JP2656368B2 - ヒューズの切断方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明はヒューズの切断方法に係わり、特に半導体
装置に使用されるヒューズの切断方法に関する。

（従来の技術） 従来、メモリ・リダンダンシ技術に用いられるレーザ
溶断ヒューズは、主にポリシリコン、モリブデン−シリ
サイド等により構成された線状ヒューズをフィールド酸
化膜上に形成している。ヒューズ上には、CVDシリコン
酸化膜、BPSG膜およびPSG膜等から構成される層間絶縁
膜および保護膜が形成される。

上述のような構成のレーザ溶断ヒューズでは、ヒュー
ズ自体が加熱部材となり、レーザ照射によってヒューズ
自体が発熱し溶断する。

ところで、現在、メモリ・デバイスの高集積化、大容
量化には著しいものがあり、これに伴い内部配線層、特
にアルミニウムで構成される配線層の多層化等が進んで
いる。この多層配線を擁したメモリ・デバイスでは、ヒ
ューズ近傍上の層間絶縁膜等の絶縁膜の膜厚の増加が発
生している。

この増加した膜厚、すなわち厚い膜厚を有する絶縁膜
はヒューズへの荷重負荷となり、ヒューズ溶断時の熱爆
発力を抑える方向にはたらくため、ヒューズの溶断を阻
害している。

この点を解決するため、多層配線のデバイスでは、ヒ
ューズ近傍上の絶縁膜の膜厚をエッチングにょり最適膜
厚レベルまで薄くしてからヒューズを溶断している。

しかし、エッチングによって絶縁膜の膜厚を制御する
ことは工程中のバラツキ等の問題が有り大変難しい。

ところで、アルミニウムを主成分とする配線層をレー
ザによって溶断する技術は、アルミニウムがレーザ光を
反射して吸収しないため確立していない。一例を挙げる
と、アルミニウムを主成分とする配線層を溶断するには
レーザ光のパワーをかなり強くしなければならない。し
かしその場合、フィールド酸化膜にまでダメージ与える
可能性があり実現に至っていない。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように、従来、多層配線を擁した半導体装置で
は、ポリシリコン等からなるヒューズが装置深層に存在
しており、レーザ溶断が難しくなっている。また、その
歩留りも悪い。

さらにアルミニウムを主成分とする配線層をヒューズ
とし、これをレーザによって溶断するという技術にあっ
ては確立していない。

この発明は、上述のような点に鑑み為されたもので、
その第１の目的は、アルミニウムを主成分とするよう
な、レーザを反射する配線層をヒューズとし、このヒュ
ーズをレーザにより切断するヒューズの切断方法を提供
することにある。

また、第２の目的は、特に多層配線を擁した製品にお
いて、製造工程を増加させることなく、レーザによるヒ
ューズの切断を簡易化でき、歩留りを向上できる構造を
可能にするヒューズの切断方法を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、この発明に係るヒューズ
の切断方法では、レーザにより切断するヒューズの切断
方法であって、半導体基体の上方に、この基体と絶縁さ
れて形成された、切断される予定があるヒューズを含む
配線層と、前記配線層のヒューズの部分と前記基体との
間に設けられた、前記ヒューズの切断を補助する切断補
助部材と、前記配線層と前記切断補助部材との間に設け
られた層間絶縁膜とを有し、前記ヒューズを含む配線層
がレーザを反射する導電性の物質からなり、前記切断補
助部材がレーザを吸収する物質からなり、この切断補助
部材にレーザを照射して、前記切断補助部材を熱爆発さ
せ、この熱爆発を利用して、前記レーザを反射する導電
性の物質からなる前記配線層のヒューズの部分を切断す
ることを特徴とする。

また、前記配線層と前記切断補助部材とが、前記層間
絶縁膜に設けられたコンタクト孔を介して互いに接続さ
れていることを特徴とする。

また、前記ヒューズを含む配線層の主成分はアルミニ
ウムであることを特徴とする。

また、前記切断補助部材の主成分はシリコンであるこ
とを特徴とする。

（作用） 上記の構成を有するレーザの切断方法であると、切断
補助部材にレーザを照射して切断補助部材を熱爆発さ
せ、この熱爆発を利用して、切断補助部材の上方に層間
絶縁膜を介して存在するレーザを反射する導電性の物質
からなる配線層のヒューズの部分を切断する。これによ
って、従来、レーザでは切断が不可能であった、レーザ
を反射する導電性の物質からなる配線層を、レーザによ
り、層間絶縁膜とともに切断できる。

また、層間絶縁膜にコンタクト孔を設け、このコンタ
クト孔を介して配線層と切断補助部材とを互いに接続す
ると、切断補助部材からの熱が、配線層に伝わりやすく
なり、配線層自体も高い温度に熱せられる。このため、
配線層自体を、切断されやすい状態、あるいは溶断可能
な状態にすることができる。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明
する。

第１図はこの発明の第１の実施例に係わる半導体装置
のレーザ溶断ヒューズ部分を抽出して示した平面図、第
２図は第１図中の２−２線に沿う断面図である。

第１図および第２図に示すように、シリコン基板10上
にはフィールド絶縁膜12が形成されている。フィールド
絶縁膜12上には加熱部材14が形成されている。加熱部材
14上には層間絶縁膜16が形成されている。層間絶縁膜16
上にはアルミニウムを主成分とする配線層18が形成され
ている。

この発明によれば加熱部材14およびこれの上方に存在
する配線層18を含む領域がヒューズに相当する。以後、
この領域をレーザ溶断ヒューズ20と称する。

ヒューズ20を含むアルミニウム配線層18上にはCVDシ
リコン酸化膜22、BPSG膜24およびPSG膜26からなる保護
膜27が形成されている。保護膜27上には、ポリイミド膜
28が形成され、このポリイミド膜28にはヒューズ20に対
応して開孔された開孔部30が形成されている。

図示せぬレーザは加熱部材14にまで届くように照射さ
れる。そして配線層18のうち、加熱部材14上方に対応す
る箇所32を切断する。

次に、第３図を参照して第１の実施例に係わる装置の
ヒューズ溶断のメカニズムについて説明する。

第３図（ａ）乃至（ｃ）は第２図に対応した断面であ
り、レーザ照射からヒューズ溶断までを順に示した図で
ある。なお、第３図（ａ）乃至（ｃ）において、第１図
および第２図と同一の部分については同一の参照符号を
付す。

まず、同図（ａ）に示すように、加熱部材14を含み、
かつこの上の配線層18を含む部分に、レーザ・ビーム光
50を照射する。照射時間が経過するにつれ、同図（ｂ）
に示すように加熱部材14が発熱する。また、このとき、
加熱部材14が発した熱により配線層18も加熱される。そ
して、同図（ｃ）に示すように、加熱部材14の温度が溶
融蒸発し得る温度まで上昇すると加熱部材14は熱爆発を
起こし、加熱部材14上方に対応して位置した配線層18を
吹き飛ばす。

このように配線層18は、加熱部材14と、その上方に位
置した配線層18とが、ともに吹き飛ぶことによって切断
される。

上述のような構成のヒューズ20によれば、加熱部材14
上方に位置した配線層18は、加熱部材14により加熱され
ることにより切断されやすい状態の温度まで、あるいは
溶断可能な温度までも加熱することができる。これによ
り、アルミニウムを主成分とする配線層18をヒューズと
し、これをレーザにより切断することができる。また、
アルミニウムを主成分とする配線層18は、通常、デバイ
ス内でポリシリコン層より上層に形成されており、デバ
イス表層に近い。したがって、ヒューズ20上に存在する
保護膜27の膜厚が薄く、特に多層配線を擁した半導体装
置に好適なヒューズとなる。また、ヒューズ20上の保護
膜27等の膜厚が薄いので、これのエッチング工程をなく
すこともできる。

なお、加熱部材14はレーザ光を充分に吸収できる材料
で構成することが望ましい。このような材料には、従来
のレーザ溶断ヒューズを構成していた、例えばポリシリ
コン、モリブデン−シリサイド等がある。これらは、通
常、デバイス内でデート電極等を構成する材料となって
おり、アルミニウムを主成分とする配線層18の下層に存
在している。これらを加熱部材14に用いれば、例えばゲ
ート電極等を形成する工程において、マスクのゲート電
極パターン等に加熱部材14のパターンを付加するだけで
加熱部材14を形成できる。したがって、工程の増加なし
に加熱部材14を形成することができる。

次に、第２の実施例について、第４図および第５図を
参照して説明する。第４図および第５図において、第１
図および第２図と同一の箇所については同一の参照符号
を付し、異なる部分についてのみ説明する。

第４図は第２の実施例に係わる装置の平面図、第５図
は第４図中の５−５線に沿う断面図である。

第４図および第５図に示すように、第２の実施例は、
層間絶縁膜16に加熱部材14に到達する開孔部40を形成
し、加熱部材14と配線層18とを互いに接続したものであ
る。

上述のような構成のヒューズ20によれば、第１の実施
例に比較し、加熱部材14で発した熱を配線層18の切断す
べき箇所18に対してすみやかに伝導でき、切断すべき箇
所18の温度をより高めることもできる。これにより、配
線層18はより切断されやすくなるとともに、切断に要す
る時間を短縮できる等の効果が期待できる。

また、この発明では、加熱部材の平面的な最大寸法を
レーザ・ビーム50のビーム径以下にすることが望まし
い。これは、例えばヒューズ溶断後、加熱部材14の一部
が残っている場合、この一部の加熱部材14により切断さ
れたはずの配線層が、再び接続されてしまう恐れがある
ためである。

このような配慮を行ってレーザを照射したときの平面
図を第６図に、第６図中の７−７線に沿う断面図を第７
図にそれぞれ示す。なお、第６図および第７図におい
て、上述した図と同一の部分については同一の参照符号
を付する。

第６図および第７図に示すようにビーム径ｒは、加熱
部材14の平面的な最大寸法Ｄより大きく、加熱部材14は
全てレーザビーム50の中におさまっている。

また、この発明に係わるレーザ溶断ヒューズは、通
常、使用されるヒューズのように複数の配線層毎にそれ
ぞれ取付け、ヒューズを複数個並べて配置させてもよ
い。

このような状態に配置された装置の平面図を第８図に
示す。なお、第８図において、上述した図と同一の部分
については同一の参照符号を付す。

また、第９図に示すように加熱部材14の形状は配線層
18に対して平行に形成しても、また、第10図に示すよう
に配線層18に交差して形成しても構わない。つまり、こ
の発明に係わるヒューズでは、加熱部材14が配線層18の
切断すべき箇所の下方に対応して形成されれば充分であ
り、その加熱部材14の形状設定は任意である。

次に、第３の実施例に係わる装置を第11図を参照して
説明する。

第11図は第３の実施例に係わる装置の断面図である。
第11図において、上述した図と同一の部分については同
一の参照符号を付す。

第11図に示すように、フィールド絶縁膜12上には加熱
部材14と、この加熱部材14と同一の、例えばポリシリコ
ン層で形成されたポリシリコン配線層15が形成されてい
る。これらの上には第１の層間絶縁膜16Aが形成されて
いる。層間絶縁膜16A上には、第１層アルミニウム層で
構成された第１アルミニウム配線層18Aが形成されてお
り、この上には第２の層間絶縁膜16Bが形成されてい
る。層間絶縁膜16B上には、第２層アルミニウム層で構
成されて第２アルミニウム配線層18Bが形成されてお
り、この上には第３の層間絶縁膜16Cが形成されてい
る。層間絶縁膜16C上には、第３層アルミニウム層で構
成された配線層18Cが形成されており、この配線層18C
は、層間絶縁膜16A乃至16Cを貫通し加熱部材14に到達す
るスルーホール41を介して加熱部材14に接続されてい
る。

上述のような構成の場合、加熱部材14およびこれの上
方に存在する配線層18Cを含む領域がヒューズ20に相当
する。配線層18Cのうち、加熱部材14上に対応した箇所3
2が切断されるべき箇所になる。

このように多層配線を擁する装置では、ヒューズ20を
含む配線層に、最も表層に近い配線層18Cを選んでも構
わない。

次に、第４の実施例に係わる装置を第12図を参照して
説明する。

第12図は第４の実施例に係わる装置の断面図である。
第12図において、第11図と同一の部分については同一の
参照符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。

第12図に示すように、第１の層間絶縁膜16Aには加熱
部材14に到達する第１のコンタクト孔41Aが形成され、
このコンタクト孔41A内には第１層アルミニウム層を用
いた第１の充填部材41Aが形成されている。第２の層間
絶縁膜16Bには充填部材41Aに到達する第２のコンタクト
孔41Bが形成され、このコンタクト孔41B内には第２層ア
ルミニウム層を用いた第２の充填部材41Bが形成されて
いる。第３の層間絶縁膜16Cには充填部材41Bに到達する
第３のコンタクト孔41Cが形成され、このコンタクト孔4
1Cを介して配線層18Cが充填部材41Bに接続されている。

このように多層配線を擁する装置では、最も表層にあ
り、ヒューズ20を含む配線層18Cと加熱部材14とを互い
に接続するのに、充填部材41Aおよび41Bを介して行って
もよい。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、アルミニウム
を主成分とするような、レーザを反射する配線層をヒュ
ーズとし、このヒューズをレーザにより切断するヒュー
ズの切断方法を提供できる。

また、特に多層配線を擁した製品において、製造工程
を増加させることなく、レーザによるヒューズの切断を
簡易化でき、歩留りを向上できる構造を可能にするヒュ
ーズの切断方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例に係わる装置の平面
図、第２図は第１図中の２−２線に沿う断面図、第３図
（ａ）〜（ｃ）はそれぞれこの発明に係わるヒューズの
溶断メカニズムを順に示した断面図、第４図はこの発明
の第２の実施例に係わる装置の平面図、第５図は第４図
中の５−５線に沿う断面図、第６図は好ましいレーザの
照射状態を示した平面図、第７図は第６図中の７−７線
に沿う断面図、第８図はこの発明に係わるヒューズを複
数配置した装置の平面図、第９図および第10図は加熱部
材形状についてそれぞれ示した斜視図、第11図はこの発
明の第３の実施例に係わる装置の断面図、第12図はこの
発明の第４の実施例に係わる装置の断面図である。 10…シリコン基板、12…フィールド絶縁膜、14…加熱部
材、16,16A〜16C…層間絶縁膜、18,18A〜18C…配線層、
20…ヒューズ、32…切断箇所、40,40A,40B…コンタクト
孔、41…スルーホール。

フロントページの続き (72)発明者 柿 誠治 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 臼田 圭夫 神奈川県川崎市川崎区駅前本町25番地１ 東芝マイクロエレクトロニクス株式会 社内 (56)参考文献 特開 昭58−64061（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−162344（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−230336（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザにより切断するヒューズの切断方法
   であって、 半導体基体の上方に、この基体と絶縁されて形成され
   た、切断される予定があるヒューズを含む配線層と、 前記配線層のヒューズの部分と前記基体との間に設けら
   れた、前記ヒューズの切断を補助する切断補助部材と、 前記配線層と前記切断補助部材との間に設けられた層間
   絶縁膜とを有し、 前記ヒューズを含む配線層がレーザを反射する導電性の
   物質からなり、 前記切断補助部材がレーザを吸収する物質からなり、こ
   の切断補助部材にレーザを照射して、前記切断補助部材
   を熱爆発させ、この熱爆発を利用して、前記レーザを反
   射する導電性の物質からなる前記配線層のヒューズの部
   分を切断することを特徴とするヒューズの切断方法。
2. 【請求項２】前記配線層と前記切断補助部材とが、前記
   層間絶縁膜に設けられたコンタクト孔を介して互いに接
   続されていることを特徴とする請求項（１）に記載のヒ
   ューズの切断方法。
3. 【請求項３】前記ヒューズを含む配線層の主成分はアル
   ミニウムであることを特徴とする請求項（１）および請
   求項（２）いずれかに記載のヒューズの切断方法。
4. 【請求項４】前記切断補助部材の主成分はシリコンであ
   ることを特徴とする請求項（１）乃至請求項（３）いず
   れか一項に記載のヒューズの切断方法。