JP2005032916A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体装置は、ヒューズ配線3と、該ヒューズ配線3上に絶縁膜8Bを介して溶断部1と、溶断部1とヒューズ配線3とを接続するプラグ7とを備える。ここで、溶断部1上に位置する絶縁膜8の厚み(T1)は、ヒューズ配線3上に位置する絶縁膜8の厚み(T2)よりも小さい。ヒューズ配線3上に位置する絶縁膜8は、レーザ照射によってヒューズ配線3が溶断されない程度に十分な厚さ(T2)を有する。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関し、特に、ヒューズ部を有する半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ヒューズ構造を有する従来の半導体装置としては、たとえば、特開平7−273200号公報(従来例1)に記載されたものなどが挙げられる。
【0003】
従来例1においては、半導体メモリの回路パターンの欠陥を修正するリペア技術として、チップ内に予備のメモリセル(冗長回路)を設け、本来のメモリセルの欠陥が出荷前に確認された場合には、所定のヒューズをレーザビームで切断することにより、欠陥が生じたメモリセルをラインから切り離す一方で、予備のメモリセルを有効な状態にする方法が開示されている。さらに、従来例1には、この方法で使用するヒューズ本体を微細化し、ヒューズ配置の間隔を狭くした場合にも、ヒューズの切断区域以外の絶縁膜などの損傷を最小限に迎え、かつ隣接するヒューズの切断を防止するために、並列に配置された複数のヒューズを有する半導体装置において、複数のヒューズを、ヒューズ切断用ビームを反射可能なアルミニウムなどからなる反射板で覆い、この反射板に、上記の各ヒューズに対応して複数のビーム照射窓を開口し、かつそれら複数のビーム照射窓の隣接する2つのビーム照射窓をヒューズの長手方向にずらして配置した半導体装置が開示されている。
【0004】
【特許文献1】
特開平7−273200号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような半導体装置においては、以下のような問題があった。
【0006】
ヒューズ切断の際には、レーザビームによる瞬間的な加熱により、該ヒューズは、酸化膜(絶縁膜)とともに爆発的に切断される。ここで、上記の爆発の衝撃により、切断される部分以外のヒューズ配線や絶縁膜にもダメージが与えられることが懸念される。
【0007】
ここで、従来例1においては、反射板の設置により、酸化膜のダメージを受ける領域を最小限にする思想が開示されているが、ヒューズと配線との距離を大きくして、配線がヒューズブローの影響を受けにくいものにする思想は開示されていない。
【0008】
また、上記とは別の観点から、従来例1におけるビーム照射窓を有する反射板の生成プロセスは、非常に手間がかかる非効率な工程である、という問題もある。
【0009】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、配線がヒューズブローの影響を受けにくい半導体装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置は、ヒューズ配線と、ヒューズ配線の上方に絶縁膜を介して形成されたヒューズ部と、ヒューズ配線とヒューズ部とを接続する接続部とを備える。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に基づく半導体装置の実施の形態について図1から図7を用いて説明する。
【0012】
(実施の形態1)
半導体装置のメモリセルアレイ部には、多数のメモリセルが形成され、該メモリセルは絶縁保護膜に覆われている。メモリセルアレイ部に隣接した位置には、メモリセルの動作制御を行う周辺回路が形成される周辺回路部が設けられ、該周辺回路部には、欠陥が生じたメモリセルをラインから切り離し、予備のメモリセルと置き換えるためのヒューズが設けられる。
【0013】
図1は、実施の形態1に係る半導体装置のヒューズ部分を示す平面図である。
また、図2および図3は、それぞれ図1におけるI−I断面、II−II断面を示す。
【0014】
本実施の形態に係る半導体装置は、図1から図3に示すように、絶縁膜8A上に形成されたヒューズ配線3と、該ヒューズ配線3の上方に絶縁膜8Bを介して形成されたヒューズ部としての溶断部1と、ヒューズ配線3と溶断部1とを接続する接続部としてのプラグ7とを備える。また、絶縁膜8B上には、溶断部1を覆うように、絶縁膜8Cが形成されている。なお、溶断部1を溶断する際は、該溶断部1に対して、ヒューズ配線3へと向かう方向にレーザビーム6(図2,図3中の矢印)が照射される。
【0015】
溶断部1は、たとえば多結晶シリコンやAl合金など、レーザビーム6で溶断しやすい材料によって構成されている。また、プラグ7の材質としては、たとえばタングステンが用いられる。
【0016】
また、溶断部1は、図1に示すように、千鳥配置され、ある溶断部を溶断する際に、他の溶断部がレーザ照射領域4に含まれないようになっている。これにより、切断すべき配線に近接する他の配線の溶断部にダメージを与えることがない。また、千鳥配置とすることで、配線間ピッチ5を小さくすることが可能となる。
【0017】
なお、該溶断部1の(平面)配置については、上記の千鳥配置に限定されるものではなく、たとえば、各々のヒューズ配線の溶断部を、ヒューズ配線の長手方向に重複しないように斜めに並べて設置すると、千鳥配置の場合に比べて、配線間ピッチ5をより小さくすることが可能である。
【0018】
絶縁膜8(8A,8B,8C)は、たとえば酸化膜(SiO2)などを含み、CVD(Chemical Vapor Deposition)法などにより形成されている。
【0019】
なお、上記のヒューズは、半導体装置のメモリセルアレイ部内の欠陥救済のために設けられ、欠陥セルが検出された時に溶断部1を切断することで欠陥セルに対応するアドレスを冗長セルに割り当てる。
【0020】
上記のヒューズの溶断部1をレーザ照射によって溶断すると、ダメージライン9(図2および図3参照)よりも上部の絶縁膜8は、溶断の際の瞬間的加熱によって吹き飛び(ヒューズブロー)、その結果、ダメージライン9よりも下部の絶縁膜8の内部にヒューズ配線3とプラグ7の一部とが残置することになる。なお、ダメージライン9は、図2および図3に示すように、略ガウス曲線を含む形状を有する。
【0021】
ここで、一般に、レーザ照射領域4は、図1に示すように、複数のヒューズ配線間にまたがるので、上記の瞬間的加熱により、溶断すべきヒューズに近接するヒューズ配線3にダメージを与えることが懸念される。
【0022】
従来の半導体装置においては、この問題に対し、ヒューズ間ピッチ5を大きくして、ある溶断部を溶断する際に、他の溶断部にダメージを与えないようにされている。このように、ヒューズ間ピッチ5を大きくすることで、半導体装置の小型化が抑制されることになる。
【0023】
これに対し、本実施の形態に係る半導体装置においては、溶断される前のヒューズ部において、図2および図3に示すように、異なるレイヤに形成された溶断部1とヒューズ配線3とをプラグ7によって接続する積層やぐら構造のヒューズを採用する。この際、溶断部1上に位置する絶縁膜8の厚み(T1)は、ヒューズ配線3上に位置する絶縁膜8の厚み(T2)よりも小さい。そして、ヒューズ配線3上に形成される絶縁膜8は、レーザ照射によってヒューズ配線3が溶断されない程度に十分な厚さ(T2)を有する。
【0024】
これにより、溶断部1の溶断の後においても、絶縁膜8が損傷しないマージン領域10を確保することができるので、切断すべき配線に近接するヒューズ配線が損傷するのを防止することができる。
【0025】
また、図3においては、ヒューズ配線3に溶断部1よりも耐熱性の大きい材質を用いるなどして、ヒューズ配線3の断面積を溶断部1の断面積よりも小さくした場合を示しているが、溶断部1とヒューズ配線3とを同材質で形成した場合には、溶断部1の断面積がヒューズ配線3の断面積よりも小さいことが好ましい。
ここで、ヒューズ配線3は、レーザ照射によって溶断されない程度に十分な断面積を有している。
【0026】
これにより、切断すべき配線に近接するヒューズ配線の損傷を防止することができる。
【0027】
なお、上記の断面積とは、ヒューズ配線3の延在方向に垂直な方向の断面(図3に示す方向の断面)における溶断部1個あたり、または、ヒューズ配線1本あたりの断面積を意味する。
【0028】
上記のヒューズ配線3および溶断部1の形成工程について、以下に説明する。第1の絶縁膜としての絶縁膜8A上に、所定のヒューズ配線3を形成し、該配線3上に、第2の絶縁膜としての絶縁膜8Bを形成する。次に、絶縁膜8Bにヒューズ配線3に達するようなコンタクトホールを設け、該コンタクトホール内にプラグ7を形成する。その後、絶縁膜8Bおよびプラグ7上に所定の溶断部1を形成し、さらに、絶縁膜8Bおよび溶断部1上に第3の絶縁膜としての絶縁膜8Cを形成する。
【0029】
ヒューズ配線3上に位置する絶縁膜8の厚さ(図2,図3中のT2)は、照射されるエネルギー量や、隣接ヒューズとの距離およびレーザ照射領域が重なり合うことなどを考慮して決定する。この厚さ(T2)の一例としては、たとえば、レーザ照射領域の直径が5μm、溶断部の材質が多結晶シリコン、ヒューズ配線の材質がロジウム化合物、溶断部の断面積が2.0μm2、ヒューズ配線の断面積が1.0μm2、配線間ピッチが3.0μm、プラグ7の高さが10μmである場合に、T2が15μm以上20μm以下程度である場合などが挙げられる。
ここで、溶断部1上に位置する絶縁膜8の厚さ(図2,図3中のT1)としては、たとえば3μm以上5μm以下程度である。
【0030】
絶縁膜8の成膜方法としては、SOG(Spin On Glass)を用いて回転しながら遠心力で成膜する方法や、スパッタリングしながらHDP(High Density Plasma)を用いてプラズマ励起させて成膜する方法などが考えられるが、レーザへの耐熱性向上の観点から、該絶縁膜8は、HDPによって形成された酸化膜(高密度絶縁酸化膜)を含むことが好ましい。
【0031】
HDPによって形成された酸化膜は、アモルファスに近い状態の結晶格子(複合結晶格子)を有し、分子間の結合力が強く、レーザへの耐熱性が大きい。したがって、ヒューズ配線3の損傷を防止しながら、絶縁膜8の膜厚をより小さくすることができる。
【0032】
(実施の形態2)
図4は、実施の形態2に係る半導体装置のヒューズ部分を示す平面図である。また、図5および図6は、それぞれ図4におけるIII−III断面、IV−IV断面を示す。
【0033】
本実施の形態に係る半導体装置は、実施の形態1に係る半導体装置の変形例であって、図4から図6に示すように、ヒューズ配線3上(レーザ照射方向(図5および図6中の矢印)の上流側)に、レーザを吸収するエネルギー吸収層としての中間層2を備えている。
【0034】
なお、中間層2を導電性の物質で形成する場合、該中間層2は、ヒューズ配線3上に、絶縁性を確保できる厚み(1μm以上2μm以下程度)の酸化膜を介して形成されている。
【0035】
このような中間層2を設けることで、入射するレーザビームのエネルギーを吸収することができるので、近接するヒューズ配線3に与えるダメージを抑制することができる。
【0036】
なお、その他の事項については、実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
【0037】
ここでエネルギー吸収層に用いる光吸収材質としては、たとえば、多結晶シリコンなどを用いることが可能である。
【0038】
この場合、中間層2の幅が、ヒューズ配線3の幅の2倍以上3倍以下程度であり、該中間層2の厚さが、ヒューズ配線3の厚さの2倍以上10倍以下程度(より好ましくは2倍以上5倍以下程度)であれば、レーザのエネルギーを吸収して、ヒューズ配線3の切断を防止することができる。
【0039】
また、この中間層2において、上述した多結晶シリコンに対し、さらに小さな断面積で大きなエネルギーを吸収することができる材質としては、錫および錫合金、黒色ロジウムおよび黒色クロム、およびこれらの物質の化合物などが挙げられる。
【0040】
また、上記の中間層2を、レーザを反射するレーザ反射層としてもよいし、エネルギー吸収層とレーザ反射層の両方を設置する構造としてもよい。該吸収層および反射層の両方を設置する場合は、エネルギー吸収層の上にレーザ反射層を配置することが好ましいが、レーザ反射層の上にエネルギー吸収層を配置する構造としてもよい。
【0041】
このようなレーザ反射層を設けることで、入射するレーザビーム反射することができるので、近接するヒューズ配線3に与えるダメージを抑制することができる。
【0042】
レーザ反射層として使用可能な材質としては、クロム、金、金合金、ロジウム、ニッケル、アルミ、および上記の物質の化合物などの光反射性の高い物質が挙げられる。
【0043】
上記のレーザ反射層を設置することにより、照射されるレーザを反射して、ヒューズ配線3の切断を防止することができる。
【0044】
ところで、ヒューズ配線3の耐熱性は、溶断部1の耐熱性よりも高いことが好ましい。したがって、該配線3としては、溶断部1よりも耐熱性が高く、上記のレーザ照射に対して非溶断性の材質を含むことが好ましい。このような材質としては、銅、ロジウム、パラジウム、白金、銀、および上記の物質の化合物などが挙げられる。
【0045】
これにより、近接するヒューズ配線3を溶断の際に保護する絶縁膜8のマージン領域10を薄くすることができるので、該絶縁膜8の形成プロセスが容易となる。
【0046】
(実施の形態3)
図7は、実施の形態3に係る半導体装置のヒューズ部分の断面図である。
【0047】
本実施の形態に係る半導体装置は、実施の形態1および実施の形態2に係る半導体装置の変形例であり、溶断部1と、配線部11および接続部12を含むヒューズ配線3とを一体の導電層で形成する点が異なる。このような構造とすることで、ヒューズ部の形成工程が容易となる。
【0048】
なお、この導電層の材質としては、実施の形態1および実施の形態2と同様の材質(たとえば多結晶シリコンやAl合金など)が考えられる。
【0049】
上記の溶断部1およびヒューズ配線3の形成工程について、以下に説明する。第1の絶縁膜としての絶縁膜8A上に、トレンチを形成し、該トレンチ上に、CVDまたはスパッタリングなどによって導電層を形成する。次に、該導電層上に第2の絶縁膜としての絶縁膜8Bを形成する。これにより、図7に示すような構造が得られる。
【0050】
なお、上記以外の事項については、実施の形態1および実施の形態2と共通であるので説明を省略する。
【0051】
ここで、上記の各々の実施の形態に係る半導体装置の特徴を組み合わせて、複合された効果を得ることは、当初から予定されている。
【0052】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【0053】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体装置のヒューズ切断の際に、レーザビームによる溶断が近接する配線に与えるダメージを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る半導体装置におけるヒューズ構造の平面図である。
【図2】図1に示すヒューズ構造のI−I断面図である。
【図3】図1に示すヒューズ構造のII−II断面図である。
【図4】本発明の実施の形態2に係る半導体装置におけるヒューズ構造の平面図である。
【図5】図4に示すヒューズ構造のIII−III断面図である。
【図6】図4に示すヒューズ構造のIV−IV断面図である。
【図7】本発明の実施の形態3に係る半導体装置におけるヒューズ構造の断面図である。
【符号の説明】
1 溶断部、2 中間層、3 ヒューズ配線、4 レーザ照射領域、5 ヒューズ間ピッチ、6 レーザビーム、7 プラグ、8,8A,8B,8C 絶縁膜、9 ダメージライン、10 マージン領域、11 配線部、12 接続部。
Claims (8)
- ヒューズ配線と、
前記ヒューズ配線の上方に絶縁膜を介して形成されたヒューズ部と、
前記ヒューズ配線と前記ヒューズ部とを接続する接続部とを備えた半導体装置。 - ヒューズ配線と、
前記ヒューズ配線の上方であって絶縁膜内に形成されたヒューズ部とを備え、前記ヒューズ部上に位置する前記絶縁膜の厚みが、前記ヒューズ配線上に位置する前記絶縁膜の厚みより小さい半導体装置。 - 前記ヒューズ部と前記ヒューズ配線とは同材質で形成され、前記ヒューズ配線の延在方向に垂直な方向の断面における前記ヒューズ部の断面積は、前記ヒューズ配線の延在方向に垂直な方向の断面における該ヒューズ配線の断面積よりも小さい、請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
- 前記絶縁膜は、高密度プラズマ(High DensityPlasma)によって形成された酸化膜を含む、請求項1から請求項3のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記ヒューズ配線上に、レーザを吸収するエネルギー吸収層を設けた、請求項1から請求項4のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記ヒューズ配線上に、レーザを反射するレーザ反射層を設けた、請求項1から請求項5のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記ヒューズ配線の耐熱性は、前記ヒューズ部の耐熱性よりも高い、請求項1から請求項6のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記ヒューズ配線と前記ヒューズ部と前記接続部とを一体の導電層で形成した、請求項1から請求項7のいずれかに記載の半導体装置。
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