JP2009064893A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】正常な切断を実現できるレーザー光照射条件範囲を、従来のヒューズ層に比べて拡大することができるヒューズ層を有する半導体装置を提供する。
【解決手段】層間絶縁膜3上に平行に配置された複数のヒューズ層5と、互いに隣接するヒューズ層5の間に、ヒューズ層5と平行に設けられたダミーヒューズ層15とを備える。ヒューズ層5を切断するためのレーザー光照射の際、ダミーヒューズ層15が横方向へ拡散する熱エネルギーを吸収するため、隣り合うヒューズ層5へのダメージを抑制することができる。また、ヒューズ層5が密集して配置された状況下であっても、レーザー光のエネルギーやビーム径を大きくすることが可能となるため、ヒューズ層を安定して切断することが可能になる。
【選択図】図2
【解決手段】層間絶縁膜3上に平行に配置された複数のヒューズ層5と、互いに隣接するヒューズ層5の間に、ヒューズ層5と平行に設けられたダミーヒューズ層15とを備える。ヒューズ層5を切断するためのレーザー光照射の際、ダミーヒューズ層15が横方向へ拡散する熱エネルギーを吸収するため、隣り合うヒューズ層5へのダメージを抑制することができる。また、ヒューズ層5が密集して配置された状況下であっても、レーザー光のエネルギーやビーム径を大きくすることが可能となるため、ヒューズ層を安定して切断することが可能になる。
【選択図】図2
Description
本発明は、半導体装置に関し、特に、回路構成変更のために、レーザー光で切断されるヒューズを備えた半導体装置に関する。
メモリセルを備える半導体集積回路装置(以下、半導体装置という。)は、メモリセルアレイ中に1個の欠陥メモリセルが存在すると、半導体装置全体が使用できなくなる。このような半導体装置を救済するため、メモリセルを備える半導体装置は、冗長メモリセル(冗長回路)を備えている。冗長メモリセルは、欠陥メモリセルと回路上で置換可能に構成されている。
欠陥メモリセルから冗長メモリセルへの切り替えは、アドレス切り替え回路中のヒューズ層にレーザー光を照射し、所定のヒューズ層を切断することによって行われる。以下、特許文献1に掲載されている技術を、図12を参照して説明する。図12は、冗長メモリセルを有する半導体装置の一例である、DRAM(Dynamic Random Access Memory)の概略構成を示す模式図である。
図12に示すように、DRAMを構成するメモリセルアレイでは、ロウデコーダ101からワードドライバ102を介してワード線WLが行方向に延びている。また、コラムデコーダ103からビット線BLが列方向に延びている。これらのワード線WLとビット線BLは互いに交差する状態で配置されている。メモリセルMCは、ワード線WLとビット線BLとの各交点に設けられる。
ワード線WLの外側には、スペアデコーダ104からスペアワードドライバ105を介してスペアワード線SWLが行方向に延びている。スペアワード線SWLと各ビット線BLとの各交点にはスペアメモリセルSMCが設けられている。このスペアメモリセルSMC、スペアデコーダ104およびスペアワードドライバ105が冗長回路を構成している。スペアデコーダ104には、不良アドレス比較回路106が接続されており、この不良アドレス比較回路106内にヒューズ層が形成されている。このヒューズ層を選択的に切断することにより欠陥メモリセルを含むメモリ回路(ここでは、同一のワード線により連結されたメモリセル群)から、冗長回路への切り替えが行われる。なお、不良アドレス比較回路106には、ロウアドレスが入力される。
図13は、上記のような構成を有するDRAMのヒューズ層およびその近傍の構造を示す断面図である。DRAMは、各種回路素子、メモリ素子およびこれらの素子を互いに接続する配線を備えている。この配線は、通常、多層構造配線として構成されている。上述したように、ヒューズ層はレーザー光を照射することにより切断される。このようなヒューズ層の切断を容易にするため、ヒューズ層は、通常、最上位の配線層として形成される。図13では、最上位の配線層5(ヒューズ層を含む)とその下層の配線層2および下層の配線層2の下地に形成された下地絶縁層1を示している。なお、下地絶縁層1の下層には、種々の回路素子や配線が形成されている。
図13に示すように、下地絶縁層1上には、下層配線層2が形成されている。下層配線層2上には、下層配線層2と最上位配線層5とを絶縁するためシリコン酸化膜などからなる層間絶縁層3が形成されている。層間絶縁層3には、層間絶縁層3を貫通し、下層配線層2と最上位配線層5とを接続するプラグ電極4が形成されている。ここで、最上位配線層5には、半導体装置の内部回路を構成する配線層、半導体装置外部との接続用電極として用いるパッドおよびヒューズ層が含まれる。このように、ヒューズ層は、最上位の配線層を形成する加工工程、すなわち、内部回路の最上位の配線層やパッドと同一の加工工程において形成される。
また、最上位配線層5上には、最上位配線層5に属する各配線の間を完全に充填する絶縁層6で被覆されている。さらに、外部から侵入する水分や汚染物などから最上位の配線層を保護するため、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などからなる最終保護膜7で被覆されている。
このような構造を有するヒューズ層の切断は、上述のように、レーザー光が使用される。このレーザー光照射によるヒューズ切断を容易にするため、ヒューズ層上の、絶縁層6および最終保護膜7は選択的に除去されている。例えば、ヒューズ層上に薄い絶縁層6が残った構造またはヒューズ層が露出した構造が採用されている。
以下、レーザー光によってヒューズ層が切断される原理について説明する。レーザー光がヒューズ層に照射されると、レーザー光がヒューズ層に吸収され、ヒューズ層が加熱される。その結果、ヒューズ層は溶解、気化されて切断され、ヒューズ層上に位置する絶縁層はその過程で吹き飛ばされる。ヒューズ層が切断されると、アドレス切り替え回路(図12参照)が欠陥メモリセルをスペアメモリセルSMCへ切り替える。この結果、不良メモリチップが正常動作可能なメモリチップになり、半導体装置が救済される。
以上のようなヒューズ層の切断を行う場合、レーザー光の照射条件を適切に設定する必要がある。例えば、レーザー光のエネルギーが小さい場合やレーザー光のビーム径が小さい場合、ヒューズ層を正常に切断することができない。ヒューズ層が切断されなかった場合、ヒューズ層の両端に連結されている回路は、電気的に接続されたままの状態(ショート)になり、スペアメモリセルSMCへの切り替えができない。
逆に、レーザー光のエネルギーが大きい場合やレーザー光のビーム径が大きい場合、切断すべきヒューズ層だけでなく、当該ヒューズ層と隣り合うヒューズ層にダメージを与えてしまう。ここで、ダメージとは、切断や、一部溶解による高抵抗化等である。この場合も、正常なアドレス切り替えを行うことができなくなる。
また、レーザー光の適切な照射条件は、ヒューズ層上に形成されている絶縁層6の膜厚に依存して大きく変動する。したがって、ヒューズ層を安定して切断するためには、レーザー光のエネルギーおよびビーム径をヒューズ層上の絶縁層の膜厚に応じて適切に設定することだけでなく、レーザー光のエネルギーのバラツキ、ビーム径のバラツキおよびヒューズ層上の絶縁層膜厚のバラツキを抑制することが重要になる。以下の特許文献2〜4は、安定したヒューズ層の切断に関する技術を開示している。
特許文献2は、配線幅方向で複数列に設けられたヒューズ層を直列接続した構造を開示している。これにより、レーザー光のエネルギー、ビーム径のバラツキ、レーザー光のアライメントずれ等が生じた場合にもヒューズ層を確実に切断することができるとされている。
特許文献3は、複数並列に密集して形成されたヒューズ層において、ヒューズ層周辺に島状の領域(ヒューズ層と同じ材質で構成)を複数形成した構造を開示している。本構成では、レーザー光照射時にヒューズ層周辺の島状領域の飛び散った痕跡をモニターすることにより、レーザー光照射装置のバラツキを低減し、安定して稼動させることができるとされている。
特許文献4は、配線方向に交差する方向の両端部の位置が高く、かつ中央に向かって低くなるような形状としたヒューズ層を開示している。このヒューズ層上面の湾曲形状により、レーザー光照射時にヒューズ層のエネルギー吸収率を増加させることができるとともに、エネルギーの分散を抑制でき、切断すべきヒューズ層の確実な切断と隣り合うヒューズ層へのダメージを抑制できるとされている。
また、上記特許文献1は、複数並列に密集して形成されるヒューズ層において、両端のヒューズ層の外側にダミーヒューズ層を形成する構成を開示している。本構成によれば、ヒューズ層の配線パターン転写時に配線密度が粗い面に生じる配線パターンの断面形状の変形を防止でき、レーザー光照射時に、全ヒューズ層を安定して切断できるとされている。
特開2000−12691号公報
特開平4−363049号公報
特開平2−302059号公報
特開2000−340663号公報
DRAM、SRAM(Static Random Access Memory)、Flashメモリなど、メモリセルアレイを有する半導体装置の高集積化により、ヒューズ層を有する冗長回路が多用されている。それに伴い、複数のヒューズ層が密集して形成されることが多くなっている。すなわち、複数のヒューズ層が微細な間隔で配列されるようになっている。図14は、微細な間隔で配置された従来のヒューズ層の構造を示す平面図であり、図15は、図14のA−A線における要部断面図である。
図14および図15に示すように、冗長救済を行うために使用する最上位配線層5(以下、ヒューズ層5という)は、層間絶縁膜3上に形成されている。各ヒューズ層5の両端には、下層配線層2がプラグ電極4を介して接続されている。なお、図14では、ヒューズ層5よりも上層に形成されている絶縁層6の記載を省略し、最終保護膜7の開口端を破線で示している。また、プラグ電極4は、ヒューズ層5よりも下層に形成されるため、平面図では不可視であるが、図14では、下層配線層2とヒューズ層5との接続部を明確に示すため図示している。
また、図16は、レーザー光照射により切断された図14のヒューズ層を拡大して示す平面図であり、図17は、図16のB−B線における要部断面図である。
上述のように、冗長救済を行うために使用する最上位配線層5(以下、ヒューズ層5という)の切断は、レーザー光照射により行われる。図14および図15に示すヒューズ層5を切断する場合、図16および図17に示すように、切断対象のヒューズ層51にレーザー光8が照射される。このとき、レーザー光8はヒューズ層5に吸収される。これにより、切断対象のヒューズ層51は加熱されて、溶解、気化し、絶縁層6を押し上げて吹き飛ばす。その結果、図16および図17に示すようなヒューズ切断痕9が形成される。そして、切断対象のヒューズ層51は完全に蒸発し、切断される。
しかしながら、レーザー光8のエネルギーが大きい場合やレーザー光8のビーム径が大きい場合には、レーザー光8の熱エネルギー10は、切断対象のヒューズ層51の周辺にも拡散する。この結果、切断対象のヒューズ層51と隣り合うヒューズ層52(以下、隣接ヒューズ層52という。)にも熱エネルギー10が付与されて隣接ヒューズ層52が加熱される。このとき、熱エネルギー10が大きいと、隣接ヒューズ層52が溶解し、ダメージ11が発生する。半導体装置の微細化が進行すると、並列されたヒューズ層5の間隔が小さくなるため、隣接ヒューズ層へのダメージ11が発生しやすくなる。このような隣接ヒューズ層52へのダメージの発生を防止するには、レーザー光8のエネルギーを小さくしたり、ビーム径を小さくしたりする必要がある。しかしながら、レーザー光8のエネルギーを小さくしたり、ビーム径を小さくしたりすると、上述のように、切断対象のヒューズ層51を安定して切断することが困難になる。
以上のように、半導体装置の微細化に伴って、レーザー光8のエネルギーやビーム径を大きくすると隣接ヒューズ層へのダメージが発生し、レーザー光8のエネルギーやビーム径を小さくすると切断対象ヒューズ層が切断できなくなる。このような、相反する不具合により、ヒューズ層を安定して切断できるエネルギーやビーム径の条件範囲は縮小される。また、ヒューズ層に対するレーザー光のアライメントずれ、レーザー光のエネルギーやビーム径の精度誤差等を考慮すると、ヒューズ層5を安定して切断できるエネルギーやビーム径の条件範囲はさらに縮小される。この結果、半導体装置の微細化に伴って、ヒューズ層の安定した切断が困難になり、半導体装置の製造歩留りが低下するという問題が発生している。ヒューズ層の配置間隔を広げることにより、半導体装置の製造歩留り低下を防止できるが、この場合は、ヒューズ層の占有面積が大きくなるという問題が発生する。
図18は、下層から、Ti膜、TiN膜、AlCu膜、TiN膜が順に積層された線幅が500nmのヒューズ層の切断可能範囲を示す模式図である。ヒューズ層を構成する各膜の膜厚は、下層から順に、40nm、23nm、600nm、35nmである。ここでは、ヒューズ層上に、HDP−NSG(High Density Plasma - Non Doped Silicon Glass)からなる絶縁層が設けられている。図18において、縦軸はレーザー光のエネルギーであり、横軸はレーザー光のビーム径である。また、図18(a)と図18(b)とではヒューズ層上の絶縁層の膜厚が異なっており、図18(b)よりも図18(a)の方が、絶縁膜の膜厚が小さくなっている。
図18(a)および図18(b)に示すようにレーザー光のエネルギーやビーム径を小さくすると、切断対象のヒューズ層の切断不良が発生する(領域X)。また、レーザー光のエネルギーやビーム径を大きくすると、隣接ヒューズ層にダメージが発生する(領域Y)。そのため、隣接ヒューズ層へダメージを与えることなく切断対象のヒューズ層を正常に切断できるレーザー光照射条件(領域G)の範囲は狭くなっている。さらに、ヒューズ層上の絶縁層の膜厚がバラツキにより大きくなった場合、レーザー光の照射によりヒューズ層を溶解、気化させ、絶縁層を吹き飛ばすのに必要なエネルギーは、絶縁層の膜厚が薄い場合に比べ大きくなる。このため、図18(b)に示すように、切断対象のヒューズ層を正常に切断できるレーザー光照射条件の範囲は、図18(a)の場合に比べてさらに狭くなる。
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、正常な切断を実現できるレーザー光照射条件範囲を、従来のヒューズ層に比べて拡大することができるヒューズ層を有する半導体装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明は、以下の手段を採用している。まず、本発明は、回路構成変更のために、レーザー光を照射して切断処理が行われる線状のヒューズ層が、半導体基板上に複数配置された半導体装置を前提としている。そして、本発明は、絶縁膜上に平行に配置された複数のヒューズ層と、互いに隣接する前記ヒューズ層間に、前記ヒューズ層と平行に設けられた線状の導電体(ダミーヒューズ層)とを備える。
本構成によれば、レーザー光照射によりヒューズ層を切断する際、切断対象のヒューズ層の周辺に拡散する熱エネルギーが、ダミーヒューズ層に吸収される。このため、切断対象のヒューズ層と隣り合うヒューズ層に到達する熱エネルギーを著しく低減することができる。この結果、レーザー光照射によりヒューズ層を切断する際、切断対象のヒューズ層と隣り合うヒューズ層にダメージが発生することを抑制できる。また、本構成によれば、従来構成に比べて、切断処理時にヒューズ層に照射するレーザー光のエネルギーやビーム径を大きくすることができる。その結果、ヒューズ層を安定して切断することが可能となる。
上記構成において、ヒューズ層およびダミーヒューズ層は、上記絶縁膜上に堆積された同一の導電膜を加工して形成することが好ましい。これにより、従来の製造工程に新たな工程を追加することなく、上述の構造を実現することができる。
また、本発明に係る他の半導体装置は、第1の絶縁膜上に形成された第1の導電体(ダミー配線層)と、第1の導電体を被覆する第2の絶縁膜とを備える。また、第2の絶縁膜上に平行に配置された複数のヒューズ層と、互いに隣接する前記ヒューズ層間に、前記ヒューズ層と平行に設けられた線状の第2の導電体(ダミーヒューズ層)とを備える。さらに、第2の絶縁膜を貫通し、第1の導電体と第2の導電体とを接続する第3の導電体(ダミープラグ電極)を備える。
本構成によれば、レーザー光照射によりヒューズ層を切断する際、切断対象のヒューズ層の周囲に拡散する熱エネルギーが、ダミーヒューズ層に吸収される。本構成では、ダミーヒューズ層が、ダミープラグ電極を介してダミー配線層に接続されているため、切断対象のヒューズ層と隣り合うヒューズ層に到達する熱エネルギーをさらに低減することができる。この結果、レーザー光照射によりヒューズ層を切断する際、切断対象のヒューズ層と隣り合うヒューズ層にダメージが発生することを抑制できる。また、本構成によれば、従来構成に比べて、切断処理時にヒューズ層に照射するレーザー光のエネルギーやビーム径をより大きくすることができる。その結果、ヒューズ層を安定して切断することが可能となる。
上記構成において、ヒューズ層およびダミーヒューズ層は、上記絶縁膜上に堆積された同一の導電膜を加工して形成することが好ましい。また、ダミー配線層は、第1の絶縁膜上に形成される他の配線を形成するために第1の絶縁膜上に堆積される導電膜から形成されることが好ましく、ダミープラグ電極は、第2の絶縁膜を貫通して形成される他のプラグ電極を形成するために、貫通孔が形成された第2の絶縁膜上に堆積される導電膜から形成されることが好ましい。これにより、従来の製造工程に新たな工程を追加することなく、上述の構造を実現することができる。
本発明によれば、レーザー光のエネルギーやビーム径を従来に比べて大きくできるため、ヒューズ層を安定して切断することが可能となる。この結果、製造歩留りの低下を抑制することができる。また、従来の製造工程に新たな工程を追加することなく実現できるため、製造コストが増大することもない。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、冗長回路を備える半導体装置において、不良回路を冗長回路に切り替える際に切断されるヒューズ層形成部分のみを説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態におけるヒューズ層を備えた半導体装置の構造を示す平面図である。また、図2は、図1のC−C線における要部断面図であり、ヒューズ層の下層に形成された下地絶縁層より上層のみを示している。下地絶縁層の下層には各種回路素子やメモリ素子およびこれらの素子を互いに接続する配線が形成されている。
図1は、本発明の第1の実施形態におけるヒューズ層を備えた半導体装置の構造を示す平面図である。また、図2は、図1のC−C線における要部断面図であり、ヒューズ層の下層に形成された下地絶縁層より上層のみを示している。下地絶縁層の下層には各種回路素子やメモリ素子およびこれらの素子を互いに接続する配線が形成されている。
図1および図2に示すように、下地絶縁層1上には層間絶縁層3が形成されている。また、図1に示すように、下地絶縁層1上には、当該半導体装置の図示しない領域に形成された内部回路と、ヒューズ層5とを電気的に接続する配線層2が形成されている。当該配線層2は層間絶縁層3で被覆されるとともに、層間絶縁膜3を貫通するプラグ電極4を通じて、ヒューズ層5の両端に電気的に接続されている。なお、図1では、ヒューズ層5よりも上層に形成されている絶縁層6の記載を省略し、最終保護膜7の開口端を破線で示している。また、プラグ電極4は、ヒューズ層5よりも下層に形成されるため、平面図では不可視であるが、図1では、下層配線層2とヒューズ層5との接続部を明確に示すため図示している。
層間絶縁層3上には、複数の線状のヒューズ層5が、密集して平行かつ等間隔に形成されている。また、層間絶縁膜3上の各ヒューズ層5の間には、線状のダミーヒューズ層15が形成されている。ダミーヒューズ層15は互いに隣り合うヒューズ層5の間に、ヒューズ層5と平行に形成される。ダミーヒューズ層15の平面構造は、ヒューズ層5と同様に長方形状であり、その線長(長手方向の長さ)は、ヒューズ層5の切断に使用されるレーザー光のビーム径より大きく、かつヒューズ層5の線長よりも短く形成される。特に限定されないが、本実施形態では、ダミーヒューズ層15は、ヒューズ層5を形成するために層間絶縁膜3上に堆積される導電膜から構成されている。すなわち、ダミーヒューズ層15は、ヒューズ層5を形成するための加工工程において、ヒューズ層5と同時に形成される。したがって、ダミーヒューズ層15を形成するための特別な加工工程を追加する必要がなく、従来の半導体装置と同一の製造工程により本実施形態の半導体装置を形成することができる。また、ダミーヒューズ層15の積層構造はヒューズ層5と同一である。
図3は、ヒューズ層5およびダミーヒューズ層15の断面構造を示す断面図である。なお、ヒューズ層5およびダミーヒューズ層15は、従来と同様に、最上位配線層として構成される。したがって、半導体装置の内部回路に使用される最上層配線層および半導体装置の外部に信号を取り出すためのパッドと同一の断面構造を有している。図3に示すように、ヒューズ層5は下層より順に、下層膜5a、金属膜5b、上層膜5cが積層された構造を有している。金属膜5bが配線層を構成する主要部である。下層膜5aは、金属膜5bを流れる電子流または、製品の検査時、使用時等に配線層に電流が流れたときに発生する熱応力による金属膜5bの断線を防止する機能を有している。上層膜5cはフォトリソグラフィ法によりヒューズ層5を加工する際の加工精度向上(金属膜5bによる露光光の反射防止)の機能を有している。
下層膜5aは、例えば、高融点金属膜、高融点金属の窒化物膜またはこれらの積層膜により形成することができる。ここでは、膜厚が40nmのチタン膜(Ti)および膜厚が23nmの窒化チタン膜(TiN)を下層から順に積層した積層膜を採用している。また、金属膜5bは、例えば、アルミ合金膜により形成することができる。ここでは、膜厚が600nmの銅含有アルミニウム膜(AlCu)を採用している。さらに、上層膜5cは、例えば、高融点金属膜、高融点金属の窒化物膜またはこれらの積層膜により形成することができる。ここでは、膜厚が35nmのTiN膜を採用している。
また、ヒューズ層5の線幅(短手方向の長さ)の寸法は0.5μmとし、ダミーヒューズ層15の線幅の寸法は0.5μmとしている。なお、ダミーヒューズ層15の線幅は、ヒューズ層5の線幅以上であることが好ましいが、0.5μm以下にしてもよい。また、特に限定されないが、本実施形態では、ヒューズ層5とダミーヒューズ層15との間のスペースは2.0〜3.0μm程度にしている。ヒューズ層5とダミーヒューズ層15との間のスペースは、例えば、切断対象のヒューズ層5にレーザー光を照射した際に、レーザー光がダミーヒューズ層15に直接照射されない最小距離とすることができる。なお、チップ面積をより小さくする観点では、ヒューズ層5とダミーヒューズ層15との間のスペースは、切断対象のヒューズ層5にレーザー光を照射した際に、レーザー光がダミーヒューズ層15に直接照射される距離であってもよい。
また、上述のように、ダミーヒューズ層15の線長は、ヒューズ層5の線長以下、かつヒューズ層5の切断に使用するレーザー光のビーム径より大きいことが好ましい。ここでは、配線層2とのコンタクト部を除くヒューズ層5の線長は8.0μmであるので、ダミーヒューズ層15の配線長は、例えば、3.0μm〜8.0μmとすることができる。なお、ダミーヒューズ層15の配線長の下限値は、ヒューズ層5の切断時に照射されるレーザー光のビーム径に依存する。
ヒューズ層5およびダミーヒューズ層15上には、ヒューズ層5とダミーヒューズ層15を被覆する絶縁層6が形成される。絶縁層6は平坦性がよくヒューズ層5およびダミーヒューズ層15の間を充填するのに十分な厚さで形成される。本実施形態では、絶縁層6として、高密度プラズマによって形成されるHDP−NSG膜を採用している。HDP−NSG膜は高アスペクト比のギャップを充填できる優れたギャップ充填性を有しており、絶縁層6上に形成される最終保護膜7を平滑に堆積することができる。ここでは、絶縁層6の膜厚はヒューズ層5とダミーヒューズ層15との間のギャップを完全に埋め込める十分な膜厚である1000nmにしている。なお、絶縁層6はプラズマSiN膜であってもよい。
絶縁層6上は、絶縁層6よりも優れた耐湿性を有する最終保護膜7が形成されている。最終保護膜7は、水分や不純物等の浸透に対して耐性がある膜であれば任意の膜を採用することができる。具体的には、プラズマSiN膜が使用できる。膜厚は例えば600nmとすればよい。
レーザー光照射によるヒューズ層5の切断をより容易にするため、ヒューズ層5およびダミーヒューズ層15が形成された領域の上方の絶縁層6と最終保護膜7は、膜厚が部分的に薄くなっている。本実施形態では、ヒューズ層5およびダミーヒューズ層15上では、最終保護膜が完全に除去されるとともに、他の領域に比べて薄い絶縁層6が残った構造になっている。なお、ヒューズ層5およびダミーヒューズ層15上の絶縁層6を完全に除去し、ヒューズ層5およびダミーヒューズ層15が表面に露出した構造にしてもよい。このようにヒューズ層5上の絶縁膜の膜厚を薄くすることにより、レーザー光8照射の際、ヒューズ層5の溶解、気化、さらには絶縁層6の押し上げを容易にし、ヒューズ層5を切断可能なレーザー光照射条件範囲を拡大させることができる。
続いて、レーザー光照射によるヒューズ層5の切断について説明する。図4および図5は、本実施形態におけるヒューズ層5の切断の様子を示す図である。図4はヒューズ層5の要部平面図であり、図5は、図4中のD−D線における要部断面図である。図4および図5に示すように、本実施形態では、各ヒューズ層5の間にダミーヒューズ層15が形成されている。そのため、切断対象のヒューズ層51にレーザー光8を照射した際、ヒューズ層51の周辺に拡散した熱エネルギー10は、絶縁層6より熱伝導率が高い導電材料からなるダミーヒューズ層15が吸収する。ダミーヒューズ層15に吸収された熱エネルギー10は、ダミーヒューズ層15中を両端に向かって伝播する。このため、本実施形態の構成によれば、横方向への熱エネルギー10の拡散が抑制される。その結果、図16および図17に示した従来構造のような、熱エネルギー10の拡散に起因する隣接ヒューズ層52へのダメージ11の発生を抑制することができる。
隣接ヒューズ層52への熱エネルギー10の拡散を効果的に防止するためには、ヒューズ層5に並列に形成されるダミーヒューズ層15は、レーザー光のビーム径より線長が長いことが好ましい。また、熱エネルギーの吸収率を高めるため、ダミーヒューズ層15の線幅は、ヒューズ層5の配線幅と等しい、またはヒューズ層5の配線幅よりも大きく形成されていることが好ましい。なお、上述のヒューズ層5は、例えば、エネルギー密度0.03〜0.07μJ/μm2、ビーム径2.0〜5.0μmのレーザー光を照射することにより切断することができる。この照射条件では、ダミーヒューズ層15の配線長は6.0μm以上であることが好ましく、ここでは6.0μmにしている。
以上のように本実施形態によれば、切断対象のヒューズ層と、隣接ヒューズ層との間に設けられたダミーヒューズ層が、切断対象のヒューズ層に照射されたレーザー光に起因する熱エネルギーを吸収し、熱エネルギーの拡散を防止する。そのため、切断対象のヒューズ層へのレーザー光のエネルギーとビーム径を従来に比べて大きくすることができる。これにより、切断対象のヒューズ層が完全に切断されない切断不良を確実に防止できるとともに、ヒューズ層を安定して切断することができる。また、ダミーヒューズ層がレーザー光の発する熱エネルギーを吸収するため、隣接ヒューズ層へのダメージが付与されることを防止できる。そのため、ヒューズ層とヒューズ層との間隔を、ダミーヒューズ層がない場合と比較してより縮小することができる。その結果、ヒューズ層形成領域の面積縮小、微細化が可能となる。
図6は、本実施形態におけるヒューズ層を切断可能なレーザー照射条件範囲を示す図である。図6において、縦軸がレーザー光のエネルギーに対応し、横軸がレーザー光のビーム径に対応する。また、図6(a)および図6(b)では、図6(b)の方が図6(a)よりも、ヒューズ層上の絶縁層の膜厚が大きくなっている。図6(a)および図6(b)に示すように、ダミーヒューズ層15を備えることにより、正常にヒューズ層を切断可能なレーザー照射条件範囲(領域G)が、従来(図18参照)に比べて大きくなっていることが理解できる。すなわち、本実施形態によれば、レーザー光のエネルギーやビーム径を従来に比べて大きくしても、正常にヒューズ層を切断することができる。また、図6(b)に示すように、ヒューズ層5上の絶縁膜の膜厚が大きくなった場合でも、正常にヒューズ層を切断できるレーザー照射条件範囲が大きくなっていることが理解できる。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態におけるヒューズ層を有する半導体装置の構造について説明する。図7は、本発明の第2の実施形態におけるヒューズ層の構造を示す平面図である。また、図8は、図7中のE−E線における要部断面図である。なお、図1と同様に、図7では、ヒューズ層より上層の絶縁層の図示を省略し、最終保護膜の開口端を破線で示している。また、図7および図8では、図1および図2と同一の作用効果を有する部位には同一の符号を付している。また、以下では、重複を避けるため、第1の実施形態において説明を行った部位の説明を省略する。
次に、本発明の第2の実施形態におけるヒューズ層を有する半導体装置の構造について説明する。図7は、本発明の第2の実施形態におけるヒューズ層の構造を示す平面図である。また、図8は、図7中のE−E線における要部断面図である。なお、図1と同様に、図7では、ヒューズ層より上層の絶縁層の図示を省略し、最終保護膜の開口端を破線で示している。また、図7および図8では、図1および図2と同一の作用効果を有する部位には同一の符号を付している。また、以下では、重複を避けるため、第1の実施形態において説明を行った部位の説明を省略する。
図8に示すように、本実施形態の構造は、層間絶縁層3より上層に関して、上記第1の実施形態の構造と同一である。すなわち、層間絶縁層3上にヒューズ層5およびダミーヒューズ層15が形成されており、さらにヒューズ層5およびダミーヒューズ層15を被覆する絶縁層6、最終保護膜7が形成されている。また、第1の実施形態と同様に、レーザー光照射によるヒューズ層5の切断をより容易にするため、ヒューズ層5およびダミーヒューズ層15の上方では最終保護膜7が完全除去され、絶縁層6の膜厚が他の部分に比べて薄くなっている。
本実施形態の構造では、ダミーヒューズ層15の下層に、層間絶縁層3を貫通するダミープラグ電極24が設けられている。ダミープラグ電極24は、ダミーヒューズ層15と電気的に接続されている。特に限定されないが、本実施形態では、ダミープラグ電極24は、ダミーヒューズ層15の配線方向に沿った板状の形状を有している。ここでは、ダミープラグ電極24の線幅は、ダミーヒューズ層15の線幅とほぼ同等になっている。切断対象のヒューズ層5にレーザー光を照射した際、当該ヒューズ層5に隣接するダミープラグ層24が当該ヒューズ層5の近傍で露出すると、切断されたヒューズ層5と露出したダミープラグ層24とが電気的に接続される可能性がある。この観点では、ダミープラグ層24の線幅は、ダミーヒューズ層15の線幅以下であることが好ましい。また、ダミープラグ電極24の底部は、下地絶縁膜1と層間絶縁層3との間に形成され、かつ半導体装置の内部回路と電気的に分離されたダミー配線層22に接続されている。
特に限定されないが、本実施形態では、ダミープラグ電極24は、第1の実施形態で説明した、ヒューズ層5と配線層2とを接続するプラグ電極4と同一の加工工程において形成される。また、ダミー配線層22は、第1の実施形態で説明した配線層2と同一の加工工程で形成される。したがって、ダミープラグ層24およびダミー配線層22を形成するための特別な加工工程を追加する必要はなく、従来の半導体装置と同一の製造工程により本実施形態の半導体装置を形成することができる。なお、ダミー配線層102は必ずしもダミーである必要はなく、半導体装置の動作に異常を生じさせない場合には、半導体装置の内部回路で使用されている配線層2であってもよい。また、配線層2とダミー配線層22とが電気的に接続されていてもよい。
図9は、プラグ電極4、ダミープラグ電極24、配線層2およびダミー配線層22の断面構造を示す断面図である。上述のように、プラグ電極4とダミープラグ電極24とは同一の積層構造を有しており、配線層2とダミー配線層22とは同一の積層構造を有している。図9に示すように、プラグ電極4およびダミープラグ電極24は、埋め込み性の高い金属膜4aおよび層間絶縁膜3と金属膜4aとの密着性を向上させるための下層膜4bが積層された構造を有している。また、図9に示すように、配線層2およびダミー配線層22は、下層より順に、下層膜2a、金属膜2b、上層膜2cが積層された構造を有している。
具体的には、プラグ電極4およびダミープラグ電極24は、膜厚が20nmのチタン膜と、膜厚が7nmの窒化チタン膜とが下層から順に積層された下層膜4bと、ブランケットCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成されたタングステン(W)膜からなる金属膜4aとにより構成されている。また、配線層2およびダミー配線層22は、膜厚が20nmのチタン膜と膜厚が23nmの窒化チタン膜とが下層から順に積層された下層膜2a、膜厚が425nmの銅含有アルミニウム膜からなる金属膜2bおよび膜厚が5nmのチタン膜と膜厚が55nmの窒化チタン膜とが下層から順に積層された上層膜2cにより構成されている。
続いて、レーザー光照射によるヒューズ層5の切断について説明する。図10および図11は、本実施形態におけるヒューズ層5の切断の様子を示す図である。図10はヒューズ層5の要部平面図であり、図11は、図10中のF−F線における要部断面図をある。図10および図11に示すように、本実施形態では、ダミーヒューズ層15がダミープラグ電極24およびダミー配線層22に接続されている。このため、切断対象のヒューズ層51にレーザー光8を照射した際、ヒューズ層51の周辺に拡散した熱エネルギー10は、第1の実施形態と同様に、ダミーヒューズ層15が吸収する。ダミーヒューズ層15に吸収された熱エネルギー10は、ダミーヒューズ層15中を両端に向かって伝播するとともに、ダミープラグ電極24、ダミー配線層22へと順に伝わる。すなわち、本実施形態の構成では、熱エネルギー10の吸収率を、ダミープラグ電極24がダミーヒューズ層15に接続されていない第1の実施形態の構造に比べて大きくすることができる。このため、本実施形態の構成によれば、横方向への熱エネルギー10の拡散がより抑制される。その結果、図16および図17に示した従来構造のような、熱エネルギー10の拡散に起因する隣接ヒューズ層52へのダメージ11の発生を抑制することができる。なお、熱エネルギーを効率よく伝播させる観点では、ダミープラグ電極24の線幅をより太くすればよい。
以上のように、本実施形態によれば、切断対象のヒューズ層と、隣接ヒューズ層との間に設けられたダミーヒューズ層が、切断対象のヒューズ層に照射されたレーザー光に起因する熱エネルギーを吸収し、熱エネルギーの拡散を防止する。そして、ダミーヒューズ層が吸収した熱エネルギーは、ダミープラグ電極およびダミー配線層に伝播される。そのため、切断対象のヒューズ層へのレーザー光のエネルギーとビーム径を従来に比べて大きくすることができる。これにより、切断対象のヒューズ層が完全に切断されない切断不良を確実に防止できるとともに、ヒューズ層を安定して切断することができる。また、ダミーヒューズ層、ダミープラグ電極およびダミー配線層がレーザー光の発する熱エネルギーを吸収するため、隣接ヒューズ層へのダメージが付与されることを防止できる。そのため、ヒューズ層とヒューズ層との間隔を、第1の実施形態に比べてさらに縮小することができる。その結果、ヒューズ層形成領域の面積縮小、微細化が可能となる。
以上説明したように、本発明によれば、横方向への熱エネルギーの拡散を防止し、切断対象のヒューズ層と隣り合うヒューズ層に、ダメージ(ヒューズ溶出)が付与されることを防止できる。このため、冗長救済のため切断を行うヒューズ層へのレーザー光8のエネルギーやビーム径を従来構造に比べて大きくすることができる。したがって、確実かつ安定したヒューズ層の切断が可能となる。また隣り合うヒューズ層へのダメージを抑制できるのでヒューズ層間隔を従来構造より縮小してヒューズ層の占有面積を縮小することができる。
本発明は、以上で説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、種々の変形および応用が可能である。例えば、本発明は、上記構造に限らず、他のヒューズ層を有するあらゆる半導体装置に適用することが可能である。また、本明細書内で論じた材料および製造方法は、様々な等価な材料およびプロセスで代用することができる。例えば、上記では、高融点金属をチタンとしたが、タンタルやタングステンを使用することも
本発明は、安定したヒューズ切断を可能にすることができ、ヒューズを有するDRAM、SRAM、Flashメモリなどの半導体装置として有用である。
1 下地絶縁層
2 配線層
2a 下層膜
2b 金属膜
2c 上層膜
3 層間絶縁層
4 プラグ電極
4a 金属膜
4b 下層膜
5 ヒューズ層(最上位配線層)
51 切断対象のヒューズ層
52 隣接ヒューズ層
5a 下層膜
5b 金属膜
5c 上層膜
6 絶縁層
7 最終保護膜
8 レーザー光
9 ヒューズ切断痕
10 熱エネルギー
11 ダメージ
15 ダミーヒューズ層
22 ダミー配線層
24 ダミープラグ電極
2 配線層
2a 下層膜
2b 金属膜
2c 上層膜
3 層間絶縁層
4 プラグ電極
4a 金属膜
4b 下層膜
5 ヒューズ層(最上位配線層)
51 切断対象のヒューズ層
52 隣接ヒューズ層
5a 下層膜
5b 金属膜
5c 上層膜
6 絶縁層
7 最終保護膜
8 レーザー光
9 ヒューズ切断痕
10 熱エネルギー
11 ダメージ
15 ダミーヒューズ層
22 ダミー配線層
24 ダミープラグ電極
Claims (13)
- 回路構成変更のために、レーザー光を照射して切断処理が行われる線状のヒューズ層が、半導体基板上に複数配置された半導体装置であって、
絶縁膜上に平行に配置された複数のヒューズ層と、
互いに隣接する前記ヒューズ層間に、前記ヒューズ層と平行に設けられた線状の導電体と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。 - 前記ヒューズ層および前記導電体が、前記絶縁膜上に堆積された同一の導電膜から形成された請求項1記載の半導体装置。
- 前記ヒューズ層および前記導電体が、下層から順に、
高融点金属膜、高融点金属の窒化物膜またはそれらの積層膜のいずれかと、
アルミ合金膜と、
高融点金属膜、高融点金属の窒化物膜またはそれらの積層膜のいずれかと、
が積層された構造を有する請求項1または2記載の半導体装置。 - 前記導電体の線幅が、前記ヒューズ層の線幅以上である、請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記ヒューズ層および前記導電体の線長が、ヒューズ層切断の際に照射されるレーザー光の直径よりも大きい、請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 回路構成変更のために、レーザー光を照射して切断処理が行われる線状のヒューズ層が、半導体基板上に複数配置された半導体装置であって、
第1の絶縁膜上に形成された第1の導電体と、
前記第1の導電体を被覆する第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜上に平行に配置された複数のヒューズ層と、
互いに隣接する前記ヒューズ層間に、前記ヒューズ層と平行に設けられた線状の第2の導電体と、
前記第2の絶縁膜を貫通し、前記第1の導電体と前記第2の導電体とを接続する第3の導電体と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。 - 前記ヒューズ層および前記第2の導電体が、前記第2の絶縁膜上に堆積された同一の導電膜から形成された請求項6記載の半導体装置。
- 前記第1の導電体が、前記第1の絶縁膜上に形成される他の配線を形成するために第1の絶縁膜上に堆積される導電膜から形成され、前記第3の導電体が、前記第2の絶縁膜を貫通して形成される他の導電体プラグを形成するために、貫通孔が形成された第2の絶縁膜上に堆積された導電膜から形成された請求項6または7記載の半導体装置。
- 前記ヒューズ層および前記第2の導電体が、下層から順に、
高融点金属膜、高融点金属の窒化物膜またはそれらの積層膜のいずれかと、
アルミ合金膜と、
高融点金属膜、高融点金属の窒化物膜またはそれらの積層膜のいずれかと、
が積層された構造を有する請求項6から8のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記第2の導電体の線幅がヒューズ層の線幅以上である請求項6から9のいずれか1項に5記載の半導体装置。
- 前記第3の導電体の線幅が、前記第2の導電体の線幅以下である請求項6から10のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記第3の導電体が、前記第2の絶縁膜に形成された貫通孔に、下層から順に、
高融点金属膜、高融点金属の窒化物膜またはそれらの積層膜のいずれかと、
タングステン膜と、
が積層された構造を有する請求項6から11のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記第1の導電体が、下層から順に、
高融点金属膜、高融点金属の窒化物膜またはそれらの積層膜のいずれかと、
アルミ合金膜と、
高融点金属膜、高融点金属の窒化物膜またはそれらの積層膜のいずれかと、
が積層された構造を有する請求項6から12のいずれか1項に記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007230270A JP2009064893A (ja) | 2007-09-05 | 2007-09-05 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007230270A JP2009064893A (ja) | 2007-09-05 | 2007-09-05 | 半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009064893A true JP2009064893A (ja) | 2009-03-26 |
Family
ID=40559241
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007230270A Pending JP2009064893A (ja) | 2007-09-05 | 2007-09-05 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009064893A (ja) |
-
2007
- 2007-09-05 JP JP2007230270A patent/JP2009064893A/ja active Pending
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