JP3049847B2

JP3049847B2 - 半導体装置

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Publication number: JP3049847B2
Application number: JP3175390A
Authority: JP
Inventors: 正浩竹内
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1990-08-09
Filing date: 1991-07-16
Publication date: 2000-06-05
Anticipated expiration: 2015-06-05
Also published as: JPH04363049A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冗長回路の一部を構成
するヒューズ素子を備えた半導体装置に関し、さらに詳
しくは、ヒューズ素子を溶断するエネルギービームのア
ライメントずれが生じた場合にもヒューズ素子を確実に
溶断できる半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】メモリ回路などの主回路の他に、その主
回路を保護するための冗長回路を備えた半導体装置が知
られている。この冗長回路は、半導体装置を構成する１
チップ内に不良素子が発生した場合、これと対応する番
地のヒューズ素子をレーザービームにより溶断すること
で、不良素子を正常な素子に切り替えるものである。

【０００３】従来の半導体装置のヒューズ素子を図１３
（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。

【０００４】各図において、シリコン基板１００上に
は、シリコン酸化膜１０２が形成され、さらにその上に
配線層の一部のパターンを利用して多結晶シリコン膜か
ら成るヒューズ素子１０４が形成される。シリコン酸化
膜１０６により被覆されるヒューズ素子１０４の両端
は、コンタクトホール１０８を介してアルミニウム配線
１１０に接続されている。そして、ヒューズ素子１０４
の溶断は、図１３（Ａ）に示すように、レーザービーム
１１２をヒューズ素子１０４に照射することで、ヒュー
ズ素子１０４を発熱させて行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ヒューズ素子１０４の
溶断ミスの原因としてレーザー照射装置のアライメント
ずれがある。一般に、レーザー照射装置に用いられるア
ライメント装置は、露光装置に於けるステッパほど精度
が良好でなく、２μｍの幅を持つヒューズ素子１０４に
対してアライメント精度は１μｍ程度であると言われて
いる。

【０００６】レーザビーム１１２によりヒューズ素子１
０４を溶断できる必須条件としては、ヒューズ素子１０
４の配線幅の全てがビーム径内に入っていることであ
る。しかしながら、アライメントずれにより、ヒューズ
素子１０４の配線幅の一部でもビーム径内から逸脱した
場合には、もはやヒューズ素子１０４をオープンさせる
ことはできず、溶断ミスとなってしまう。

【０００７】ヒューズ素子１０４の配線幅の全てがビー
ム径内に存在する場合にも溶断ミスは生ずる。これは、
レーザービームのエネルギー分布に起因している。この
エネルギー分布は図１１のようになっており、ビーム中
心からの距離ｘが大きくなるほど、レーザービームのエ
ネルギー密度は小さくなっている。したがって、アライ
メントずれにより、ヒューズ素子１０４の中心からレー
ザービームの中心がずれるほど、溶断に寄与するエネル
ギーが少くなり、溶断ミスが生ずるのである。

【０００８】本発明者の着目した第１の課題は、アライ
メントずれに起因したヒューズ素子の溶断ミスを確実に
なくすことである。

【０００９】このような溶断ミスは、半導体装置の微細
化が急速に進むにつれ益々増大するものと思われる。半
導体装置の微細化と共に、ヒューズ素子１０４の膜厚を
も薄くせざるを得ず、膜厚が薄くなるほど吸収されるエ
ネルギーが小さくなるからである。

【００１０】薄膜のヒューズ素子１０４に対してレーザ
ビーム１１２のアライメントずれが生じた場合には、ヒ
ューズ素子１０４の溶断を妨げる要因が重なり、溶断ミ
スはさらに増大するであろう。本発明者が着目した第２
の課題は、このように薄膜化の傾向にあるヒューズ素子
をも確実に溶断することにある。

【００１１】下記の各公報は、ヒューズ素子の溶断に関
する技術を開示しているが、アライメントずれおよびヒ
ューズ素子の薄膜化に起因した溶断ミスへの対策は何ら
成されていない。

【００１２】特開昭６１−５１９６６号公報には、ヒュ
ーズ素子の下方に多結晶シリコン膜から成る衝撃緩和層
を設けた技術が開示されている。このようにすれば、レ
ーザービームの出力を大きして薄膜化の傾向にあるヒュ
ーズ素子１０４を溶断したとしても、シリコン基板に対
する悪影響を防止できる。しかしながら、レーザー照射
装置のアライメントずれが生じた場合には、ヒューズ素
子を確実に溶断することは不可能である。多結晶シリコ
ン膜から成る衝撃緩和層は、ヒューズ素子を透過したビ
ームを吸収するのみである。

【００１３】特開昭５８−６４０６１０号公報は、ヒュ
ーズ素子の上方に光吸収性の高い被覆を設ける技術を開
示している。また、特開昭６０−１７６２５号公報は、
ヒューズ素子の上方に、ヒューズ素子を露出させる窓を
設ける技術を開示している。これら２つの技術では、共
にヒューズ素子がビーム径内に存在する場合に限り入射
するエネルギーを比較的高く確保できるのみであり、ア
ライメントずれ対策にはなっていない。

【００１４】特開昭５８−２０７６６５号公報には、Ｖ
字状の溝に沿ってヒューズ素子を形成する技術が開示さ
れている。この技術によれば、レーザービームの照射時
にヒューズ素子が溶融してＶ字状の溝に沿って流動する
ので、比較的低パワーでの溶断が可能である。しかしな
がら、ヒューズ素子の幅方向にレーザービームがアライ
メントずれした場合の対策は何ら成されていない。

【００１５】本発明の目的とすることは、レーザー照射
装置のアライメントずれが生じた場合にも、ヒューズ素
子を確実に溶断することのできる半導体装置を提供する
ことにある。

【００１６】本発明の他の目的とするところは、素子の
微細化によりヒューズ素子の膜厚が薄くなっても、レー
ザービームの出力をさほど高めることなくヒューズ素子
を確実に溶断することのできる半導体装置を提供するこ
とにある。

【００１７】本発明の他の目的とするところは、ヒュー
ズ素子の薄膜化とレーザー照射装置のアライメントずれ
との二重の悪条件が重なった場合にも、ヒューズ素子を
確実に溶断することのできる半導体装置を提供すること
にある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第１の発明に係る半導体装置は、半導体基板に形成し
た配線層と、前記配線層の一部のパターンとして形成さ
れ、エネルギービームによりヒューズ素子と、を有し、
前記ヒューズ素子は、その配線幅方向で間隔をおいて複
数列に設けられたヒューズ配線層で構成され、かつ、各
列の前記ヒューズ配線層を直列接続して構成したことを
特徴とする。

【００１９】第２の発明に係わる半導体装置は、半導体
基板に形成した高融点金属膜と、前記高融点金属膜の上
層に層間絶縁層を介して形成した配線層と、前記配線層
の一部のパターンとして形成され、エネルギービームに
より溶断可能なヒューズ素子と、を有し、かつ、前記高
融点金属膜の一部を前記ヒューズ素子と対向する下層位
置に形成したことを特徴とする。

【００２０】第３の発明は、半導体基板に形成した高融
点金属膜と、前記高融点金属膜の上層に層間絶縁層を介
して形成した配線層と、前記配線層の一部のパターンと
して形成され、エネルギービームにより溶断可能なヒュ
ーズ素子と、を有し、前記ヒューズ素子は、その配線幅
方向に間隔をおいて複数列に設けられたヒューズ配線層
で構成され、かつ、各列の前記ヒューズ配線層が直列接
続され、前記高融点金属膜の一部が、前記ヒューズ素子
の各列の前記ヒューズ配線層と対向する下層位置に形成
されていることを特徴とする。

【００２１】第４の発明に係る半導体装置は、半導体基
板に形成された第１の配線層と、この第１の配線層の上
層に、層間絶縁層を介して形成され、前記第１の配線層
よりも薄膜の第２の配線層と、前記第１の配線層の一部
のパターンとして形成された第１のヒューズ素子と、前
記第２の配線層の一部のパターンとして、前記第１のヒ
ューズ素子と対向する上層位置に形成され、かつ、前記
第１のヒューズ素子とコンタクトホールにより直列接続
された第２のヒューズ素子と、を有することを特徴とす
る。

【００２２】

【作用】レーザー照射装置のアライメントずれはあらゆ
る方向に生ずるが、特にレーザービームがヒューズ素子
の配線幅から外れた場合には、もはやそのヒューズ素子
の溶断が全く不可能である。第１の発明では、配線幅方
向に間隔をおいて複数列に設けられたヒューズ配線層を
有するので、レーザービームが特にその配線幅方向にず
れたとしても、いずれか１つのヒューズ配線層を必ずレ
ーザービームのビーム径内に位置させることができ、確
実な溶断が図れる。そして、各列のヒューズ配線層は、
直列接続されているため、そのうちの一列のヒューズ配
線層を溶断するだけで、ヒューズ素子を必ずオープン状
態とすることが可能となる。

【００２３】直列接続された複数列のヒューズ配線層パ
ターンは、フォトリソグラフィ工程に用いられるマスク
パターンにより容易に形成でき、製造工程が増えること
もない。

【００２４】また、一般にヒューズ素子の配置エリア
は、半導体装置の主回路エリアの微細化が進んでも比較
的広く確保できるので、複数列パターンにより半導体装
置の微細化を妨げるものでもない。

【００２５】第２の発明では、半導体基板上の配線層と
して高融点金属膜が用いられている場合には、この高融
点金属膜をヒューズ素子と対向する下層位置に形成する
ことで、ヒューズ素子を透過したレーザービームを反射
させて、ヒューズ素子の溶断エネルギーとして利用する
ことができる。特に、ヒューズ素子が１０００オングス
トローム以下の薄膜であるとエネルギー吸収が少く、透
過エネルギーが高くなるので、これを反射させて溶断エ
ネルギーの一部として利用することで、薄膜化したヒュ
ーズ素子の確実な溶断が可能となる。また、アライメン
トずれに起因してヒューズ素子の中心よりビーム中心が
ずれて、ヒューズ素子に直接入射するエネルギーが少な
くなっても、反射エネルギーによりヒューズ素子の確実
な溶断が図れる。このような高融点金属膜は、例えばＳ
ＲＡＭ（スタティック・ランダム・アクセス・メモリ）
等のゲート電極あるいはＶss電源の配線層として用いら
れているものである。従って、ヒューズ素子と対向する
下層位置に形成される高融点金属膜は、フォトリソグラ
フィ工程でのマスクパターンを変更するだけで実現でき
る。このため、ヒューズ素子の薄膜化が進んでも、冗長
回路の製造のためだけに製造工程が増えることがなくな
り、製品コストアップを伴うことなく、薄膜化したヒュ
ーズ素子の確実な溶断が実現できる。

【００２６】第３の発明は、第１の発明および第２の発
明を組合せたものであり、レーザー照射装置の大きなア
ライメントずれが生じた場合にも、複数列の少くとも１
つのヒューズ配線層を確実に溶断できる。しかもそのヒ
ューズ配線層と対向する下層位置には、薄膜化したヒュ
ーズ配線層を透過したエネルギービームを反射できる高
融点金属膜が必ず形成されているので、ヒューズ配線層
に吸収されるエネルギー量を増大させて確実な溶断を実
現することができる。

【００２７】半導体装置の微細化により薄膜化された第
２のヒューズ素子のエネルギー吸収が悪化する。特にア
ライメントずれによりエネルギー密度の低いビームが照
射されると、第２のヒューズ素子の溶断できなくなる恐
れがある。そこで、第４の発明では、この下層に第２の
ヒューズ素子よりも厚い第１のヒューズ素子を配置し、
第２のヒューズ素子を透過したビームエネルギーによ
り、エネルギー吸収性の高い第１のヒューズ素子を溶断
している。第１，第２のヒューズ素子は直列接続されて
いるので、いずれか一方を溶断することでヒューズ素子
を確実にオープンさせることができる。

【００２８】

【実施例】本発明の好適な実施例を、図面を参照して説
明する。

【００２９】（実施例１）実施例１装置の係わる半導体
装置の冗長回路部分の構造を、図１を参照して製造工程
順に説明する。

【００３０】先ず、Ｐ型あるいはＮ型シリコン基板１０
を、１１００℃のウェット雰囲気で酸化を行ない、シリ
コン酸化膜１６を約８０００オングストローム形成す
る。次にＣＶＤ法により配線層である多結晶シリコン膜
を約１０００オングストローム形成する。次にフォトリ
ソグラフィによりエッチングのためのパターン形成後、
プラズマエッチングにより多結晶シリコン膜の不要部分
を除去する。そして、多結晶シリコン膜によるヒューズ
素子３０を形成する。なお、ヒューズ素子３０は、多結
晶シリコン膜に代えて、単結晶シリコン膜あるいは非晶
質シリコン膜で形成しても良い。

【００３１】ここで、このヒューズ素子３０は、１ライ
ンの配線層を蛇行形成することで形成されている。この
結果、ヒューズ素子３０は、配線幅方向に間隔をおいて
複数列設けられたヒューズ配線層３２で構成され、か
つ、各列のヒューズ配線層３２が直列接続されている。
このようにして、ヒューズ素子３０のパターンは、図１
（Ａ）のように、レーザービーム４０のビーム径内にヒ
ューズ配線層３２が２本以上存在するように形成する。

【００３２】次に、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜１８
を５０００オングストローム形成する。その後、フォト
リソグラフィ工程によりコンタクトホール２０のエッチ
ングパターンを形成し、ドライエッチングを行ないコン
タクトホール２０を形成する。次にシリコンを５％含有
するアルミニウムをスパッタ法により約１μｍ形成し、
フォトリソグラフィ工程によりエッチングパターン形成
後、ドライエッチングを行ないアルミニウム配線２２を
形成する。

【００３３】ここで、主回路であるメモリ回路を構成す
るチップに例えばゴミの付着による不良が発生した場合
には、そのアドレスに対応するヒューズ素子３０をレー
ザビーム４０により溶断してリペアを行う。

【００３４】このとき、アライメントずれにより、ヒュ
ーズ素子３０とレーザービーム４０とがいずれの方向に
ずれたとしても、確実にヒューズ素子２０を溶断でき
る。すなわち、ヒューズ素子３０は、図１（Ａ）のよう
に蛇行形成されて配線幅方向に間隔をおいて配列された
複数列のヒューズ配線層３２で構成され、レーザービー
ム４０の有効ビーム径（Ｄ）内に、いずれか１列のヒュ
ーズ配線層３２を必ず存在させることができる。従っ
て、１列のヒューズ配線層３２の配線幅から逸脱する大
きなアライメントずれがあっても、直列接続された複数
列のうちのいずれかのヒューズ配線層３２が確実に溶断
され、ヒューズ素子３０を確実にオープンさせることが
できる。

【００３５】ここで、ヒューズ配線層３２の配列条件と
しては、図２に示すようにレーザービーム４０がヒュー
ズ配線層３０を溶断するのに寄与する有効ビーム径を
（Ｄ）とし、ヒューズ配線層３２の幅をそれぞれ（Ｗ）
とし、相隣接する２つのヒューズ配線層３２の中心ピッ
チを（Ｐ）としたとき、Ｄ＞Ｐ＋Ｗである。このようにすれば、ヒューズ配線層３２の幅方
向に平行にアライメントずれが生じても、必ず１本のヒ
ューズ配線層３２がレーザビーム４０により溶断でき
る。なお、レーザビーム４０のエネルギー分布は図１１
に示す通りであり、有効ビーム径（Ｄ）とは、ヒューズ
配線層３２を溶断するのに足るエネルギー（Ｅ´）例え
ば約１μＪのエネルギー（Ｅ´）を持つビーム径であ
る。

【００３６】より好ましくは、Ｄ≧２Ｐ＋Ｗの条件に設定すると良い。このようにすれば、有効ビー
ム（Ｄ）のビーム中心位置に１列のヒューズ配線層３２
が存在する確率が高くなる。従って、最もエネルギーの
高いビーム中心エリアを溶断に利用できるので、薄膜化
されたヒューズ配線層３２を必ず溶断させることができ
る。

【００３７】（実施例２）この実施例２に係わる半導体
装置は、厚さ方向で異なる位置に２つの配線層が層間絶
縁層を介して形成され、１つのヒューズ素子を層の異な
る２つの配線層を利用して形成したものである。

【００３８】図３において、シリコン基板１０上には素
子分離絶縁層１２及びゲート酸化膜１４が順次形成さ
れ、その上にシリコン酸化膜１６が形成されている。シ
リコン酸化膜１６上には、第１層の配線層としての多結
晶シリコン膜が約１０００オングストローム形成され、
フォトリソグラフィによりエッチングパターン形成後、
プラズマエッチングにより例えば２本の下層ヒューズ配
線層５２，５２が平行に形成される。この下層ヒューズ
配線層５２，５２の上には、層間絶縁層としての第２層
のシリコン酸化膜１８が、各所にコンタクトホール２
０，２６を有するようにして形成され、その上層に第２
層の配線層としての多結晶シリコン膜が約１０００オン
グストローム形成される。そして、同様にフォトリソグ
ラフィ工程，エッチング工程により、２つの下層ヒュー
ズ配線層５２，５２と平行に、かつ、それらの中間位置
に、上層ヒューズ配線層５４が形成される。この上層ヒ
ューズ層５４はコンタクトホール２６を利用して下層ヒ
ューズ配線層５２と接続される。この後、その上に更に
シリコン酸化膜２４が形成され、最後にアルミニウム配
線２２を行う。アルミニウム配線２２はコンタクトホー
ル２０を利用して下層ヒューズ層５２と接続される。

【００３９】ここで、２つの下層ヒューズ配線層５２，
５２と、その間に形成された上層ヒューズ配線層５４と
は、コンタクトホール２６を利用して、アルミニウム配
線２２に対して直列接続される。このようにして、ヒュ
ーズ素子５０は、異なる層で形成した複数列のヒューズ
配線層５２，５２，５４を、ヒューズ配線層の幅方向で
間隔をおいて複数列形成し、かつ、各列を直列接続して
いる。

【００４０】この結果、この第２実施例に係わるヒュー
ズ素子５０も、第１実施例と同様に、レーザービーム４
０の有効ビーム径Ｄ内に、２本以上のヒューズ配線層を
存在させることができる。

【００４１】（実施例３）実施例３に係わる半導体装置
の構造を、図４を参照して説明する。

【００４２】この第３実施例に係わる半導体装置は、第
１層としての配線層に高融点金属膜を用い、これと層間
絶縁層を介して上層に形成された第２層の配線層とし多
結晶シリコンを有する半導体装置である。

【００４３】そして、本実施例では第２層の多結晶シリ
コンを利用し、これをフォトリソグラフィ工程およびエ
ッチング工程により１ラインのヒューズ素子６０を形成
している。そして、さらに、第１層の配線層である高融
点金属膜例えばタングステン膜６２を、ヒューズ素子６
０と対向する下層位置に形成するように、フォトリソグ
ラフィ工程のパターン形成およびその後のエッチング工
程を実施している。なお、本実施例では、タングステン
膜６２の厚さが２０００オングストロームであり、ヒュ
ーズ素子６０の厚さは８００オングストロームである。
さらに、タングステン膜６２はヒューズ素子６０と対向
する下層位置よりも広い面積に亘って形成されている。
これは、ヒューズ素子６０の形成時に、その配線パター
ンが幅方向にずれて形成されても、必ずその下にタング
ステン膜６２が存在すること保証するためである。

【００４４】図４（Ａ），（Ｂ）において、レーザービ
ーム４０を上方から照射すると、多結晶シリコン膜によ
るヒューズ素子６０にその一部が吸収される。本発明者
の実験によれば、多結晶シリコン膜によるヒューズ６０
の膜厚が１０００オングストローム以下になると、レー
ザー光の吸収率が悪くなり、レーザー光のほとんどが透
過してしまうことが判明した。その結果ヒューズ６０の
発熱が不十分になりヒューズが溶断できない場合があ
る。

【００４５】ここで、ヒューズ素子６０に吸収されるエ
ネルギーＥは下記の通りである。

【００４６】Ｅ＝Φ［１−ｅｘｐ（−α×ｔ）］ Φ：入射パワー α：ヒューズ素子の吸収係数ｔ：ヒューズ素子の膜厚ヒューズ素子を構成する多結晶シリコンの吸収係数α
は、レーザ光源としてＹＬＦレーザー（波長＝1047nm）
又はＹＡＧレーザー（波長＝1056nm）の場合、その波長
での吸収係数はほぼα＝３×１０（１／cm）である。

【００４７】従って、ヒューズ素子の膜厚が従来のよう
に２０００オングストロームの場合の吸収エネルギーＥ
₁は、Ｅ₁＝０．００６Φ であるのに対し、膜厚ｔ＝１０００オングストロームに
なると、その吸収エネルギーＥ₂は、Ｅ₂＝０．００３Φ となり、かなり吸収率が低下することが分かる。

【００４８】そこで、本実施例のようにヒューズ素子６
０の下層にタングステン膜６２を設けると、ヒューズ素
子６０を透過したレーザービーム４０は、このタングス
テン膜６２上で反射し、再び多結晶シリコン膜によるヒ
ューズ素子６０に吸収される。従って、高融点金属膜６
２に入射する光のほとんどが反射するとすれば、ヒュー
ズ素子６０内では、高融点金属膜６２のない場合の約２
倍（直接入射＋反射）のレーザービームの吸収が起きる
ことになる。このため、ヒューズ素子６０の発熱量も約
２倍になるので、ヒューズ素子６０の膜厚を薄くしても
ヒューズが溶断できないという不良がなくなる。

【００４９】レーザービームの入射エネルギー分布が図
１１の通りであることを考慮すると、従来のように下層
に高融点金属膜がないヒューズ素子がビーム中心エリア
を利用して溶断できたとしても、レーザー照射装置のア
ライメントずれにより、やはりヒューズが溶断できない
場合が生じる。本実施例では、多結晶シリコン膜による
ヒューズ素子６０の幅を（Ｗ）とし、レーザー光のビー
ム径を（φ）とし、高融点金属膜の幅をＬとし、Ｗ＜φ
＜Ｌに設定している。このため、アラインメントずれに
より、レーザビーム４０が多少ずれたとしても、ヒュー
ズ素子６０のエネルギー吸収が約２倍になることから、
ヒューズ素子６０が溶断できないことはなくなる。

【００５０】上記の作用を、図１２及び図１１の比較か
ら説明する。図１２は本実施例でのヒューズ素子６０に
入射されるレーザービームの入射＋反射エネルギー密度
の図である。

【００５１】図１１、図１２において、ｘはレーザー光
のビーム中心からの距離、φはレーザービーム径、Ｅ_F
はレーザービームの入射エネルギー密度、Ｅ_FRはレーザ
ー光の吸収率を１０％と仮定した場合のレーザー光の入
射＋反射エネルギー密度、Ｅ´はヒューズを溶断するに
必要なエネルギー密度、Ｗは多結晶シリコン膜によるヒ
ューズ幅、ＭＧはヒューズを溶断するのに許容できるビ
ーム，ヒューズ素子のアライメントマージンである。

【００５２】そして、図１１、図１２において、ヒュー
ズ幅（Ｗ）を１μｍ、レーザービームのビーム径（φ）
を５μｍとする。図１３の従来例ではヒューズを切断す
るためのアライメントマージン（ＭＧ）は図１１の通り
少なく、片側０．６μｍしかない。これに対し、図４の
本実施例では、アライメントマージン（ＭＧ）は図１２
の通り広くなり、１．６μｍ確保できる。

【００５３】図４の本実施例では、シリコン基板１０上
に直接タングステン膜６２を形成したが、シリコン基板
１０上にシリコン酸化膜を熱酸化法あるいはＣＶＤ法で
形成してからタングステン膜６２を形成してもよい。

【００５４】また、反射層として機能する高融点金属膜
としては、本実施例ではタングステン膜６２を用いた
が、その上層のヒューズ素子６０よりも十分融点が高い
金属であれば良く、好ましくは融点１４００°Ｃ以上の
金属として、モリブデン、チタン、プラチナ、ニッケ
ル、コバルト、タンタル膜等を使用してもよい。あるい
は、高融点金属膜として、これら単体の高融点金属のシ
リコン化合物である高融点金属シリサイド膜を使用して
もよい。上記の単体金属膜あるいはシリサイド膜は、反
射層として好ましくは５００〜３０００オングストロー
ム形成するもので良い。さらには、高融点金属膜とし
て、５００〜２０００オングストロームの多結晶シリコ
ン上に、上記の単体の高融点金属膜を５００〜２０００
オングストロームの厚さで形成した高融点金属ポリサイ
ド膜を使用してもよい。これらの材質に関しては、下記
の各実施例の高融点金属膜にも同様に適用できる。

【００５５】（実施例４）この実施例４に係わる半導体
装置は、図５に示すような平面的配置のヒューズ素子７
０から構成される。このヒューズ素子７０は、多結晶シ
リコン膜から構成される上層のヒューズ配線層７２と、
これと対向する下層位置に形成される高融点金属膜例え
ばタングステン膜７４とから構成され、その両者は一端
部においてコンタクトホール２６を介して直列接続され
ている。またヒューズ配線層７２およびタングステン膜
７４の他端部は、二層の重なりエリアより左右に引き出
されたエリアにて、それぞれコンタクトホール２０を介
してアルミニウム配線２２，２２に接続されている。す
なわち、ヒューズ素子７０の両端に対するアルミニウム
配線２２，２２の配線位置は、ヒューズ素子７０の同一
サイドに並設されたパターンとなっている。このように
して、ほぼＴ字型パターンの二層構造のヒューズ素子７
０を構成している。

【００５６】このヒューズ素子７０の断面構造は、図６
（Ａ）〜（Ｃ）に示す通りである。そして、本実施例で
は、主回路であるメモリー回路を構成する第１〜第３層
の配線層のうち、最上層の第３層の配線層の一部を利用
してヒューズ配線層７２を形成し、第２層の配線層の一
部のパターンを利用してタングステン膜７４を形成して
いる。

【００５７】このような構造によれば、第３実施例と同
様に比較的薄膜であるヒューズ配線層７２に直接入射さ
れるレーザービーム４０のエネルギー吸収がたとえ少な
くても、このヒューズ配線層７２を透過したレーザービ
ーム４０のほとんどが、その下層のタングステン膜７４
にて反射され、このエネルギーをも利用してヒューズ配
線層７２の溶断を実現することができる。

【００５８】（実施例５）この実施例５に係わる半導体
装置は、その平面的な配置は図５に示す通りであるが、
その断面構造を図７（Ａ）〜（Ｃ）の通りとしている。
即ち、この第５実施例装置も第４実施例装置と同様に、
第３層の配線層を利用したヒューズ配線層７２と対向す
る下層にタングステン膜７４を有する点では同一である
が、タングステン膜７４が、主回路を構成するメモリ回
路の第１層の配線層を利用して、その一部のパターンを
ヒューズ配線層７２の下層位置まで延在形成したもので
ある。

【００５９】この実施例５の場合も、実施例３および実
施例４と同様に、比較的薄膜のヒューズ配線層７２を透
過したレーザービーム４０のエネルギーを、タングステ
ン膜７４で反射させることでヒューズ配線層７２の溶断
に寄与させることができる。但し、ヒューズ配線層７２
とタングステン膜７４との間には、層間絶縁層として２
層のシリコン酸化膜１６，１８が存在するので、そこで
のエネルギー吸収分だけ溶断エネルギーは消費されるこ
とになる。

【００６０】（実施例６）この実施例６に係わる半導体
装置も同様に、その平面的な配置は図５に示す通りであ
り、その断面構造を図８（Ａ）〜（Ｃ）の通りとしたも
のである。即ち、ヒューズ配線層７２は、主回路を構成
するメモリ回路の第２層の配線層の一部のパターンを利
用して形成されている。一方、タングステン膜７４は、
メモリ回路の第１層の配線層の１部のパターンを利用し
て形成されている。タングステン膜７４での反射エネル
ギーをヒューズ配線層７２の溶断エネルギーとして利用
できる点は、上述した各実施例と同様である。

【００６１】（実施例７）この実施例７に係わる半導体
装置は、ヒューズ素子８０を多結晶シリコンから成る上
層ヒューズ素子８２と、これと対向する領域に形成され
た高融点金属膜から成る下層ヒューズ素子８６とで構成
している。そしてさらに、上層および下層のヒューズ素
子８２，８６を、その配線幅方向に間隔をおいて複数列
に設けられた各ヒューズ配線層８４，８８で構成してい
る。そして、上層および下層のヒューズ素子８２，８６
の一端部は、コンタクトホール２６を利用して相接続さ
れ、その他端部はそれぞれコンタクトホール２０を利用
してアルミニウム配線２２，２２に接続されている。

【００６２】この第７実施例によれば、上層ヒューズ素
子８２は、その配線幅方向に複数列のヒューズ配線層８
４を有することから、たとえアライメントずれが生じた
場合にも、レーザービーム４０の有効ビーム径Ｄ内に必
ず一本のヒューズ配線層８４を存在させて溶断すること
ができる。

【００６３】しかも、上層ヒューズ素子８２を構成する
複数列の各ヒューズ配線層８４と対向する下層位置に
は、高融点金属膜にて形成されたヒューズ配線層８８が
必ず存在するので、比較的薄膜の上層のヒューズ配線層
８４をレーザービーム４０が透過したとしも、下層のヒ
ューズ配線層８８にて反射させることで、上層のヒュー
ズ配線層８４を溶断するのに寄与するエネルギーを増大
させることができ、確実なヒューズ素子８０の溶断を実
現できる。

【００６４】この実施例７の変形として、半導体基板１
０に３層の配線層が形成される場合には、実施例４〜実
施例６と同様に３種の組み合わせが適用できる。

【００６５】なお、上述した第４実施例〜第７実施例に
おいては、上層のヒューズ配線層７２，８４と下層の高
融点金属膜から成るヒューズ配線層７４，８８を直列接
続し、その両者でヒューズ素子７０，８０を構成した
が、上層のヒューズ配線層７２，８４の両端をアルミニ
ウム配線２２，２２に接続し、下層の高融点金属膜７
４，８８をレーザービーム４０の反射層としてのみ用い
ることも可能である。

【００６６】また、下層の高融点金属膜をその上層のヒ
ューズ配線層よりも幅広に形成する場合には、高融点金
属膜の表面を凹レンズ状に形成するとよい。このように
すれば、上層のヒューズ配線層を透過して高融点金属膜
に入射したレーザービームを、ヒューズ配線層に集束さ
せて反射することができ、ヒューズ配線層の溶断エネル
ギーをより増大させることが可能となる。

【００６７】（実施例８）この実施例８では、図１０に
示すように、共に多結晶シリコンから成る第１，第２の
ヒューズ素子９２，９４を層間絶縁層であるシリコン酸
化膜１８を介して上下で対向する位置に形成し、両者の
一端をコンタクトホール２６を介して直列接続すること
でヒューズ素子９０を形成している。上層の第２のヒュ
ーズ素子９２は例えば１０００オングストローム以下の
薄膜であり、第１のヒューズ素子９４は第２ヒューズ素
子９２よりも厚く形成されている。

【００６８】ヒューズ素子９０にレーザービームを照射
すると、上層の第２のヒューズ素子９２にてそのエネル
ギーが吸収される。レーザービームのアライメントずれ
が少なければ、図１１に示すエネルギー密度の高い領域
を利用して、第２のヒューズ素子９２を溶断できる。し
かし、アライメントずれが大きくなると、エネルギー密
度の低い領域が第２のヒューズ素子９２に照射される。
このとき、薄膜の第２のヒューズ素子９２はエネルギー
吸収が少ないため、確実な溶断が困難となる場合があ
る。薄膜の第２のヒューズ素子９２を透過したレーザー
ビームは、比較的厚い膜形成によりエネルギー吸収性の
良い第１のヒューズ素子９４に照射される。第１のヒュ
ーズ素子９４に入射するレーザービームのエネルギー密
度は、第１のヒューズ素子９４に入射するものよりも低
くなるが、エネルギー吸収性が良い分、発熱による溶断
が確実化される。

【００６９】このように、実施例８によれば直列接続さ
れた第１，第２のヒューズ素子９４，９２のいずれか一
方を溶断することで、ヒューズ素子９０を確実にオープ
ンさせることができる。

【００７０】

【発明の効果】第１の発明によれば、配線幅方向に間隔
をおいて複数列に設けられ、かつ直列接続されたヒュー
ズ配線層を有するので、レーザービームが特にその配線
幅方向に大きくずれたとしても、いずれか１つのヒュー
ズ配線層を必ずレーザービームのビーム径内に位置させ
ることができ、ヒューズ素子の確実な溶断が図れる。

【００７１】第２の発明によれば、高融点金属膜をヒュ
ーズ素子と対向する下層位置に形成することで、ヒュー
ズ素子を透過したレーザービームを反射させて、ヒュー
ズ素子の溶断エネルギーとして利用することができ、特
に薄膜化されたヒューズ素子を確実に溶断できる。

【００７２】第３の発明によれば、第１の発明および第
２の発明の双方の作用により、薄膜のヒューズ素子に対
してビームのアライメントずれが生じた場合にも、確実
にヒューズ素子を溶断できる効果がある。

【００７３】第４の発明によれば、アライメントずれが
少ない場合には、エネルギー密度の高いビームにより上
層の薄膜化された第２のヒューズ素子を溶断でき、アラ
イメントずれが大きい場合には、エネルギー吸収の少な
い第２のヒューズ素子を透過したビームにより、比較的
厚膜でエネルギー吸収性の高いの第１のヒューズ素子を
溶断でき、上下層で直列接続されたいずれか一方のヒュ
ーズ素子を確実に溶断できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係わる半導体装置を示す
もので、同図（Ａ）は、ヒューズ素子を上方より透視し
て見た平面図、同図（Ｂ）は、同図（Ａ）のＩ−Ｉ断面
図である。

【図２】レーザービームの有効ビーム径と、隣接する２
本のヒューズ配線層との配置関係を示す概略説明図であ
る。

【図３】本発明の第２実施例に係わる半導体装置を示す
もので、同図（Ａ）は、ヒューズ素子を上方から透視し
て見た平面図、同図（Ｂ）は、同図（Ａ）のII−II断面
図、同図（Ｃ）は、同図（Ａ）のIII −III 断面図であ
る。

【図４】本発明の第３実施例に係わる半導体装置を示す
もので、同図（Ａ）はヒューズ素子をその上方から透視
して見た平面図、同図（Ｂ）は、同図（Ａ）のIV−IV断
面図である。

【図５】本発明の第４実施例〜第６実施例に係わる半導
体装置をその上方から透視して見た平面図である。

【図６】本発明の第４実施例に係わる半導体装置の断面
構造を示し、同図（Ａ）は図５のＶ−Ｖ断面図、同図
（Ｂ）は、図５のVI−VI断面図、同図（Ｃ）は、図５の
VII −VII 断面図である。

【図７】本発明の第５実施例に係わる半導体装置の断面
構造を示し、同図（Ａ）は、図５のVI−VI断面図、同図
（Ｂ）は、図５のVII −VII 断面図である。

【図８】本発明の第６実施例に係わる半導体装置の断面
構造を示し、同図（Ａ）は、図５のVI−VI断面図、同図
（Ｂ）は、図５のVII −VII 断面図である。

【図９】本発明の第７実施例に係わる半導体装置を示
し、同図（Ａ）はヒューズ素子をその上方より透視して
見た平面図、同図（Ｂ）は、同図（Ａ）のVIII−VIII断
面図である。

【図１０】本発明の第８実施例に係わる半導体装置を示
し、同図（Ａ）はその半導体装置をその上方から透視し
て見た平面図、同図（Ｂ）は、同図（Ａ）ののIX−IX断
面図、同図（Ｃ）は、同図（Ａ）のＸ−Ｘ断面図、同図
（Ｄ）は、同図（Ａ）のXI−XI断面図である。

【図１１】レーザービームのエネルギー分布を示す特性
図である。

【図１２】ヒューズ配線層の下層に高融点金属膜を有す
る場合のヒューズ配線層への直接入射エネルギーおよび
反射して入射するエネルギーのエネルギー分布を示す特
性図である。

【図１３】従来の半導体装置を示し、同図（Ａ）は、ヒ
ューズ素子をその上方から透視して見た平面図、同図
（Ｂ）は、同図（Ａ）のXII −XII 断面図である。

【符号の説明】

１０シリコン基板１６，１８，２４シリコン酸化膜２０，２６コンタクトホール２２アルミニウム配線３０ヒューズ素子３２ヒューズ配線層４０レーザービーム５０ヒューズ素子５２下層ヒューズ配線層５４上層ヒューズ配線層６０ヒューズ素子６２高融点金属膜７０ヒューズ素子７２ヒューズ配線層７４高融点金属膜８０ヒューズ素子８２上層ヒューズ素子８４ヒューズ配線層８６下層ヒューズ素子８８ヒューズ配線層９０ヒューズ素子９２第２のヒューズ素子９４第１のヒューズ素子

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/82

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板に形成した配線層と、前記配
線層の一部のパターンとして形成され、エネルギービー
ムにより溶断可能なヒューズ素子と、を有し、前記ヒュ
ーズ素子は、その配線幅方向に間隔をおいて複数列に設
けられた厚さ１０００オングストローム以下のヒューズ
配線層で構成され、かつ、各列の前記ヒューズ配線層を
直列接続して構成したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】半導体基板に形成した高融点金属膜と、
前記高融点金属膜の上層に層間絶縁膜を介して形成した
配線層と、前記配線層の一部のパターンとして形成さ
れ、エネルギービームにより溶断可能なヒューズ素子
と、を有し、前記ヒューズ素子は厚さ１０００オングス
トローム以下のヒューズ配線層で構成され、かつ、前記
高融点金属膜の一部を前記ヒューズ素子と対向する下層
位置に形成したことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】半導体基板に形成した高融点金属膜と、
前記高融点金属膜の上層に層間絶縁層を介して形成した
配線層と、前記配線層の一部のパターンとして形成さ
れ、エネルギービームにより溶断可能なヒューズ素子
と、を有し、前記ヒューズ素子は、その配線幅方向に間
隔をおいて複数列に設けられた厚さ１０００オングスト
ローム以下のヒューズ配線層で構成され、かつ、各列の
前記ヒューズ配線層が直列接続され、前記高融点金属膜
の一部が、前記ヒューズ素子の各列の前記ヒューズ配線
層と対向する下層位置に形成されていることを特徴とす
る半導体装置。
【請求項４】請求項１又は３に記載の半導体装置にお
いて、前記エネルギービームが前記ヒューズ配線層を溶
断するのに寄与する有効ビーム径をＤとし、前記ヒュー
ズ配線層の幅をそれぞれＷとし、相隣接する２つの前記
ヒューズ配線層の中心ピッチをＰとしたとき、Ｄ＞Ｐ＋Ｗとしたことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】半導体基板に形成された第１の配線層
と、この第１の配線層の上層に、層間絶縁膜を介して形
成され、前記第１の配線層よりも薄膜であり厚さが１０
００オングストローム以下の第２の配線層と、前記第１
の配線層の一部のパターンとして形成された第１のヒュ
ーズ素子と、前記第２の配線層の一部のパターンとし
て、前記第１のヒューズ素子と対向する上層位置に形成
され、かつ、前記第１のヒューズ素子とコンタクトホー
ルにより直列接続された第２のヒューズ素子と、を有す
ることを特徴とする半導体装置。