JP4202077B2 - ヒューズの切断方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体集積回路装置の歩留りを向上させるために設けられるレーザートリミングヒューズの切断方法と、そのための構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路装置を設計された電気的特性条件下で適切に作動させるため、半導体集積回路装置には電気的特性に関して所定の規格が設けられている。製造される半導体集積回路装置がこのような規格を満たすか否かを判定するため、製造工程が終了に近づいた時点で装置の機能や性能が検査される。
【０００３】
ところで、一般的には半導体集積回路が高度に集積されるに従って、電気的特性が所定の規格を外れるものが多くなり、歩留りが低下する。しかしながら、一部の限られた箇所に不良が存在するからといって、高度に集積された半導体集積回路を全て廃棄していたのでは、膨大な無駄が発生し半導体集積回路の製造コストが極端に上昇する。そこでこのような問題を解決するため、規格に満たない不良箇所が出現することを想定して、仮に不良箇所が発生した場合には、その箇所を他の回路から切断したり、または適正な特性値になるように調整するために、ヒューズ技術が一般的に使用されている。すなわち、ヒューズ技術によって半導体集積回路の不良個所、不良回路を救済する。このようなヒューズ技術の一種であるレーザートリミングヒューズは、配線層などで形成された線状ヒューズをレーザー光線の照射により発熱、蒸発に至らせてトリミングする技術である。
【０００４】
ところで現在、半導体デバイスの高集積化、大容量化に伴い、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が進んでいる。この多層配線を擁した半導体デバイスでは、配線層間の容量の影響を抑えるために層間絶縁膜等の膜厚が増加している。この増加した膜厚はヒューズの蒸発を抑える方向に働き、ヒューズの切断を阻害する。このため、多層配線のデバイスでは、半導体デバイスの深層に形成されるポリシリコンを主成分とする配線ではなく、より上層の配線、つまりアルミニウム等を主成分とする金属系の配線がレーザートリミングヒューズとして使用される傾向にある。
【０００５】
アルミニウムを主成分とする配線層をヒューズとしてレーザートリミングする技術には、以下の特徴がある。第一に、アルミニウムはポリシリコンに比べてレーザー光をより反射して吸収率が低いため、蒸発を発生させるためにはエネルギー強度を大きく設定しなければならない。第二に、レーザートリミング後、レーザー光による蒸発により大部分の照射部の配線材料はヒューズ部分から除去されるが、一部の材料はヒューズ周辺やその下地層に熱蒸着し残渣として残る。ポリシリコン配線の場合と異なり、アルミニウム配線の場合に発生するアルミ残渣は金属物質であるため、結果としてヒューズを導通させてしまう。
【０００６】
このアルミ残渣による導通の課題を解決するために、特許文献１には、ヒューズ構造に対して１回目のレーザー照射を施した後、ヒューズの幅方向に位置を変えて２回目、ないしは３回目のレーザー照射を施し、トリミング用ヒューズ構造に接続された回路を切断する方法が開示されている。
【０００７】
このようなヒューズ切断技術について、以下に詳しく説明する。図９は、従来のヒューズ切断方法を示す平面図である。図９（ａ）はトリミング用ヒューズの構造を示し、３は、半導体基板上にアルミニウム配線層を利用して形成されたヒューズである。ヒューズ３上にはそれを保護する絶縁膜（図示せず）が被覆されているが、ヒューズ３上の一部の絶縁膜は膜厚の途中までエッチング除去されて、開口部７が形成されている。
【０００８】
このヒューズ構造に対し、第一照射ステップとして、図９（ｂ）に示す座標Ｐ１を中心としてヒューズ３の上部からレーザー光線を照射する。その際のレーザービーム８の照射領域は、ヒューズ３の全幅もしくは全幅の大部分に渡るように設定される。その結果、レーザー光線のエネルギーによって照射部のヒューズ材料であるアルミニウムが蒸発し、上部の保護絶縁膜を飛散させるため、レーザー光線の照射領域ではヒューズが全幅に渡ってほぼ断線状態になる。
【０００９】
しかしながら蒸発したアルミニウムの一部は、冷却され切断個所の近傍で再度固化してアルミ残渣となることがあり、アルミ残渣の付着状態によってはヒューズが完全に断線しないこともある。したがって、このような事態を想定して、図９（ｂ）に示すように、第一照射ステップでの切断箇所の端部近傍で、保護絶縁膜上である座標Ｐ２を中心に２回目、同様に座標Ｐ３を中心に３回目のレーザー光線を照射し、残留していたアルミ残渣を蒸発させて、トリミング用ヒューズ構造に接続された回路を切断する（図９（ｃ））。こうしてヒューズ３を切断した後は、損傷エリアＳ１の部分が高抵抗となる。すなわち、切断されたといってもアルミニウムが完全に蒸発するわけではなく、切断領域の絶縁膜には非常にわずかではあるがアルミニウムが付着しており、これが高抵抗として残るのである。このように高抵抗として残っても、抵抗値の規格は満たしているので回路特性上問題は発生しない。
【００１０】
【特許文献１】
特開平６−３２６１９５号公報（段落００３４、図３）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のヒューズの切断方法においては、次のような課題があった。すなわち、特許文献１に開示されたヒューズの切断方法は、ヒューズ構造のメタル配線に対して、１回目のレーザー照射に加えて、ヒューズの幅方向に位置をずらして２回目、３回目のレーザー照射を施すことによって、ヒューズを完全に切断するものである。この方法は、トリミング用ヒューズ構造に接続された回路を電気的に完全切断するという点において効果的であるが、図９（ｂ）に示すように、３回のレーザー照射におけるレーザービーム８の照射領域は一部が重なっている。レーザービーム８の照射領域が重なることにより、図９（ｃ）に示すように、ヒューズの横側の絶縁膜が崩れる等の物理的ダメージ部１０の発生、あるいはヒューズ３が形成されている下地のクラックに起因する下層の半導体素子に対する汚染やリーク電流の発生、ひいては集積回路の信頼性不良が発生する可能性があるという問題を有していた。
【００１２】
また、図９にはヒューズ３が１本の場合が示されているが、実際の集積回路上ではヒューズ３が多数本並行して配列されているのが普通である。このような場合、上記従来のレーザー照射切断法を用いると、切断条件によっては、隣接ヒューズ自体の発熱、蒸発を発生させ、所望しないヒューズも切断する可能性があったり、絶縁保護膜の破壊が隣接するヒューズにも及びダメージを与えることがある。
【００１３】
本発明は上記問題に鑑み、主にアルミニウムを主成分とするようなレーザー光の反射率が高い配線層を用いたレーザートリミングヒューズ技術において、レーザー照射による物理的ダメージ、あるいは信頼性不良を発生させずにヒューズ部の良好な電気的不導通を得ることが出来て、容易にしかも確実に高歩留を実現することが可能なヒューズの切断方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明のヒューズの切断方法は、半導体基板など基板上に下地絶縁膜を介して形成された線状形状の導電膜からなるヒューズに対して、その表面上の長手方向における複数の異なる位置にそれぞれ１回のみレーザー光を照射して、レーザー光を照射したヒューズの抵抗値を抵抗規格値以上にするヒューズの切断方法であって、レーザー光を照射する時のエネルギー強度は、１回の照射で到達するヒューズの抵抗値が前記抵抗規格値未満となるエネルギー強度であることを特徴とする。
【００１６】
この方法において、ヒューズはその上に保護膜が形成され、その保護膜の、ヒューズ上の領域に少なくとも１個の開口部が設けられた構成とし、レーザー光の複数の異なる位置に対する照射を、１個の開口部を通して行うようにすることができる。
【００１７】
また、ヒューズはその上に保護膜が形成され、その保護膜の、ヒューズ上の領域に複数個の開口部が設けられた構成とし、レーザー光の複数の異なる位置に対する照射を、複数個の開口部を通して行うようにすることもできる。
【００１９】
また、レーザー光の複数の照射位置は、ヒューズの表面上における照射領域が互いに重ならないように設定されることが好ましい。
【００２３】
前記ヒューズは、複数の線状部が屈曲部を有して連続する導電膜からなる構成とすることができる。
【００２４】
以上のようなヒューズの切断方法によれば、ヒューズの長手方向に存在する複数の異なる位置にそれぞれレーザー照射するので、１回のレーザー照射のエネルギーが少なくてすむことに加え、レーザー照射はほとんどヒューズ上で行われる。したがって、アルミニウムを主成分とするような、レーザー波長の光に対して反射率が高い配線層を用いたヒューズにおいて、ヒューズ周辺の絶縁膜の形状崩れ、下地クラックを与えずに、ヒューズ部高抵抗を実現し、安全性が高く、確実にヒューズを切断状態にできる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下に本発明の実施の形態１について、図１、２を用いて説明する。図１は実施の形態１におけるレーザートリミングヒューズの切断方法を示す平面図、図２は図１中のＸ−Ｘに沿った断面図である。
【００２６】
本実施の形態におけるレーザートリミングヒューズの平面形状は、図１（ａ）に示されるように従来例のものと本質的な相違はない。３はアルミニウム配線層を利用して形成されたヒューズである。ヒューズ３上に形成された保護用の絶縁膜（図示せず）が一部除去されて、開口部７が形成されている。
【００２７】
本実施の形態におけるレーザートリミングヒューズの断面構造は、図２（ａ）に示される。シリコン基板６上にフィールド酸化膜５が形成され、フィールド酸化膜５上には層間絶縁膜４として、例えば７００ｎｍ程のＢＰＳＧ膜が形成されている。層間絶縁膜４上には、アルミニウムを主成分とするヒューズ３が８００ｎｍ程度の膜厚に形成されている。ヒューズ３を含む配線層上には、ＴＥＯＳなどを原料として成長させた層間絶縁膜２が１μｍ程度形成されている。層間絶縁膜２の上には、例えばプラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜が保護膜１として形成されている。この保護膜１には、上述のとおり、ヒューズ溶断を容易にするために開口された開口部７が形成されているが、この開口部７は完全に開口されていなくとも、保護膜１の途中まで除去された状態に形成されていてもよい。また、ヒューズ３上の層間絶縁膜２の膜厚は、ヒューズ３を形成したアルミニウム膜がレーザー照射で蒸発し易い様に、エッチング等で薄くして１００から４００ｎｍ程度に設定することができる。
【００２８】
以下に、本実施形態におけるレーザートリミングヒューズの切断方法について説明する。まず第１照射ステップとして、図１（ａ）、図２（ａ）に示した構成を有するレーザートリミングヒューズに対し、図１（ｂ）、図２（ｂ）に示すように、座標Ｐ１を中心としてヒューズ３を含む領域に、ビーム径２ｒ、エネルギー強度Ｅのレーザービーム８を照射する。一例として、配線層３の配線幅ｄ＝１．０μｍ、レーザービーム径２ｒ＝４μｍ、エネルギー強度Ｅ＝１．０μＪという条件で実施する。次に第２照射ステップとして、ヒューズ３の長手方向において座標Ｐ１から間隔Ｌの位置にある座標Ｐ２を中心に、第１照射ステップと同様のレーザービーム径２ｒ、エネルギー強度Ｅの条件で、レーザービーム８を照射する。
【００２９】
以上のとおり、本実施形態においては、同一のレーザービーム径、エネルギー強度で、ヒューズ配線の長手方向に座標をＰ１、Ｐ２とずらして合計２回のレーザー照射を施す。上記の条件の下では、座標Ｐ１と座標Ｐ２の間隔Ｌは、６μｍ以上に設定することが望ましい。何故なら、レーザー照射時のばらつき、つまりレーザービーム径２ｒの大きさのばらつき、レーザー照射位置合せばらつき、被照射物であるウエハーのパターン形成時の寸法ばらつき等を考慮すると、２つの照射領域が重ならないようにする為には、座標Ｐ１と座標Ｐ２の間隔Ｌは、レーザービーム径４μｍに対して最低６μｍ必要だからである。
【００３０】
このように各々独立して重ならないようにレーザー照射の座標を設定することにより、各々の損傷エリアが独立している為、レーザー照射によってヒューズ材料が蒸発した高抵抗領域を直列に配置することが出来、ヒューズ配線全体として、設計された所定の高抵抗値以上の高抵抗値、つまり実質的に電気的不導通とみなされる状態を得ることが出来る。
【００３１】
上述のレーザービーム径２ｒ＝４μｍ、エネルギー強度Ｅ＝１．０μＪというレーザー照射条件は、ヒューズ３周辺の層間絶縁膜２や下地絶縁膜４にクラックなどの物理的ダメージを与えずに、ヒューズ３を十分蒸発できるエネルギー設定となっている。この条件でレーザー照射されたヒューズ３の材料は十分に蒸発し、図１（ｃ）、図２（ｃ）に示すように、上層の層間絶縁膜２とともに吹き飛び溶断され、損傷エリアＳ１、Ｓ２が形成される。損傷エリアＳ１、Ｓ２には確認できないほどのわずかなアルミ残渣９がありリーク電流は流れるものの、ヒューズ３の大部分が蒸発する為、高抵抗領域になっている。この損傷エリアＳ１、Ｓ２の抵抗値をＲ１、Ｒ２とすると、レーザー照射後のヒューズ部は図１（ｄ）の等価回路に示されるように、ヒューズ両端ＡＢ間にＲ１、Ｒ２の大きさの抵抗が直列に接続されている状態になる。
【００３２】
本実施形態に基づく実施例において、Ｒ１＝１ＭΩ、Ｒ２＝１ＭΩで、配線全体として計２ＭΩの高抵抗を得ることが出来た。本実施形態における一例としては、抵抗値が１．４ＭΩ以上であれば、実質的に電気的不導通の状態とみなすことができる。したがって、ヒューズ部の目標抵抗値を１．４ＭΩ以上とすると、上記の結果は目標を大幅に上回り、マージンの大きい条件を設定できたことが判る。このように、実質的に電気的不導通の状態とは、半導体集積回路装置として回路特性上の問題が発生しない程度の抵抗値を有する状態をいう。
【００３３】
このように本発明では、レーザーのエネルギー強度を、層間絶縁膜２、４にダメージを与えない程度に設定し、それを補うために複数の個所でヒューズを切断して、切断後の抵抗値を所定の抵抗値以上に調整する。その際のレーザーエネルギー強度Ｅの設定について、図８を参照して説明する。図８は、レーザー照射を１回行ったときの、レーザーのエネルギー強度Ｅと損傷エリアＳの抵抗値Ｒとの関係を示すグラフである。損傷エリアＳの抵抗値Ｒとは、ヒューズのＡｌ残渣９により発生する抵抗値である。レーザーのエネルギー強度Ｅが大きくなるに従い、蒸発により除去されるヒューズ材料（アルミニウム）が多くなる為、損傷エリアＳの抵抗値Ｒが大きくなるという関係になっている。図８に示したＲｘは半導体集積回路のヒューズに関する抵抗規格（目標抵抗値）、Ｅ０はヒューズ３の材料が蒸発に至るエネルギー強度、Ｅｄはヒューズ周りの層間絶縁膜が物理的ダメージ発生に至るエネルギー強度を示す。
【００３４】
図８に示す２本の線ａ、ｂは、それぞれ幅の異なるヒューズａ、ｂについて、レーザーのエネルギー強度Ｅとヒューズ部に発生する抵抗の関係を示している。横軸に示したＥａは、ヒューズａが半導体装置の抵抗規格に達するエネルギー強度、Ｅｂはヒューズｂが半導体装置の抵抗規格に達するエネルギー強度である。本実施形態のヒューズはａに対応するので、このグラフを用いて切断過程を説明する。Ｅ０≦Ｅ＜Ｅａの範囲は、Ｒ＜Ｒｘとなる領域である。この領域ではエネルギー強度Ｅがまだ不十分なために、ヒューズ３の蒸発には至っているが、抵抗値Ｒは半導体装置の抵抗規格Ｒｘには至っていない。
【００３５】
このエネルギー強度領域（Ｅ０≦Ｅ＜Ｅａ）を用いてレーザー照射をする場合のレーザートリミングヒューズの切断状態について、図６を参照して説明する。図６（ａ）はヒューズ３の平面図、（ｂ）はヒューズ３のＺ１−Ｚ１に沿った断面図である。図１と同様の要素については同一の参照番号を付して説明を省略する。この図に示される場合は、ヒューズ３の主成分であるアルミニウムの大部分は、その上に被覆された層間絶縁膜２を破り、外部に蒸発しヒューズ部から除去されるが、一部はレーザー照射による損傷エリアＳ１周辺やその下地層に熱蒸着し、アルミ残渣９として比較的多く残る。アルミ残渣９は導電性物質であるため、結果として抵抗値Ｒは切断後の抵抗規格値以上に達せず、レーザートリミング条件としては不適合である。
【００３６】
次に、Ｅａ≦Ｅ＜Ｅｄの範囲は、Ｒｘ≦Ｒとなる領域である。すなわち半導体装置の抵抗規格Ｒｘを満たした領域である。
【００３７】
一方、Ｅｄ≦Ｅの範囲は、レーザー照射エネルギー強度Ｅが強すぎるために、ヒューズ３の下地、周辺等にクラックなど物理的ダメージが発生する領域である。このエネルギー強度領域（Ｅｄ≦Ｅ）を用いてレーザー照射を施した場合のレーザートリミングヒューズの切断状態について、図７を参照して説明する。図６と同様に図７（ａ）はヒューズ３の平面図、（ｂ）はヒューズ３のＺ２−Ｚ２に沿った断面図である。図７に示すように、上記エネルギー強度領域でヒューズ３にレーザー照射を行うと、ヒューズ３の下層である、層間絶縁膜４、フィールド酸化膜５、シリコン基板６等にまでクラックなどのダメージ１０が発生する。このダメージ１０の発生は外部からＮａなど可動イオン等の汚染を引き起こし、ひいては信頼性不良に至るという不具合を発生する。従って、レーザー照射条件としては不適格の領域である。
【００３８】
この下地および周辺に物理的悪影響を発生させるエネルギー強度Ｅｄは、ヒューズ部の断面構成、つまりフィールド酸化膜５、層間絶縁膜４、ヒューズ３、層間絶縁膜膜２、保護膜１の各膜厚などに依存する値である。フィールド酸化膜５、層間絶縁膜４が薄くなるほどダメージが発生するエネルギー強度Ｅｄが低下するという関係がある。
【００３９】
レーザートリミングヒューズにおけるレーザーのエネルギー強度Ｅの設定は、切断後のヒューズ抵抗規格値の制約と物理的ダメージからの制約の両者を満たす範囲Ｅａ≦Ｅ＜Ｅｄに設定される。但し、本実施形態のように複数箇所にレーザートリミングのためにレーザー照射する場合，エネルギー適合領域をＥ０≦Ｅ＜Ｅｄとすることが可能であり、レーザーのエネルギー強度Ｅの設定領域を広げることができる。特に、物理的ダメージの発生し難い低エネルギー領域に設定することが可能となる点で、有利である。
【００４０】
これに対して、レーザー照射１回のみの従来の切断方法では、レーザーのエネルギー強度ＥをＥ０≦Ｅ＜Ｅａの範囲に設定したとき、エネルギー強度が不足し、ヒューズ３の蒸発には至っているが、蒸発したヒューズの一部が周辺や下地層に熱蒸着し、アルミ残渣９として残っていた。一方、本実施形態によれば、１回のレーザー照射ではアルミ残渣９が多少あるが、ヒューズの複数箇所に対してレーザー照射を行い直列抵抗を上昇させることにより、Ｒｘ≦Ｒを満たす事が可能になる。例えば、Ｒｘ＝１．４ＭΩ、Ｅ０＝０．４μＪ、Ｅａ＝１．４μＪ、Ｅｄ＝１．６μＪ、レーザー照射設備の出力エネルギーばらつき：±０．２μＪである場合、レーザー照射エネルギーを１．４μＪに設定すると、複数箇所に対する照射を物理的ダメージが発生しない範囲内で行い、しかも抵抗規格値を満たすヒューズ切断が可能である。このように本実施形態によれば、高歩留、高品質を実現できる。
【００４１】
レーザー照射１回のみの従来の切断方法においては、レーザー照射エネルギー最適領域は１．４μＪ≦Ｅ＜１．６μＪである。下地などに物理的ダメージを与えない範囲で条件設定する為には、エネルギー強度Ｅは１．５μＪ±０．１μＪとなる。しかし、レーザー照射設備の出力エネルギーばらつきが上記のように±０．２μＪであった場合には、事実上、不適切なエネルギーで照射することを避けられない。下地クラックなどのダメージ１０発生を避けようとして１．４μＪに設定するとばらつきによりアルミ残渣９が発生し、またアルミ残渣９による歩留低下発生を避けようとして１．６μＪに設定すると、ばらつきによりダメージ１０を発生させる。本実施形態によりこのような問題の発生を回避できることは、上述したとおりである。
【００４２】
なお、本実施形態においては、２回のレーザー照射で目標抵抗値を得る例を説明したが、ヒューズ部の長手方向の寸法に余裕がある場合、３回または４回以上に分けて目標抵抗値を得ることにより、同様の効果が得られる。また、ヒューズの長手方向の寸法に余裕がある場合、１回あたりのレーザーエネルギーを小さく設定し、レーザー照射回数を増やして目標抵抗値を得ても良い。この場合、単位面積当たりのレーザー強度を小さく設定できるため、物理的ダメージを抑制する等の信頼性をより高くすることができる。
【００４３】
たとえば、配線層３の配線幅ｄ＝１μｍで、レーザービーム径２ｒ＝４μｍ、エネルギー強度Ｅ＝０．５μＪの場合には、形成される損傷エリアＳ１の抵抗値Ｒ１＝０．５ＭΩである。そこで、ヒューズ部の目標抵抗値を１．４ＭΩ以上とすると、同じレーザー照射条件で、ヒューズの長手方向に損傷領域が重ならないように座標の設定をずらし、座標Ｐ１、座標Ｐ２、座標Ｐ３と、計３回照射する。その結果、各損傷領域の抵抗値はそれぞれ０．５ＭΩ、０．５ＭΩ、０．５ＭΩで、配線全体として計１．５ＭΩの高抵抗を得ることが出来る。このように、従来よりも小さいエネルギー強度でも、安定した高抵抗値を得る事ができる。
【００４４】
本実施の形態においては、保護膜開口部７内の複数箇所にレーザー照射を施したが、保護膜の開口部７がないヒューズ構造の場合においても、複数箇所のレーザー照射を施し、目標抵抗値を得ることができる。また本実施形態においては、メタル配線膜としてアルミニウムによる配線膜を用いたが、銅、金、白金、タングステンやポリシリコン等による配線膜を使用する場合にも、本発明を適用することができる。
【００４５】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２について、図３および図４を参照して説明する。図３はレーザートリミングヒューズの切断過程を示した平面図、図４は図３中のＹ−Ｙに沿った断面図である。図３（ａ）、図４（ａ）に示されるこのヒューズの構成は、実施の形態１におけるヒューズ構成と概ね同一である。従って同一の要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
【００４６】
以下に、本実施形態におけるレーザートリミングヒューズの切断方法について説明する。まず第１照射ステップとして、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すように、座標Ｐ１を中心にヒューズ３を含む領域に、ビーム径２ｒ、エネルギー強度Ｅのレーザービーム８を照射する。例えばヒューズ３の配線幅ｄ＝１．０μｍに対して、レーザービーム径２ｒ＝４μｍ、エネルギー強度Ｅ＝１．０μＪという条件で実施する。次に第２照射ステップとして、第１照射ステップと異なる、レーザービーム径２ｒ＝３μｍ、エネルギー強度Ｅ＝０．５μＪという条件で、座標Ｐ２を中心にレーザー照射を施す。それにより、図３（ｃ）、図４（ｃ）に示すように、ヒューズ３が上層の層間絶縁膜２とともに吹き飛び溶断され、損傷エリアＳ１、Ｓ２が形成される。
【００４７】
つまり、本実施形態においては、ヒューズ配線の長手方向にずらした座標Ｐ１、Ｐ２において、異なるレーザービーム径、エネルギー強度で、合計２回のレーザー照射を施す。上記の条件の下では、座標Ｐ１と座標Ｐ２の間隔Ｌは６μｍ以上に設定することが望ましい。これは、レーザービーム径２ｒの大きさのばらつき、レーザー照射の位置合せばらつき、被照射物であるウエハーのパターン形成時の寸法ばらつき等を考慮すると、損傷エリアＳ１と損傷エリアＳ２が重ならないようにする為には、座標Ｐ１と座標Ｐ２の間隔Ｌが本実施形態の場合は最低６μｍ必要だからである。このように損傷エリアが各々独立して重ならないようにレーザー照射の座標を設定した結果、各々の損傷エリアが独立している為、高抵抗領域を直列に配置することが出来、ヒューズ配線全体として高抵抗、つまり電気的不導通を得ることが出来る。
【００４８】
上記のレーザー条件で照射されたヒューズ３の材料が蒸発し、図３（ｃ）、図４（ｃ）に示すように形成された損傷エリアＳ１、Ｓ２は、それぞれレーザー照射条件が異なるために大きさが異なり、アルミ残渣９がありリーク電流は流れるものの、ヒューズ材料の大部分が蒸発して、高抵抗領域になっている。この損傷エリアＳ１、Ｓ２の抵抗値をＲ１、Ｒ２とすると、レーザートリミング後のヒューズ部は図３（ｄ）の等価回路に示されるように、ヒューズ両端ＡＢ間にＲ１、Ｒ２の大きさの抵抗が直列に接続されている。本実施形態の場合、例えばＲ１＝１ＭΩ、Ｒ２＝０．６ＭΩとなり、配線全体として計１．６ＭΩの高抵抗を得ることが出来る。ヒューズ切断後の抵抗規格値を１．４ＭΩ以上とすると、マージンを大きく抵抗値を設定することができる。
【００４９】
以上のように、ヒューズを切断するための複数箇所のレーザービーム照射は、条件を同一にする必要はなく、本実施形態のように異なる照射条件により目標抵抗規格値を達成することが可能である。上記の例におけるレーザービーム径は、１回目が４μｍ、２回目が３μｍで、座標Ｐ１と座標Ｐ２の間隔Ｌは６μｍ以上でありこれ以上小さく出来ないが、一方のレーザービーム径を小さくすることにより、開口部７の長さを若干小さく設定できる。従って、ヒューズが多数設けられている場合は、結果としてヒューズを搭載した半導体集積回路の回路全体のサイズを小さくすることが出来るという利点がある。本実施形態の上記の例においては、実施形態１に記載した例に比べて、ヒューズ１本あたり１μｍ開口部７を小さくすることができる。
【００５０】
本実施の形態も、保護膜１の開口部７がないヒューズ構造に適用できる。またヒューズ３用の膜としてアルミニウム以外に銅、金、白金、タングステンやポリシリコン等による配線膜を使用してもよい。
【００５１】
以上の記載では、ヒューズ３の幅が狭い場合（配線幅ｄ＝１．０μｍ）について述べたが、以下に設計ルールが大きく線幅が大きい場合について説明する。この場合も、レーザー照射を複数箇所に行ってヒューズ切断を実施することが可能である。
【００５２】
図８において、直線ｂはヒューズの配線幅ｄ＝２．０μｍの場合のヒューズ抵抗値Ｒとレーザー照射エネルギーＥとの関係を示す。Ｅｂはヒューズが半導体装置の電流規格に達するエネルギー強度であり、Ｅ０、Ｅｄはすでに説明したとおりである。Ｅ０≦Ｅ＜Ｅｂの範囲はＲ＜Ｒｘとなる領域であり、この領域ではエネルギー強度Ｅが不十分なために、ヒューズ３の蒸発に至っているが、ヒューズ抵抗値Ｒは半導体装置の抵抗規格Ｒｘには至っていない状態にある。Ｅｂ≦Ｅ＜Ｅｄの範囲はＲｘ≦Ｒとなる領域である。これは半導体装置の抵抗規格Ｒｘを満たした領域である。一方Ｅｄ≦Ｅの領域では、エネルギー強度Ｅが強すぎる為に、ヒューズ３の下地絶縁膜、周辺絶縁膜等に物理的ダメージが発生する。
【００５３】
ここで図８から容易に理解できるように、ヒューズｂは配線幅ｄ＝２．０μｍであり、ヒューズａの配線幅ｄ＝１．０μｍよりも太くトリミングされるべき体積が大きい為に、同一のエネルギー強度Ｅでは１回のレーザ照射で得られる抵抗値Ｒが低い。また、（１回の照射で抵抗規格Ｒｘに至るエネルギー強度Ｅｂ）＞（物理的ダメージが発生に至るエネルギー強度Ｅｄ）という関係にある。従って１回のレーザー照射では、下地クラック等の物理的ダメージを発生させずに半導体装置の抵抗規格を満たすことは不可能である。例えば、抵抗規格値Ｒｘ＝０．５ＭΩ、Ｅ０＝０．４μＪ、Ｅｂ＝１．８μＪ，Ｅｄ＝１．６μＪ、レーザー照射設備の出力エネルギーばらつき＝±０．２μＪである。
【００５４】
しかしながら、本発明によれば、１回のレーザー照射では、Ｅ０≦Ｅ＜Ｅｄのレーザーエネルギーでも、ヒューズ上の損傷領域が重ならないように複数箇所に照射を施すことにより照射部の抵抗Ｒが直列に配置され、Ｒ≧Ｒｘを満たす事が可能である。すなわちレーザートリミング条件の適合範囲は０．４μＪ≦Ｅ＜１．６μＪと、幅広く取ることができる。
【００５５】
ヒューズ部の長手方向の寸法に余裕がある場合、３箇所以上に分けて目標抵抗値を得てもよい。この場合、各々のレーザー照射強度を小さく設定できるため、物理的ダメージ等信頼性をより高くすることができる。たとえば、ヒューズ３の配線幅ｄ＝２．０μｍ、半導体装置の抵抗規格Ｒｘ＝１．４ＭΩ、レーザービーム径２ｒ＝４μｍ、照射エネルギー強度Ｅ＝１．０μＪの場合、損傷エリアの抵抗値は０．３ＭΩである。そこで同じレーザー照射条件で、ヒューズの長手方向に損傷領域が重ならないように座標をずらして設定し、座標Ｐ１〜座標Ｐ５に対して計５回レーザー照射を行うと、損傷領域の抵抗値はＲ１＝０．３ＭΩ、Ｒ２＝０．３ＭΩ、Ｒ３＝０．３ＭΩ、Ｒ４＝０．３ＭΩ、Ｒ５＝０．３ＭΩで、配線全体として計１．５ＭΩの高抵抗を得ることが出来る、上述の目標抵抗値１．４ＭΩ以上を達成する。
【００５６】
このようにレーザー照射箇所を増やして目標抵抗値を得るため、従来切断が困難であった、配線幅の太いメタルヒューズにおいても、レーザートリミング技術が適用可能になる。従って、デザインルールの緩い半導体プロセスにおいてもメタル配線を使用してヒューズ構造が可能となり、安定した切断方法を提供できる。つまり、配線幅に影響されない半導体ヒューズ装置を提供できる。
【００５７】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３におけるヒューズ構造を示し、ヒューズ部の平面レイアウト図である。本実施の形態においては、電気的に接続された１本のヒューズ上に形成された保護膜に、複数の開口部が設けられる。ヒューズの切断に際しては、各開口部で１回ないしは複数回のレーザー照射を施して、抵抗規格値以上の抵抗値を達成する。
【００５８】
図５（ａ）に示すヒューズ構造は、最も単純な直線状のヒューズ３の領域上の保護膜に、３個の開口部７を設けたものである。このヒューズ構造では、各々の開口部７に対し各１回、同一のレーザー照射条件でヒューズ３上の座標Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３にレーザー照射８を施し、抵抗値規格値以上の抵抗を得ることができる。保護膜に形成された１つの開口部７において複数のレーザー照射を行う代わりに、このような照射方法を用いることにより、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
図５（ｂ）は、他のヒューズ構造を示す平面レイアウト図である。この構造は、半導体集積回路のトランジスタなど能動素子回路領域のチップへの配置上、直線のヒューズパターンを多数並行して配列するに適するスペースがない場合のレイアウトである。すなわち、ヒューズ３は全体としては直線状ではなくコの字状に直角の屈曲部を２個有し、１本の直線部の長さを短くするとともに、そのような構造のヒューズ３が、チップのスペースを有効に利用するために交互に並べられている。そしてヒューズ３の保護絶縁膜に３個ずつ開口部７が形成される。このヒューズでは、各々の開口部７に対し各１回、同一のレーザー照射条件で、ヒューズ３上の座標Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３にレーザー照射８を施して、抵抗規格値以上の抵抗を得ることができる。
【００６０】
図５（ａ）、（ｂ）を比較してわかるように、（ｂ）の場合は屈曲部を介して各開口部７の間隔を広く取ることが容易であるので、レーザービーム８の照射領域を重なり難くすることが可能である。
【００６１】
図５（ｂ）のように屈曲部を有するヒューズパターンにおいて、その長手方向に沿って１個の長い開口部を形成するようにした場合には、点線で示す領域内のレーザー照射しない領域も相当な面積をもって開口される。従来、レーザートリミング用ヒューズ群は通常、半導体チップのスクライブレーンに近い周辺に設けられる。従って、ヒューズ上に１個の長い開口部を形成するように保護膜を除去してしまうと、チップ周辺、特にスクライブレーン領域から直接開口部に水分や金属イオン汚染物が入り易くなるという問題が発生する恐れがある。侵入した水分や金属イオンは、場合によってはさらに内部回路領域へ拡散することもあるので、これを避ける必要がある。これに対して、本実施の形態のように開口部７を複数に分割し、１つの開口部の面積を減少させると、水分、汚染の侵入を防止できるという利点がある。
【００６２】
本実施の形態においても、保護膜の開口部７がないヒューズ構造を用いて複数箇所のレーザー照射を施し、目標抵抗値以上を満たす抵抗値を得ることが可能である。また、ヒューズ材料膜としてアルミニウムを主成分とするもの以外に、銅、金、白金、タングステンやポリシリコン等による配線膜を使用してもよい。また、開口部７の数が３個、レーザー照射回数は３回の場合について説明したが、電気的に接続された同一ヒューズであれば、これらの回数に限られることなく、同様の効果が得られることは明白である。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、アルミニウムを主成分とするような、レーザートリミングに用いる波長の光に対して反射率が高い配線層を用いたレーザートリミングヒューズ技術において、ヒューズ周辺の絶縁膜の形状崩れ、あるいは下地クラックを与えずに、ヒューズ部の高抵抗を実現し、信頼性が高く確実にヒューズを切断できる方法を提供できる。
【００６４】
また本発明によれば、ヒューズとして用いる配線の幅に影響されず、ヒューズを切断可能である。つまり、通常の金属配線素材からなり、配線幅に影響されない切断ヒューズ構造を提供することができ、しかも容易に確実に、安定してヒューズ構造を切断することが可能なヒューズの切断方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１におけるレーザートリミングヒューズの切断法を示す平面図
【図２】 図１に示されるレーザートリミングヒューズの断面図
【図３】 本発明の実施の形態２におけるレーザートリミングヒューズの切断法を示す平面図
【図４】 図２に示されるレーザートリミングヒューズの断面図
【図５】 本発明の実施の形態３におけるレーザートリミングヒューズの平面図
【図６】 ヒューズへのレーザー照射状態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図
【図７】 ヒューズへのレーザー照射後のクラックを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図
【図８】 レーザーエネルギー強度Ｅと損傷エリアＳの抵抗値Ｒとの関係を示すグラフ
【図９】 従来例のレーザートリミングヒューズの切断法を示す平面図
【符号の説明】
１ 保護膜
２ 層間絶縁膜
３ 配線層
４ 層間絶縁膜
５ フィールド酸化膜
６ シリコン基板
７ 開口部
８ レーザービーム
９ アルミ残渣
１０ ダメージ

Claims (5)

1. 基板上に下地絶縁膜を介して形成された線状形状の導電膜からなるヒューズに対して、その表面上の長手方向における複数の異なる位置にそれぞれ１回のみレーザー光を照射して、前記レーザー光を照射した前記ヒューズの抵抗値を抵抗規格値以上にするヒューズの切断方法であって、
   前記レーザー光を照射する時のエネルギー強度は、１回の照射で到達する前記ヒューズの抵抗値が前記抵抗規格値未満となるエネルギー強度であることを特徴とするヒューズの切断方法。
2. 前記ヒューズはその上に保護膜が形成され、前記保護膜の前記ヒューズ上の領域に少なくとも１個の開口部が設けられており、前記レーザー光の複数の異なる位置に対する照射は、前記１個の開口部を通して行われることを特徴とする、請求項１記載のヒューズの切断方法。
3. 前記ヒューズはその上に保護膜が形成され、前記保護膜の前記ヒューズ上の領域に複数個の開口部が設けられており、前記レーザー光の複数の異なる位置に対する照射は、前記複数個の開口部を通して行われることを特徴とする、請求項１記載のヒューズの切断方法。
4. 前記レーザー光の複数の照射位置は、前記ヒューズの表面上における照射領域が互いに重ならないように設定されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のヒューズの切断方法。
5. 前記ヒューズは、複数の線状部が屈曲部を有して連続する導電膜からなることを特徴とする請求項３に記載のヒューズの切断方法。

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