「N」などの各種の濃度を有する半導体層をN型層と総称し、また、「P」、「P」、「P」などの各種の濃度を有する半導体層をP型層と総称する場合がある。例えば、P型層のことをP型層と呼ぶ場合がある。
 <半導体装置の構造について>
 本実施の形態のヒューズ素子は、1つの半導体チップ内において回路のパターンの一部を構成するものであり、半導体装置の製造プロセスにおいて、回路特性の調整または不良となった回路の排除などを行う必要がある場合に、レーザー光によって切断されるものである。ただし、ヒューズ素子は半導体装置の製造工程において必ず切断されるものではない。例えば、当該ヒューズ素子が接続された回路が所望の特性で動作する場合には切断されない。
 回路特性の調整とは、例えば、所定の回路に対して複数のバイポーラトランジスタが並列に接続されている場合において、各バイポーラトランジスタのベースとエミッタとの間に接続されたヒューズを切断させることで、特定のバイポーラトランジスタを選択的にオンさせ、これにより、当該回路に流す電流の大きさを調整することなどを指す。
 本実施の形態の半導体装置の構造について、図1~図4を用いて説明する。図1および図3は、本実施の形態の半導体装置の平面図である。図2および図4は、本実施の形態の半導体装置の断面図であり、図2の左側には図1のA-A線における断面図を示している。図4は図3のB-B線における断面図である。図1および図2は、レーザー光を照射していない場合における図であり、図3および図4は、レーザー光を照射して切断されたヒューズ素子を含む図である。
 図1には、本実施の形態の半導体装置を構成するヒューズ素子FEを複数示している。なお、図1では半導体基板上に形成された素子分離領域(第1絶縁膜)RLと、その上に形成された複数のヒューズ素子FEのみを示しており、ヒューズ素子FEと素子分離領域RLとの間に形成された熱伝導用の絶縁膜TC(図2参照)、並びに、ヒューズ素子FEと素子分離領域RLとの上の層間絶縁膜、配線、コンタクトプラグ、ビア、およびカバー絶縁膜などの図示は省略している。
 図1に示すように、各ヒューズ素子FEは、半導体基板として用いられるエピタキシャル基板(図示しない)の主面に沿うX方向に沿って延在している。ヒューズ素子FEは長手方向(X方向)の両方の端部において、半導体基板(図示しない)の主面に沿うY方向において幅が広いコンタクト部を有している。Y方向は、X方向に対して直交している。なお、以下ではエピタキシャル基板の主面に沿う方向を、単に横方向と呼ぶ場合がある。コンタクト部は、ヒューズ素子FEの端部の上面にコンタクトプラグを接続するための部分である。ヒューズ素子FEは、X方向において並ぶ一対のコンタクト部同士の間を結ぶ、幅の小さい延在部を有する素子であり、ヒューズ素子FEを切断する際には、当該延在部にレーザー光を照射する。
 当該延在部、つまり、レーザー照射により切断させる部分のヒューズ素子FEのY方向の幅は、例えば0.3~3μmである。また、X方向において並ぶコンタクト部同士を繋ぐ当該延在部のX方向における長さは、例えば1~50μmである。また、Y方向において隣り合う2つのヒューズ素子FE同士のそれぞれの延在部同士の間の距離は、例えば0.5~50μmである。なお、本実施の形態では、延在部よりも幅が広いコンタクト部を形成する場合について説明したが、コンタクト部はコンタクトプラグを接続することができる幅を有していればよく、必ずしも延在部よりも幅が広くなければいけないわけではない。
 図2では、図の左側にヒューズ素子FEの断面図を示し、図の右側に、ヒューズ素子FEと同一の半導体チップに形成されたバイポーラトランジスタTRの断面図を示している。つまり、図の左側にはヒューズ領域1Aを示し、図の右側にはトランジスタ領域1Bを示している。
 図2に示すように、本実施の形態の半導体装置は半導体基板SBと、半導体基板SB上に形成され、半導体基板の一部として用いられるエピタキシャル基板EPとを有している。エピタキシャル基板は半導体基板上にエピタキシャル成長法により形成された半導体層である。エピタキシャル基板EPは、N型の不純物(例えばP(リン))が導入されたN型のSi(シリコン)膜であり、比較的低い不純物濃度を有している。
 まず、ヒューズ領域1Aの構造について以下に説明する。
 ヒューズ領域1Aにおいて、エピタキシャル基板EPの上面には溝が形成されている。なお、ヒューズ領域1Aの断面図において、当該溝の側壁は示していない。つまり、ヒューズ領域1Aにおいて、エピタキシャル基板EPの上面の高さは、トランジスタ領域1Bの活性領域におけるエピタキシャル基板EPの上面の高さよりも低くなっている。ヒューズ領域1Aのエピタキシャル基板EPの上面に形成された当該溝内には、素子分離領域RLが形成されている。
 素子分離領域RLは、例えばLOCOS(Local Oxidization of Silicon)構造またはSTI(Shallow Trench Isolation)構造を有している。素子分離領域RLは、例えば主に酸化シリコン膜からなる。素子分離領域RLの上面は、トランジスタ領域1Bの活性領域におけるエピタキシャル基板EPの上面の高さとほぼ同等の高さか、またはエピタキシャル基板EPの当該上面の高さよりも少し高い位置において平坦な面を有する。
 素子分離領域RL上には、絶縁膜TC(第2絶縁膜)と、絶縁膜TC上に形成されたヒューズ素子FEとからなる積層パターンが形成されている。絶縁膜TCの下面は素子分離領域RLの上面に接しており、ヒューズ素子FEの下面は絶縁膜TCに接している。絶縁膜TCは、平面視において、図1に示すヒューズ素子FEと同様のパターンを有している。絶縁膜IF4の膜厚は例えば50~4000Åである。ここでは、絶縁膜IF4を1500Åの膜厚で形成する。ヒューズ素子FEの膜厚は、例えば2500Åである。
 絶縁膜TCは、例えばSiN(窒化シリコン)膜またはSiC(炭化シリコン)膜からなる。これらの窒化シリコン膜または炭化シリコン膜からなる絶縁膜TCは、素子分離領域RLを構成するSiO(酸化シリコン)膜に比べて熱伝導率が高い膜である。具体的には、酸化シリコンの熱伝導率は1.38(W/m・K)であり、窒化シリコンの熱伝導率は20~28(W/m・K)であり、炭化シリコンの熱伝導率は150~170(W/m・K)である。
 また、これらの窒化シリコン膜または炭化シリコン膜からなる絶縁膜TCは、比較的、下地の酸化シリコン膜に対する密着性が低い膜である。具体的には、酸化シリコン膜に対するポリシリコン膜の密着性よりも、酸化シリコン膜に対する絶縁膜IF4の方が密着性が低い。
 物質間の密着性は、密着する物質同士の熱膨張係数または線膨張率の差が大きいほど低いと考えられる。ここで、酸化シリコン(SiO)の熱膨張係数0.51~0.58(×10-6/K)であるのに対して、シリコン(Si)は、2.4(×10-6/K)であり、窒化シリコン(SiN)は、3~3.5(×10-6/K)であり、炭化シリコン(SiC)は、4~4.5(×10-6/K)である。よって、Si膜よりSiN膜またはSiC膜の方が、SiO膜の表面から剥がれやすい。
 本実施の形態の半導体装置の主な特徴は、ヒューズ素子FEと素子分離領域RLとの間に、熱伝導率が高く、下地に対して密着性の低い絶縁膜TCを設けていることにある。
 ヒューズ素子FEは、図では一層の膜として示しているが、例えばポリシリコン膜と、当該ポリシリコン膜上に積層された導電膜(図示しない)との積層構造により構成されている。当該導電膜は、例えばタングステンおよびシリコンを含むWSi膜またはコバルトシリコン(CoSi)膜からなる。ヒューズ素子FEを構成するポリシリコン膜には高い濃度でN型の不純物(例えばAs(ヒ素))が導入されている。つまり、当該ポリシリコン膜はN型の半導体膜である。また、ヒューズ素子FEはポリシリコン膜のみにより構成されていてもよい。
 素子分離領域RL、絶縁膜TCおよびヒューズ素子FEの上には、素子分離領域RLの上面と、絶縁膜TCおよびヒューズ素子FEからなる積層膜とを覆うように、層間絶縁膜IL1が形成されている。層間絶縁膜IL1は、例えば酸化シリコン膜からなる。層間絶縁膜IL1には複数のコンタクトホールが開口されており、各コンタクトホールの底部には、ヒューズ素子FEの延在方向におけるヒューズ素子FEの両側の端部の上面、つまりコンタクト部の上面の一部が露出している。
 複数のコンタクトホールのそれぞれの内部には、例えば主にタングステンからなるコンタクトプラグCPが埋め込まれている。各コンタクトプラグCPの上面と層間絶縁膜IL1の上面とは同じ高さにおいて平坦化されており、各コンタクトプラグCPの底面は、ヒューズ素子FEの端部の上面に接続されている。つまり、ヒューズ素子FEの長手方向の一方の端部であるコンタクト部にはコンタクトプラグCPが接続され、ヒューズ素子FEのもう一方の端部であるコンタクト部には他のコンタクトプラグCPが接続されている。
 層間絶縁膜IL1およびコンタクトプラグCPの上には、例えば主にアルミニウムからなる配線M1のパターンが複数形成されている。配線M1の底面は、コンタクトプラグCPの上面に接続されている。平面視において、配線M1は、ヒューズ素子FEの長手方向における両方の端部の間の延在部と重なっていない。層間絶縁膜IL1および配線M1の上には、層間絶縁膜IL1の上面および配線M1を覆うように、例えば酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜IL2が形成されている。
 層間絶縁膜IL2には複数のビアホールが開口されており、各ビアホールの底部には、配線M1の上面の一部が露出している。複数のビアホールのそれぞれの内部には、例えば主にタングステンからなるビアV1が埋め込まれている。各ビアV1の上面と層間絶縁膜IL2の一部の上面とは同じ高さにおいて平坦化されており、各ビアV1の底面は、配線M1の上面に接続されている。
 層間絶縁膜IL2およびビアV1の上には、例えば主にアルミニウムからなる配線M2のパターンが複数形成されている。配線M2の底面は、ビアV1の上面に接続されている。平面視において、配線M2は、ヒューズ素子FEの長手方向における両方の端部の間の延在部と重なっていない。
 層間絶縁膜IL2の上面上および配線M2上には、カバー絶縁膜CV1、CV2が順に積層されている。カバー絶縁膜CV1は、例えば酸化シリコン膜からなり、カバー絶縁膜CV2は、例えばSiON(窒酸化シリコン)膜からなる。
 ここで、層間絶縁膜IL2、カバー絶縁膜CV1およびCV2を含む積層膜の上面には、層間絶縁膜IL2の途中深さまで達する開口部OP1が形成されている。平面視において、開口部OP1は、ビアV1、配線M1、M2およびコンタクトプラグCPとは重なっていない。また、平面視において、開口部OP1は、コンタクトプラグCPが接続されたヒューズ素子FEの端部とは重なっておらず、ヒューズ素子FEの長手方向における中央部、つまり延在部と重なっている。なお、開口部OP1は層間絶縁膜IL2を貫通し、層間絶縁膜IL1の上面まで達していてもよい。
 開口部OP1の底面からヒューズ素子FEの上面まで層間絶縁膜(第3絶縁膜)の距離は、例えば500~8000Åである。開口部OP1は、レーザートリミングを行う際に、レーザー光がヒューズ素子FEに適当に照射されるように、障害となる層間絶縁膜IL2の一部とカバー絶縁膜CV1、CV2とを予め除去することで設けられた溝である。
 カバー絶縁膜CV2の上面は、ポリイミド膜からなるパッシベーション膜PIにより覆われている。ただし、開口部OP1の直上と、開口部OP1の近傍にはパッシベーション膜PIは形成されていない。
 次に、トランジスタ領域1Bの構造について以下に説明する。
 エピタキシャル基板EPの上面には、複数の溝が形成されており、当該複数の溝のそれぞれの内側には素子分離領域RLが埋め込まれている。隣り合う素子分離領域RLにより挟まれた領域はアクティブ領域であり、アクティブ領域では、エピタキシャル基板EPの上面が素子分離領域RLに覆われていない。
 エピタキシャル基板EPの下面には、アクティブ領域の直下において、N型の半導体層である埋込N型層CNが形成されている。つまり、エピタキシャル基板EPと半導体基板SBとの界面に接するエピタキシャル基板EP内には、埋込N型層CNが形成されている。エピタキシャル基板EP内には、埋込N型層CNの端部から、エピタキシャル基板EPの主面に亘って、N型の半導体層であるコンタクトN型層CCNが形成されている。つまり、コンタクトN型層CCNの一部はエピタキシャル基板EPの主面に形成され、他の一部は埋込N型層CNに接続されている。
 埋込N型層CNには、N型の不純物(例えばSn(アンチモン))が導入されており、コンタクトN型層CCNには、N型の不純物(例えばP(リン))が導入されている。埋込N型層CNはバイポーラトランジスタTRのコレクタ層を構成する。
 アクティブ領域の横のエピタキシャル基板EPの下面には、P型の半導体層である埋込P型層SPが形成されている。埋込P型層SPの直上のエピタキシャル基板EPの主面の一部には、素子分離領域RLに覆われていない領域が存在し、当該領域の上面から埋込P型層SPに亘って、P型層PLが形成されている。エピタキシャル基板EPの主面近傍において、P型層PLは、横方向において並ぶ素子分離領域RLにより挟まれている。
 埋込P型層SPおよびP型層PLには、P型の不純物(例えばB(ホウ素))が導入されている。埋込P型層SPおよびP型層PLは、エピタキシャル基板EPに複数並んで形成される半導体素子同士を分離するために設けられた素子分離層である。
 埋込N型層CNの直上のエピタキシャル基板EPの主面には、素子分離領域RLよりも形成深さが浅いP型層BPおよびP型層GPが並んで形成されている。P型層BPおよびP型層GPは、エピタキシャル基板EPの主面にP型の不純物(例えばB(ホウ素))を注入して形成したP型の半導体層であり、P型層BPよりもP型層GPの方が不純物濃度が高い。P型層BPは、一対のP型層GPに挟まれており、P型層BPと、当該一対のP型層GPとは互いに接している。P型層BPおよびP型層GPのそれぞれの形成深さはほぼ同一である。P型層BPはバイポーラトランジスタTRのベース層を構成する。P型層GPは、ベース層であるP型層BPに電位を供給する接続層である。
 P型層BPの上面の一部には、N型層ENが形成されている。N型層ENは、N型の不純物(例えばAs(ヒ素))が導入された半導体層であり、バイポーラトランジスタTRのエミッタ層を構成する。N型層ENはP型層BPよりも形成深さが浅い。N型層ENの横のエピタキシャル基板EPの主面には、P型層BPの一部が形成されている。
 エピタキシャル基板EPの主面の大部分は、絶縁膜IF3により覆われている。絶縁膜IF3は酸化シリコン膜からなる。絶縁膜IF3は、P型層PL、コンタクトN型層CCNおよびN型層ENのそれぞれの直上で開口している。アクティブ領域において、P型層BPの直上にはエミッタ電極EDが形成されている。エミッタ電極EDはエミッタ層であるN型層ENの上面に直接接しており、N型層ENの横のP型層BPの直上には、絶縁膜IF3および絶縁膜IF4を順に介してエミッタ電極EDの一部が形成されている。つまり、絶縁膜IF3上に絶縁膜IF4が形成され、絶縁膜IF4の上にエミッタ電極EDの一部が形成されており、絶縁膜IF3およびIF4には、N型層ENの直上において開口部を有しており、当該開口部内にエミッタ電極EDの他の一部が埋め込まれている。
 また、上記アクティブ領域の端部であって、平面視において埋込N型層CNと重ならない領域では、絶縁膜IF3上に絶縁膜IF4を介して反転防止用プレートFPが形成されている。反転防止用プレートFPおよびエミッタ電極EDのそれぞれは、ヒューズ素子FEと同様に、N型のポリシリコン膜と、当該ポリシリコン膜上の金属含有膜との積層構造を有する。なお、図では当該積層構造を構成する膜同士の境界を示していない。また、ヒューズ素子FE、反転防止用プレートFPおよびエミッタ電極EDのそれぞれは、ポリシリコン膜のみにより構成されていてもよい。
 絶縁膜IF4、絶縁膜IF3、反転防止用プレートFPおよびエミッタ電極EDを覆うように、エピタキシャル基板EP上には層間絶縁膜IL1が形成されている。層間絶縁膜IL1には複数のコンタクトホールが開口されており、それぞれのコンタクトホール内には、コンタクトプラグCPが埋め込まれている。複数のコンタクトプラグCPのそれぞれは、絶縁膜IF3を貫通して、P型層PLの上面、コンタクトN型層CCNの上面またはP型層GPの上面に接続されている。また、他の複数のコンタクトプラグCPは、エミッタ電極EDの上面または反転防止用プレートFPの上面に接続されている。
 層間絶縁膜IL1上には、複数の配線M1と、複数の配線M1を覆う層間絶縁膜IL2とが形成されている。複数の配線M1のそれぞれは、複数のコンタクトプラグCPのいずれかの上面に接続されている。層間絶縁膜IL2を貫通する複数のビアホールのそれぞれの内部には、配線M1の上面に接続されたビアV1が形成されている。層間絶縁膜IL2上には、ビアV1を介して配線M1に電気的に接続された配線M2と、層間絶縁膜IL2の上面および配線M2を覆うカバー絶縁膜CV1と、カバー絶縁膜CV1の上面を覆うカバー絶縁膜CV2とが形成されている。また、カバー絶縁膜CV2の上面は、パッシベーション膜PIにより覆われている。
 トランジスタ領域1Bには、エミッタ層であるN型層ENと、ベース層であるP型層BPと、コレクタ層である埋込N型層CNとを有するNPN型のバイポーラトランジスタTRが形成されている。ヒューズ領域1Aに形成されたヒューズ素子FEの一方の端部は、コンタクトプラグCP、配線M1、ビアV1および配線M2などを介して、バイポーラトランジスタTRのエミッタ電極EDに接続されている。また、ヒューズ素子FEのもう一方の端部は、コンタクトプラグCP、配線M1、ビアV1および配線M2などを介して、バイポーラトランジスタTRのコレクタ層であるP型層BPに接続されている。
 ヒューズ素子FEは、バイポーラトランジスタTRのエミッタとコレクタとの間に直列に接続されているため、ヒューズ素子FEが導通している限り、バイポーラトランジスタTRのエミッタとコレクタとは同電位となるため、バイポーラトランジスタTRはオン状態にならない。つまり、半導体装置の製造工程において、ヒューズ素子FEを切断するか否かを選択することで、バイポーラトランジスタTRを使用するか否かを選択することができる。ヒューズ素子FEを切断すればバイポーラトランジスタTRのエミッタとコレクタとに異なる電位を印加することができるため、バイポーラトランジスタTRを回路においてスイッチング素子または増幅用の素子などとして使用することができる。
 ヒューズ素子FEを切断する際には、図2のヒューズ領域1Aに形成されたヒューズ素子FEの中央部(延在部)に対し、上方からレーザー光を照射する。本願では、レーザー照射によりヒューズ素子FEを切断することをレーザートリミングと呼ぶ。レーザートリミング工程では、層間絶縁膜IL1、IL2により覆われたヒューズ素子FEの上方からレーザー照射を行うため、ヒューズ素子FEの直上の層間絶縁膜IL1、IL2も除去される。以下では、図3および図4を用いて、レーザートリミングを行った場合の本実施の形態の半導体装置の構造について説明する。図4では、ヒューズ領域を拡大して示し、図を分かりやすくするため、層間絶縁膜IL2よりも上の膜などの図示を省略している。
 図3では、素子分離領域RL上に複数並ぶヒューズ素子FEのうち、1つのヒューズ素子がレーザートリミングにより切断されている。レーザー照射により切断する部分は、X方向に延在するヒューズ素子FEの長手方向における端部ではなく、延在部の中央部分である。レーザートリミングによりヒューズ素子FEの一部は除去され、ヒューズ素子FEの当該一部が除去された領域では、素子分離領域RLの上面がヒューズ素子FEおよび絶縁膜TCから露出している。
 ここで、ヒューズ素子FEの下に形成されている絶縁膜TCも一部が除去されており、絶縁膜TCの当該一部が除去された領域と、絶縁膜TCが残っている領域との境界近傍において、絶縁膜TCの端部がヒューズ素子FEから露出している。つまり、平面視において、絶縁膜TCの端部はヒューズ素子FEに対して重なっておらず、ヒューズ素子FEよりもレーザー照射部に近い領域で終端している。言い換えれば、レーザートリミングによる絶縁膜TCの後退量は、レーザートリミングによるヒューズ素子FEの後退量よりも小さい。
 図4に示すように、レーザートリミングを行った領域では、ヒューズ素子FEのみでなく、ヒューズ素子FEの下の絶縁膜TC、ヒューズ素子FEの上の層間絶縁膜IL1およびIL2のそれぞれの一部が除去され、これにより絶縁膜TC、ヒューズ素子FE、層間絶縁膜IL1およびIL2を含む積層膜を貫通する開口部OP2が形成される。開口部OP2の底部には、素子分離領域RLの上面が露出している。開口部OP2により、ヒューズ素子FEは切断(分断)されている。
 開口部OP2内の側壁において露出する層間絶縁膜IL1、IL2および絶縁膜TCの側壁は、ヒューズ素子FEに比べてテーパーがついている。レーザートリミングにより切断されたヒューズ素子FEの断面、つまりヒューズ素子FEの側壁は、エピタキシャル基板EPの主面に対して垂直な角度に近い角度を有している。これに対し、開口部OPに露出する層間絶縁膜IL1、IL2および絶縁膜TCの側壁は、エピタキシャル基板EPの主面に対して90℃よりも低い角度を有している。
 すなわち、開口部OP2において、層間絶縁膜IL1、IL2および絶縁膜TCのそれぞれは、下方から上方に向かうに従って開口幅が広くなっている。このため、開口部OP2において、ヒューズ素子FEの端部に比べて、絶縁膜TCの端部は、ヒューズ素子FEおよび絶縁膜TCが除去された領域、つまりレーザー照射部の中心に近い位置で終端している。言い換えれば、開口部OP2の側壁に形成されたヒューズ素子FEの端部よりも、開口部OP2の側壁に形成された絶縁膜TCの端部の方が、平面視における開口部OP2の中心に近い位置で終端している。
 レーザートリミング工程では、レーザー光を層間絶縁膜IL1、IL2越しにヒューズ素子FEに照射することで、ヒューズ素子FEが熱を吸収し、これによりヒューズ素子FEの一部が気化して排気される。このように、ヒューズ素子FEの一部が除去されることで、ヒューズ素子FEは高抵抗化し、電気的に絶縁された状態となる。このようにして、ヒューズ素子FEは切断される。ヒューズ素子FEが気化して排気される際には、ヒューズ素子FE上の層間絶縁膜IL1、IL2も一部が除去されて開口する。
 ここで、絶縁膜TCは素子分離領域RLまたは絶縁膜IF3などを構成する酸化シリコン膜よりも熱伝導率が高い膜である。よって、レーザートリミング工程では、レーザー照射時に絶縁膜TCに熱が伝導するため、絶縁膜TCも気化する。
 以下に、本実施の形態の半導体装置の効果について、図23、図24に示す比較例の半導体装置を用いて説明する。図23は、比較例の半導体装置の断面図であって、レーザートリミングを行っていないヒューズ素子を含む断面図である。図24は、比較例の半導体装置の断面図であって、レーザートリミングを行ったヒューズ素子を含む断面図である。なお、図23および図24では、バイポーラトランジスタを示していない。図23および図24では、ヒューズ領域を拡大して示し、図を分かりやすくするため、層間絶縁膜IL2よりも上の膜などの図示を省略している。
 図23および図24に示すように、比較例のヒューズ素子FEaおよびその近傍の構造は、図1~図4を用いて説明した本実施の形態のヒューズ素子とほぼ同様の構造を有している。ただし、比較例の半導体装置では、ヒューズ素子FEaは素子分離領域RLの上面に接して形成されており、ヒューズ素子FEaと素子分離領域RLとの間に絶縁膜TC(図2~図4参照)が形成されていない点で、本実施の形態とは異なる。言い換えれば、比較例において、ヒューズ素子FEaと素子分離領域RLとの間に、酸化シリコン膜よりも熱伝導率が高い絶縁膜は形成されていない。
 このような比較例のヒューズ素子FEaに対してレーザートリミングを行った場合、ヒューズ素子FEaの一部が残渣として残ること、または、一旦気化したヒューズ素子FEaの一部が素子分離領域RLの上面に付着して堆積されることが考えられる。これらの場合、ヒューズ素子FEaが除去された領域であって素子分離領域RLの上面上に、導電性のある残留物REが形成される。
 これは、レーザートリミング工程において、残留物REが残らないようにヒューズ素子FEaを除去し、かつ、素子分離領域RLが破壊されて異常形状となることを防ぐことが困難であることに起因する。つまり、レーザー照射の精度を高めることは困難であり、また、ヒューズ素子FEa上であって開口部OP1の下の層間絶縁膜IL1、IL2の膜厚の精度を高めることは困難である。
 このため、例えばレーザー光の出力が過度に小さい場合、またはヒューズ素子FEa上の層間絶縁膜IL1、IL2の膜厚が大きい場合などには、ヒューズ素子FEaが十分に気化されず、また、気化したヒューズ素子FEaの一部が冷えて素子分離領域RLの上面に付着することが考えられる。ここで、レーザー照射により分断したヒューズ素子FEaの両側のコンタクト部の間に導電性のある残留物REが付着すると、残留物REがヒューズ素子FEaの両側のコンタクト部同士の間のリーク経路となる虞がある。つまり、レーザートリミングにより切断したはずのヒューズ素子FEaが残留物REにより導通することで、半導体装置が正常に動作しなくなる問題が生じる。
 また、レーザー光の出力が過度に大きい場合には、ヒューズ素子FEaは確実に除去されるが、素子分離領域RLの表面がレーザー照射により破壊されて異常形状となり、製品の歩留まりが低下する虞がある。
 また、残留物REによりヒューズ素子FEaがリークすることを防ぐ方法として、ヒューズ素子FEaの延在する長さを大きくし、レーザー光を照射する範囲(スポットサイズ)を広くすることが考えられる。その場合、レーザー照射により分断されたヒューズ素子FEaを構成する導電膜同士の間に残留物REが付着しても、リーク経路が形成される可能性を低下させ、または残留物REによるリーク経路の抵抗値を高めることができるように思える。
 しかし、一度に行うレーザー照射におけるレーザー光の照射範囲を拡げることは困難である。また、レーザー光の照射位置をずらして複数回レーザー照射をすると、レーザー光の照射範囲が重なる位置では過度なレーザー照射により素子分離領域RLが破壊される虞がある。また、レーザー光の照射範囲が重ならない場合、複数のレーザー照射領域同士の間において、レーザー照射がされない領域にヒューズ素子FEの一部が残り、これがリークの原因となる。これらの問題の発生を防ぐために、隣接する領域に精度良く照射位置をずらして複数回レーザー照射を行うことは困難である。
 これに対し、本実施の形態の半導体装置では、図2に示すように、ヒューズ素子FEと素子分離領域RLとの間に、熱伝導率の高い材料からなる絶縁膜TCを設けている。ヒューズ素子FEの下に設けられた絶縁膜TCは、レーザートリミング工程においてヒューズ素子FEと共に除去される。
 これにより、ヒューズ素子FEの残渣などからなる導電性のある残留物RE(図24参照)は、ヒューズ素子FEを除去した領域の下の素子分離領域RLの上面に付着しにくくなるため、レーザートリミングを行ったヒューズの抵抗値が残留物REによって下がることに起因してリークが起きることを防ぐことができる。
 これは、レーザー照射によりヒューズ素子FEが過熱された際に、熱伝導率が高い絶縁膜TCにヒューズ素子の熱が伝わることで、ヒューズ素子FEおよび絶縁膜TCが気化するためである。これにより、絶縁膜TCの気化圧により、ヒューズ素子FEの下側からヒューズ素子FEの気化(揮発)が促進され、より確実にヒューズ素子FEを除去することができる。また、絶縁膜TCは絶縁体からなるため、絶縁膜TCの一部が気化しきれずに残留物として素子分離領域RLの上面に付着して残ったとしても、ヒューズ素子FEのリークの原因とならない。よって、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
 また、絶縁膜TCと素子分離領域RLは、素子分離領域RLを構成する酸化シリコン膜に対する密着性が、酸化シリコン膜に対するポリシリコン膜の密着性よりも低い膜であるため、レーザー照射時に絶縁膜TCは素子分離領域RLの方面から剥がれて除去されやすい。したがって、ヒューズ素子FEおよび絶縁膜TCを除去するレーザートリミング工程において、絶縁膜TCと共に下地の素子分離領域RLの表面の一部が剥がれ、素子分離領域RLが異常形状となることを防ぐことができる。よって、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
 また、図24では、レーザー照射により分断されたヒューズ素子FEaの間のリーク経路は、素子分離領域RLの上面のみであり、比較的短い。これに対して本実施の形態では、図4に示すように絶縁膜TCを設け、かつ絶縁膜TCの一部がレーザートリミングにより除去されている。ここでは、絶縁膜TCを設けているため、レーザー照射により分断されたヒューズ素子FEの間でリーク電流が流れ得る経路は、比較例に比べて長くなっている。
 つまり、開口部OP2におけるヒューズ素子FEの一方の終端部から、絶縁膜TCのテーパーがついた側壁および素子分離領域RLの上面に沿って他方のヒューズ素子FEの終端部まで達するまでの経路の長さは、図24に示す比較例において、ヒューズ素子FEaの一方の終端部から、素子分離領域RLの上面のみに沿って他方のヒューズ素子FEaの終端部まで達するまでの経路よりも長い。
 よって、本実施の形態のレーザートリミングにより分断されたヒューズ素子FEの間の残留物RE(図24参照)が付着したとしても、リーク電流が流れるための経路が長くなるため、残留物REによる短絡などを防ぎ、リークの発生を防ぐことができる。また、リーク経路を延伸することができるため、レーザートリミングを行ったヒューズの抵抗値がリークにより低下することを防ぐことができる。これにより、当該ヒューズ素子FEに接続された回路が正常に動作しなくなることを防ぐことができる。したがって、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
 <半導体装置の製造方法について>
 本実施の形態の半導体装置の製造方法を、図5~図13を参照して説明する。
 図5~図13は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の断面図である。図5~図13においては、各図の左側にヒューズ領域1Aを示し、右側にトランジスタ領域1Bを示している。ヒューズ領域1Aにはヒューズ素子が、トランジスタ領域1Bにはバイポーラトランジスタが、それぞれ形成される様子を示す。
 まず、図5に示すように、B(ホウ素)を含むP型の半導体基板SBを用意する。その後、トランジスタ領域1Bの半導体基板SBの上面の一部にN型の不純物であるSb(アンチモン)をイオン注入し、トランジスタ領域1Bの半導体基板SBの上面の他の一部にP型の不純物であるB(ホウ素)をイオン注入し、その後、半導体基板SBを熱処理する。続いて、半導体基板SB上に、エピタキシャル成長法を用いて、エピタキシャル基板EPを形成する。
 エピタキシャル基板EPは主に、P(リン)を含み、比較的不純物濃度の薄いN型の半導体からなる。ただし、トランジスタ領域1Bのエピタキシャル基板EPの下面においては、B(ホウ素)をイオン注入した半導体基板SBの上面の直上に、B(ホウ素)を含む埋込P型層SPが形成されている。また、トランジスタ領域1Bのエピタキシャル基板EPの下面においては、Sb(アンチモン)をイオン注入した半導体基板SBの上面の直上に、Sb(アンチモン)を含む埋込N型層CNが形成されている。
 次に、図6に示すように、埋込P型層SPの直上のエピタキシャル基板EP内に、素子間の分離の役割を有するP型層PLを形成する。P型層PLは、エピタキシャル基板EPの主面に対するB(ホウ素)のイオン注入、および、熱押込みにより形成することができる。その後、エピタキシャル基板EPの主面に対するN型の不純物(例えばP(リン))のイオン注入、および、熱押込みにより、エピタキシャル基板EP内にコンタクトN型層CCNを形成する。コンタクトN型層CCNおよびP型層PLはいずれを先に形成してもよい。
 P型層PLは、埋込P型層SPの直上において、埋込P型層SPの上端からエピタキシャル基板EPの主面に亘って形成される。コンタクトN型層CCNは、埋込N型層CNの端部の直上において、埋込N型層CNの上端からエピタキシャル基板EPの主面に亘って形成される。コンタクトN型層CCNは、埋込N型層CNにエピタキシャル基板EPの主面側から電位を供給するためのコンタクト層である。
 次に、図7に示すように、エピタキシャル基板EPの主面上に熱酸化法などを用いて酸化シリコン膜からなる絶縁膜IF1を形成した後、絶縁膜IF1上に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて、窒化シリコン膜などからなる絶縁膜IF2を形成する。その後、絶縁膜IF2、IF1からなる積層膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング法を用いてパターニングする。
 当該積層膜は、ヒューズ領域1Aにおいてヒューズ素子のパターンを形成する箇所では全て除去される。また、当該積層膜は、トランジスタ領域1Bでは、埋込N型層CNの直上およびその近傍の領域のエピタキシャル基板EPの主面を覆い、さらに、当該領域から離間した領域において、P型層PLの上面を覆っている。埋込N型層CNの直上およびその近傍の領域と、P型層PLの上面との間のエピタキシャル基板EPの主面を覆っていた上記積層膜は除去される。
 続いて、上記積層膜をマスクとしてドライエッチングを行うことで、エピタキシャル基板EPの主面をエッチバックし、これにより複数の溝を形成する。図に示すヒューズ領域1Aでは、エピタキシャル基板EPの主面が全面的に後退する。
 次に、図8に示すように、酸化処理を行い、上記複数の溝内に酸化シリコン膜からなる素子分離領域RLを形成する。これにより上記複数の溝内は、素子分離領域RLにより埋め込まれる。その後、絶縁膜IF2を除去する。トランジスタ領域1Bにおいて隣り合う素子分離領域RLに挟まれた活性領域と、P型層PLの上面とは、絶縁膜IF1により覆われている。
 次に、図9に示すように、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を用いて、トランジスタ領域1Bの埋込N型層CNの直上のエピタキシャル基板EPの主面に、P型の不純物(例えばB(ホウ素))を打ち込むことにより、P型層BPを形成する。続いて、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を用いて、トランジスタ領域1Bの埋込N型層CNの直上のエピタキシャル基板EPの主面に、P型の不純物(例えばB(ホウ素))を打ち込むことにより、横方向においてP型層BPを挟む一対のP型層GPを形成する。
 P型層GPはP型層BPと接しており、P型層BPよりもP型層GPの方が不純物濃度は高い。このとき、ヒューズ領域1AにはP型の半導体層は形成されない。P型層BPおよびP型層GPは、素子分離領域RLよりも形成深さが浅い。
 次に、図10に示すように、エピタキシャル基板EPの主面上に、酸化シリコン膜からなる絶縁膜IF3を形成する。絶縁膜IF3は、活性領域上に形成され、素子分離領域RL上には殆ど形成されない。その後、例えばCVD法を用いて、エピタキシャル基板EPの主面上に絶縁膜IF4を形成する。絶縁膜IF4の膜厚は例えば50~4000Åである。ここでは、絶縁膜IF4を1500Åの膜厚で形成する。ヒューズ領域1Aでは、素子分離領域RLの上面を覆うように絶縁膜IF4を形成する。トランジスタ領域1Bでは、素子分離領域RLおよび絶縁膜IF3の上面を覆うように絶縁膜IF4を形成する。
 絶縁膜IF4は、窒化シリコン膜または炭化シリコン膜からなる。絶縁膜IF4を構成する窒化シリコン膜または炭化シリコン膜はいずれも、素子分離領域RLおよび絶縁膜IF3を構成する酸化シリコン膜よりも熱伝導率が高い膜である。具体的には、酸化シリコンの熱伝導率は1.38(W/m・K)であり、窒化シリコンの熱伝導率は20~28(W/m・K)であり、炭化シリコンの熱伝導率は150~170(W/m・K)である。
 また、絶縁膜IF4を構成する窒化シリコン膜または炭化シリコン膜はいずれも、素子分離領域RLおよび絶縁膜IF3を構成する酸化シリコン膜に対する密着性が比較的低い膜である。具体的には、酸化シリコン膜に対するヒューズ素子(ポリシリコン膜)の密着性よりも、酸化シリコン膜に対する絶縁膜IF4の密着性の方が低い。
 物質間の密着性は、密着する物質同士の熱膨張係数または線膨張率の差が大きいほど低いと考えられる。ここで、酸化シリコン(SiO)の熱膨張係数は0.51~0.58(×10-6/K)であるのに対して、シリコン(Si)は、2.4(×10-6/K)であり、窒化シリコン(SiN)は、3~3.5(×10-6/K)であり、炭化シリコン(SiC)は、4~4.5(×10-6/K)である。よって、Si膜よりSiN膜またはSiC膜の方が、SiO膜の表面に対する密着性が低く、SiO膜の表面から剥がれやすい。
 次に、図11に示すように、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング法を用いて、トランジスタ領域1Bの絶縁膜IF4の一部を除去し、その後、絶縁膜IF4をマスクとしてウェットエッチングを行うことで、絶縁膜IF3の一部を除去する。これにより、P型層BPの上面の一部を露出させる。
 続いて、エピタキシャル基板EPの主面上に、例えばCVD法を用いてポリシリコン膜PSを形成する。その後、成膜したポリシリコン膜PSに対して、イオン注入法を用いてN型の不純物(例えばAs(ヒ素))を比較的高い濃度で打ち込むことで、ポリシリコン膜PSはN型の半導体膜となる。ここでは、ポリシリコン膜PSのシート抵抗ρsが1~5000Ω/□となるように不純物の注入量を調整する。また、ここでは、ポリシリコン膜PSを200~5000Åの膜厚で形成する。トランジスタ領域1Bでは、露出したP型層BPの上面にポリシリコン膜PSが接する。
 その後、熱処理を行うことで、ポリシリコン膜PS内のN型不純物を、P型層BPの上面に拡散させる。これにより、P型層BP内に、N型の不純物(例えばAs(ヒ素))を含むN型層ENを形成する。N型層ENはP型層BPよりも形成深さが浅い。N型層ENの上面は、ポリシリコン膜PSに接している。
 次に、図12に示すように、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング方を用いて、ポリシリコン膜PSおよび絶縁膜IF4を加工する。これにより、絶縁膜IF3および素子分離領域RLのそれぞれの上面が露出する。当該加工により、ヒューズ領域1Aでは、ポリシリコン膜PSからなるヒューズ素子FEが形成される。ヒューズ素子FEは、平面視において1方向に延在するパターンを有し、当該パターンの長手方向における両端部には、同方向における中央の延在部よりも幅が広いコンタクト部のパターンが形成される。ヒューズ素子FEの平面レイアウトは、図1に示す通りである。ここで、ヒューズ素子FEの下の絶縁膜IF4は、ヒューズ素子FEと同様のパターンに加工され、これにより、絶縁膜IF2からなる絶縁膜TC(図12参照)が形成される。
 上記工程により、トランジスタ領域1Bでは、活性領域以外のポリシリコン膜PSおよび絶縁膜IF4は除去される。また、活性領域内において、活性領域の端部の領域およびP型層BPの直上の領域以外の領域のポリシリコン膜PSおよび絶縁膜IF4は除去される。活性領域の端部では、エピタキシャル基板EP上に、絶縁膜IF3、IF4を順に介して、ポリシリコン膜PSからなる反転防止用プレートFPが形成される。
 また、P型層BPの直上には、ポリシリコン膜PSからなるエミッタ電極EDが形成される。N型層ENの直上の領域の横では、エピタキシャル基板EPの主面上に、絶縁膜IF3、IF4を順に介してエミッタ電極EDの一部が形成されている。N型層ENの直上には、絶縁膜IF3、IF4は形成されておらず、エピタキシャル基板EPの主面に接するエミッタ電極EDの一部が形成されている。
 図12を用いて説明した工程により、トランジスタ領域1Bに、縦型のバイポーラトランジスタTRが形成される。つまり、バイポーラトランジスタTRは、エミッタ層であるN型層ENと、ベース層であるP型層BPと、コレクタ層である埋込N型層CNとを有するNPN型のトランジスタである。
 次に、図13に示すように、例えばCVD法を用いて、エピタキシャル基板EPの主面上に層間絶縁膜IL1を形成することで、絶縁膜TC、IF4、ヒューズ素子FE、エミッタ電極EDおよび反転防止用プレートFPなどを覆う。その後、層間絶縁膜IL1を貫通するコンタクトホールを複数形成した後、それらのコンタクトホールのそれぞれの内側を、主にW(タングステン)からなるコンタクトプラグCPにより埋め込む。
 ヒューズ領域1Aにおいて、コンタクトプラグCPは、ヒューズ素子FEの両端の上面のそれぞれに接続される。トランジスタ領域1Bにおいて、複数のコンタクトプラグCPのそれぞれは、絶縁膜IF4を貫通して、P型層PLの上面、コンタクトN型層CCNの上面またはP型層GPの上面に接続される。また、他の複数のコンタクトプラグCPは、エミッタ電極EDの上面または反転防止用プレートFPの上面に接続される。
 続いて、例えばスパッタリング法を用いて層間絶縁膜IL1およびコンタクトプラグCPのそれぞれの上に金属膜を形成した後、当該金属膜をパターニングすることで、当該金属膜からなる配線M1を形成する。配線M1は例えばAl(アルミニウム)膜からなり、ヒューズ領域1Aおよびトランジスタ領域1Bの複数のコンタクトプラグCPのそれぞれに接続される。層間絶縁膜IL1は例えば酸化シリコン膜からなる。
 続いて、層間絶縁膜IL1および配線M1のそれぞれを、例えばCVD法により形成した層間絶縁膜IL2により覆う。層間絶縁膜IL2は例えば酸化シリコン膜からなる。その後、層間絶縁膜IL2を貫通するビアホールを複数形成した後、それらのビアホールのそれぞれの内側を、主にW(タングステン)からなるビアV1により埋め込む。複数のビアV1のそれぞれは、配線M1の上面に接続される。
 続いて、層間絶縁膜IL2上に、配線M1と同様にして配線M2を形成する。配線M2は、配線M1よりも膜厚が大きい。複数の配線M2のそれぞれは、ビアV1の上面に接続される。
 続いて、層間絶縁膜IL2上に、配線M2を覆うように、例えばCVD法を用いて、カバー絶縁膜CV1、CV2を順に形成する。カバー絶縁膜CV1は、例えば酸化シリコン膜からなり、カバー絶縁膜CV2は、例えばSiON(窒酸化シリコン)膜からなる。
 続いて、ヒューズ素子FEに対してレーザー照射を行う場合のレーザー照射部よりも広い範囲において、当該レーザー照射部およびその近傍のカバー絶縁膜CV2、CV1と、層間絶縁膜IL2の一部とを除去することで、開口部OP1を形成する。開口部OP1を形成する上記除去工程は、例えばフォトリソグラフィ技術およびドライエッチング法を用いて行う。開口部OP1は、平面視において、ヒューズ素子FEの延在部、つまり、レーザー照射部と重なる位置に形成される。開口部OP1の底面からヒューズ素子FEの上面までの距離は、例えば500~8000Åである。
 続いて、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング法を用いて、図示しない領域において、カバー絶縁膜CV2、CV1を除去することで、パッドとなる配線M2を露出させる。続いて、カバー絶縁膜CV2上に、ポリイミドからなるパッシベーション膜PIからなるパターンを形成する。以上により、本実施の形態の半導体装置を形成する。
 本実施の形態のヒューズ素子FEは、回路特性の調整または不良となった回路の排除などを行う場合に、必要に応じてレーザー光によって切断されるものである。レーザー照射によるヒューズ素子FEを切断する工程、つまりレーザートリミング工程では、以下のような条件でレーザー照射を行う。すなわち、ヒューズ素子FEを切断するために行うレーザー照射の条件は、例えば、照射エネルギーを0.1~0.6μJ、パルス幅を10~30ns、スポットサイズを10~40μmとするものである。
 本実施の形態の半導体装置の製造方法では、図13に示すように、ヒューズ素子FEと素子分離領域RLとの間に、熱伝導率の高い材料からなる絶縁膜TCを設けている。レーザートリミング工程を行う場合、ヒューズ素子FEの下に設けられた絶縁膜TCは、ヒューズ素子FEと共に除去される。これにより、図3に示すように開口部OP2が形成され、ヒューズ素子FEが切断される。以下では、比較例(図23および図24参照)を用いて、本実施の形態の半導体装置の製造方法の効果を説明する。
 比較例の半導体装置では、図23および図24を用いて説明したように、素子分離領域RLの上面に接するようにヒューズ素子FEaを形成することで、ヒューズ切断部に残留物REが付着する問題が生じる。つまり、残留物REがリーク経路となることで、切断を目的としてレーザートリミングを行ったヒューズ素子FEaが導通し、これにより半導体装置の信頼性が低下する問題が生じる。
 しかし、レーザートリミングを行ったヒューズ素子FEaにおけるリークの発生を防ぐ観点、および、レーザー照射により素子分離領域RLの表面が異常形状となることを防ぐ観点から、レーザートリミングには高い精度が要求される。これに対し、レーザートリミング工程においてレーザー照射の精度を高めることは困難であり、また、ヒューズ素子FEa上であって開口部OP1の下の層間絶縁膜IL1、IL2の膜厚の精度を高めることは困難である。つまり、残留物REが残らないようにヒューズ素子FEaを除去し、かつ、素子分離領域RLが破壊されて異常形状となることを防ぐことは困難である。このため、製品の良品率が低下することで、半導体装置の歩留まりが低下し、製造コストが増大する問題がある。
 これに対し、本実施の形態では、図13に示すヒューズ領域1A素子分離領域RL上に、熱伝導率が高く、酸化シリコン膜に対する密着性が低い絶縁膜TCを形成することにより、図1~図4、図23および図24を用いて説明した効果と同様の効果を得ることができる。また、リークの発生およびレーザー照射部の素子分離領域の異常形状の発生を防ぐことができるため、製品の良品率を高めることができる。よって、半導体装置の製造工程における歩留まりを高めることができ、半導体装置の製造コストを低減することができる。
 したがって、レーザートリミング工程におけるレーザー照射の精度、または、図13に示すヒューズ素子FE上であって開口部OP1の下の層間絶縁膜IL1、IL2の膜厚の精度などを高めなくても、切断したヒューズ素子FEがリークすることを防ぐことができる。つまり、レーザー照射の精度および、ヒューズ素子FE上の絶縁膜の膜厚の精度についてマージンを設けることができるため、半導体装置の製造工程が容易となり、これにより半導体装置の製造コストを低減することができる。
 また、本実施の形態では、図13に示すように、バイポーラトランジスタTRの一部である絶縁膜IF3と同層の膜により絶縁膜TCを形成することができる。また、バイポーラトランジスタTRの一部であるエミッタ電極EDおよび反転防止用プレートFPと同層の膜によりヒューズ素子FEを形成することができる。したがって、バイポーラトランジスタTRとヒューズ素子FEとのそれぞれの構造の一部を共通の工程で形成することができる。このため、バイポーラトランジスタTRとヒューズ素子FEとを同一の半導体チップ上に混載する場合に、製造工程を簡易化することができる。
 (実施の形態2)
 以下では、ヒューズ素子の下に熱伝導性の高い膜を形成し、さらに、ヒューズ素子の直下の素子分離領域の上面に凹部を形成することにより、リーク電流の発生を防ぐことについて、図14~図20を用いて説明する。本実施の形態は、レーザートリミングを行ったヒューズ素子の切断部において、リーク電流が流れ得るリーク経路を延長することで、リーク電流の発生を防ぐものである。図14~図18は、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。図14~図18では、図5~図13と同様にヒューズ領域1Aおよびトランジスタ領域1Bを示している。図19は、本実施の形態の半導体装置を示す平面図である。図20は、レーザートリミングを行った場合における図19のC-C線における断面図である。
 まず、図14に示すように、図5~図9を用いて説明した工程と同様の工程を行うことで、半導体基板SBおよびエピタキシャル基板EPからなる基板上に素子分離領域RLを形成し、当該基板内に、各種半導体層を形成する。
 続いて、フォトリソグラフィ技術と、ドライエッチング法またはウェットエッチング法とを用いて、ヒューズ領域1Aの素子分離領域RLの上面に凹部である溝D1を形成する。溝D1は、素子分離領域RLを貫通せず、素子分離領域RLの途中深さまで素子分離領域RLの上面の一部を後退させて形成した段差部である。溝D1の側壁は、エピタキシャル基板EPの主面に対して垂直な方向に沿って形成されていることが考えられる。
 ただし、ウェットエッチング法を用いて溝D1を形成した場合、溝D1の側壁はエピタキシャル基板EPの主面に対してテーパーがついていることが考えられる。つまり、溝D1の開口幅は、溝D1の底部から上方に向かうに従い広くなっていることが考えられる。図では、溝D1の側壁がエピタキシャル基板EPの主面に対して垂直に形成された構造を示している。溝D1は、レーザートリミング工程において、レーザー光を照射する領域に形成されている。例えば、溝D1は、ヒューズ素子FEの延在方向における中心部の直下に形成されている。この場合、ヒューズ素子FEの延在方向における中心部は、レーザー光の照射スポットの中心部である。
 次に、図15に示すように、図10を用いて説明した工程と同様の工程を行うことで、素子分離領域RL上に絶縁膜IF3を形成する。絶縁膜IF3の上面は、ヒューズ領域1Aの素子分離領域RL上において、溝D1の直上の領域を含めて平坦となっていることが望ましいが、図15に示すように、絶縁膜IF3の膜厚が比較的薄く、絶縁膜IF3が溝D1の側壁に沿って形成され、溝D1の直上の絶縁膜IF3の上面に溝が形成されていてもよい。
 次に、図16に示すように、図11を用いて説明した工程と同様の工程を行うことで、絶縁膜IF3上にポリシリコン膜PSを形成する。
 次に、図17に示すように、図12を用いて説明した工程と同様の工程を行うことで、バイポーラトランジスタTRと、ポリシリコン膜PSからなるヒューズ素子FEとを形成する。ヒューズ素子FEの上面は、溝D1の直上の領域を含めて平坦となっていることが望ましいが、図17に示すように、溝D1の直上のヒューズ素子FEの上面に溝が形成されていてもよい。
 次に、図18に示すように、図13を用いて説明した工程と同様の工程を行うことで、ヒューズ素子FEおよびバイポーラトランジスタTRを覆う層間絶縁膜IL1、IL2およびその他の配線などを形成することで、本実施の形態の半導体装置を形成する。ここで、図19に、本実施の形態の半導体装置の平面図を示す。図1と同様に、図19では複数のヒューズ素子FEを示し、それらのヒューズ素子FE上の層間絶縁膜および配線などの図示を省略している。
 図19では、溝D1(図18参照)の輪郭の一例を破線のパターンD2により示している。また、図19では、溝D1(図18参照)の輪郭の他の一例を2点鎖線のパターンD3により示している。図に破線で示すように、溝のパターンD2は、Y方向において並ぶヒューズ素子FEのそれぞれに対応して形成されていてもよい。つまり、各ヒューズ素子FEの直下の溝溝のパターンD2同士は、互いに離間している。これに対し、図に2点鎖線で示すように、Y方向において並ぶヒューズ素子FEのそれぞれが、Y方向に延在する1つの溝のパターンD3を共有していてもよい。つまり、1つの溝のパターンD3が、平面視において複数のヒューズ素子FEと重なっていてもよい。
 次に、図20を用いて、レーザートリミング工程においてレーザー光を照射した後のヒューズ素子FEの構造について説明する。レーザー光の照射条件は、前記実施の形態1と同様である。レーザー照射後には、図4を用いて説明したように、開口部OP2が形成される。ここでは、溝D1内に形成されていた絶縁膜TCが除去され、溝D1の内側の表面が露出している点で、図4とは異なる。
 本実施の形態では、前記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。また、以下に説明する効果を得ることができる。
 本実施の形態では、レーザー照射によりヒューズ素子FEおよび絶縁膜TCを除去した領域、つまり開口部OP2の底部において、素子分離領域RLの上面に溝D1が形成されている。すなわち、開口部OP2の底面では、溝D1の側壁および底面が露出している。比較例(図24参照)を用いて説明したように、切断したヒューズ素子FEの間の素子分離領域RLの上面は、リーク電流の経路になる場合がある。これに対し、本実施の形態では、溝D1を形成することで、当該リーク電流の経路を延長することができる。つまり、溝D1が形成されていることで、溝D1の横の素子分離領域RLの上面と、溝D1の底面とに対し、溝D1の内側の側壁が当該リーク電流の経路として加えられる。
 したがって、仮に導電性のある残留物RE(図24参照)が、ヒューズ素子FEを除去した領域の素子分離領域RLの上面に付着したとしても、リーク電流が流れるための経路が比較例に比べて長いため、残留物REによる短絡などを防ぎ、リークの発生を防ぐことができる。また、リーク経路を延伸することができるため、レーザートリミングを行ったヒューズの抵抗値がリークにより低下することを防ぐことができる。これにより、当該ヒューズ素子FEに接続された回路が正常に動作しなくなることを防ぐことができる。したがって、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
 また、上記の導電性のある残留物REは、レーザー照射によりヒューズ素子FEおよび絶縁膜TCが除去された素子分離領域RLの上面に対し、垂直に降下して堆積される。したがって、溝D1の側壁は、エピタキシャル基板EPの主面に対して垂直であることが好ましい。これは、溝D1の側壁が垂直に形成されている場合、素子分離領域RLの上面に対して垂直に降下して堆積される残留物REが、当該側壁に付着しにくいためである。よって、溝D1の側壁が垂直に形成されていれば、リーク経路が形成されることを効果的に防ぐことができる。溝D1の側壁を垂直に形成するためには、図14を用いて説明した工程において溝D1を形成する際に、ドライエッチング、つまり異方性エッチングを用いることが望ましい。
 <変形例について>
 以下に、図21および図22を用いて、本実施の形態の半導体装置の変形例について説明する。図21および図22は、本実施の形態の半導体装置の変形例の断面図である。図21では、レーザートリミングを行っていないヒューズ素子FEを拡大して示し、図22では、レーザートリミングを行ったヒューズ素子FEを拡大して示す。図21および図22では、図を分かりやすくするため、層間絶縁膜IL2よりも上の膜などの図示を省略している。本変形例と図18~図20に示す構造との違いは、図21および図22に示すように、溝D1の側壁が庇状になっている点である。
 すなわち、図21および図22に示すように、溝D1の側壁は、エピタキシャル基板EPの主面に対して逆テーパーのついた角度を有している。つまり、溝D1の開口幅は、溝D1の底部から上方に向かうに従って小さくなっている。すなわち、溝D1の側壁はオーバーハング形状を有している。
 上述したように、導電性のある残留物RE(図24参照)は、レーザー照射によりヒューズ素子FEおよび絶縁膜TCが除去された素子分離領域RLの上面に対し、垂直に降下して堆積される。したがって、図20に示すように、溝D1の側壁が垂直に形成されている場合に比べて、溝D1の側壁が庇状の形状を有していれば、溝D1の側壁に対する残留物REの付着をより効果的に防ぐことができる。よって、リーク経路が形成されることをより効果的に防ぐことができる。
 本実施の形態のように、溝D1の側壁を庇状に形成するためには、図14を用いて説明した工程において溝D1を形成する際に、ドライエッチング、つまり異方性エッチングを用いることが望ましい。
 以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
1A  ヒューズ領域
1B  トランジスタ領域
CP  コンタクトプラグ
CV1、CV2  カバー絶縁膜
EP  エピタキシャル基板
FE  ヒューズ素子
IF3、IF4  絶縁膜
IL1、IL2  層間絶縁膜
M1、M2  配線
OP  開口部
PI  パッシベーション膜
RL  素子分離領域
SB  半導体基板
TC  絶縁膜
TR  バイポーラトランジスタ

Claims (15)

  1.  半導体基板と、
     前記半導体基板上の第1絶縁膜と、
     前記第1絶縁膜上に形成された第2絶縁膜と、
     前記第2絶縁膜上に形成された、シリコンを含む導電膜と、
    を有し、
     前記導電膜は、ヒューズを構成し、
     前記第2絶縁膜は、前記第1絶縁膜よりも熱伝導率が高い、半導体装置。
  2.  請求項1記載の半導体装置において、
     前記第1絶縁膜に対する前記第2絶縁膜の密着性は、前記第1絶縁膜に対するシリコン膜の密着性よりも低い、半導体装置。
  3.  請求項1記載の半導体装置において、
    前記導電膜の直下の前記第1絶縁膜の上面には、溝が形成されており、
     前記溝内には、前記第2絶縁膜の一部が埋め込まれている、半導体装置。
  4.  請求項3記載の半導体装置において、
     前記溝の側壁は、前記半導体基板の主面に対して垂直に形成されている、半導体装置。
  5.  請求項3記載の半導体装置において、
     前記溝の側壁は、庇状に形成されている、半導体装置。
  6.  請求項1記載の半導体装置において、
     前記導電膜上には、第3絶縁膜が形成されており、
     前記第2絶縁膜、前記導電膜および前記第3絶縁膜からなる積層膜は開口部を有し、
     前記開口部により前記ヒューズは、切断されており、
     前記開口部の底面において、前記第1絶縁膜の上面が露出している、半導体装置。
  7.  請求項6記載の半導体装置において、
     前記開口部の前記底面において、前記第1絶縁膜の上面に形成された溝の側壁が露出している、半導体装置。
  8.  請求項6記載の半導体装置において、
     前記開口部内の側壁において、前記第2絶縁膜は、前記導電膜よりも、平面視における前記開口部の中央に近い位置で終端している、半導体装置。
  9.  請求項1記載の半導体装置において、
     前記第1絶縁膜は、酸化シリコンを含み、
     前記第2絶縁膜は、窒化シリコンまたは炭化シリコンを含む、半導体装置。
  10.  請求項1記載の半導体装置において、
     前記第1絶縁膜上に前記第2絶縁膜を介して形成された前記ヒューズを複数有し、
     複数の前記ヒューズのうちの一部の前記ヒューズは、切断されている、半導体装置。
  11. (a)半導体基板を用意する工程、
    (b)前記半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工程、
    (c)前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成する工程、
    (d)前記第2絶縁膜上に、シリコンを含む導電膜を形成する工程、
    を有し、
     前記導電膜は、ヒューズを構成し、
     前記第2絶縁膜は、前記第1絶縁膜よりも熱伝導率が高い、半導体装置の製造方法。
  12.  請求項11記載の半導体装置の製造方法において、
     前記第1絶縁膜に対する前記第2絶縁膜の密着性は、前記第1絶縁膜に対するシリコン膜の密着性よりも低い、半導体装置の製造方法。
  13.  請求項11記載の半導体装置の製造方法において、
    (b1)前記(c)工程の前に、前記第1絶縁膜の上面に溝を形成する工程をさらに有し、
     前記(c)工程では、前記溝内に前記第2絶縁膜の一部を埋め込む、半導体装置の製造方法。
  14.  請求項13記載の半導体装置の製造方法において、
     前記(b1)工程では、異方性エッチングにより前記溝を形成する、半導体装置の製造方法。
  15.  請求項11記載の半導体装置の製造方法において、
    (e)前記導電膜上に第3絶縁膜を形成する工程、
    (f)前記導電膜に対してレーザー照射を行うことで、前記第2絶縁膜、前記導電膜および前記第3絶縁膜からなる積層膜を貫通する開口部を形成し、これにより前記ヒューズを切断する工程、
    をさらに有し、
     前記開口部の底面において、前記第1絶縁膜の上面が露出している、半導体装置の製造方法。
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