JP4767695B2 - 半導体素子 - Google Patents

Description

本発明は半導体素子に関し、半導体素子のプラズマ密度に伴うエッチング率を考慮してヒューズボックスを再配置し、残留酸化膜（Rox；Remain Oxide）が均一に形成されるようにすることによりヒューズアタック（Attack）を防止することができるようにする技術である。

一般に、複数の微細セルのうちいずれか一つの微細セルに欠陥が発生する場合、ディーラム及びＳＲＡＭなどの半導体素子は役割を果たせなくなり、不良品として処理される。しかし、半導体メモリ素子の集積度が増加するに伴い確率的に少量のセルにのみ欠陥が発生する確率が高いにもかからず、これを不良品として廃棄することは歩留りを低くする非効率的な処理方式である。

従って、このような問題点を解決するため半導体メモリ素子の製造時特定領域のセルに不良が発生する場合、これを取り替えるためカラムやローラインを予備に作って、不良が生じたセルが位置するカラムやローラインを新しいカラムやローラインに取り替えて使用する技術が広く知られている。

このような半導体素子の回路構造で不良素子が発生するか、又は必要に応じて特定素子の電気的な連結を切断する手段として金属ヒューズを用いることになる。即ち、リペア工程はヒューズの一部にフェイルが発生する場合、素子全体が使用できないことを防止するための工程で、フェイルが生じたヒューズにレーザカッティングを行いフェイルが発生したヒューズを切断する工程である。この時、レーザの照射により切断される配線をヒューズといい、切断される部位とこれを囲む領域をヒューズボックスという。

ここで、ヒューズボックスはセルリダンダンシーを制御するためのリダンダンシーヒューズボックスと、製品の特性を評価するためのオプション（Option）回路を制御するか、又は内部電圧などのレベルを制御するためのオプションヒューズで構成されるオプションヒューズボックスがある。

ところが、従来のリダンダンシーヒューズボックスは複数のリダンダンシーヒューズを制御すべくヒューズの数が多いためヒューズボックスのオープン領域サイズが大きく形成される。これに比べオプションヒューズボックスは各々の機能に対応する少数のヒューズのみ存在するためヒューズボックスのオープン領域サイズが小さく形成される。

従って、以下ではリダンダンシーヒューズボックスのようにヒューズボックスのオープン領域サイズが大きいヒューズボックスをラージヒューズボックスといい、オプションヒューズボックスのようにヒューズボックスのオープン領域サイズが小さいヒューズボックスをスモールヒューズボックスと称する。

図１及び図２は、従来の技術に係る半導体素子のヒューズボックスに関する平面図である。従来のヒューズボックスはダイ（Dai）１に４個のバンク３が備えられ、各々のバンク３領域の間のフェリー領域（周辺回路領域）２に大きいオープン領域サイズを有するラージヒューズボックス４が形成され、ラージヒューズボックス４と遠距離に離隔され小さいオープン領域サイズを有するスモールヒューズボックス５が形成される。

そして、図２はラージヒューズボックス４のヒューズｆ１上部に形成された残留酸化膜６と、スモールヒューズボックス５のヒューズｆ２上部に形成された残留酸化膜７を示した図である。ラージヒューズボックス４をＡ−Ａ′断面に切断した時、ラージヒューズボックス４のヒューズｆ１に残留酸化膜６が多く残っていることに比べ、スモールヒューズボックス５をＡ−Ａ′断面に切断したとき、スモールヒューズボックス５のヒューズｆ２には残留酸化膜７が殆ど残っていないことが分かる。

ヒューズボックスのオープン工程であるリペアエッチング工程はプラズマ（Plasma）による乾式エッチング（Dry etch）を進める。この時、パターン密度（Pattern density）の差により酸化膜エッチング率の差が出るローディング効果（Loading effect）現象が現れることになる。このようなローディング効果現象によりラージヒューズボックス４のヒューズｆ１は、スモールヒューズボックス５のヒューズｆ２に比べ残余酸化膜（Rox；Remain Oxide）６がより厚く残っていることになる。

従って、ディーラムチップ内に備えられたヒューズボックスでリペアヒューズの上部に形成された残留酸化膜を効果的に制御することは、ヒューズのブローイング（Blowing）時成功比率の安定性を確保するため非常に重要な要素として作用する。

ヒューズの上部に形成された残留酸化膜は最適のヒューズブローイング条件を満たす一定の厚さが存在することになる。ところが、大きいサイズを有するラージヒューズボックス４と小さいサイズを有するスモールヒューズボックス５のローディング効果現象に伴い残留酸化膜６、７の差が出る場合、ヒューズの上部に最適の残留酸化膜ターゲットを設定するのに困難がある。

特に、リダンダンシーセルのリペア成功率を表すＦＴＡ（Fixed To Attemption）歩留りの安定性を確保するため、リダンダンシーヒューズボックスに合わせ残留酸化膜のターゲットを設定してリペアエッチングを進めることになれば、リペアエッチング時ローディング効果によりヒューズ上に残留酸化膜が残らなくなる。これにより、ヒューズアタック（Attack）が発生してオプション回路の誤動作を誘発するか、または内部電圧の非正常シフトによりディーラム動作にフェイルを発生させることになる。

さらに、同一のヒューズボックスの最外廓の部分に形成されたヒューズラインの残留酸化膜６、７は、内側に位置したヒューズラインの残留酸化膜６、７より少なく残留することになり、最外廓ヒューズラインのヒューズブローイング成功率が低下するという問題点がある。

従って、このような問題点を解決するため最外廓ヒューズラインの外側にダミーヒューズラインを追加した。即ち、ヒューズボックス４、５のダミーヒューズラインは両端に各々同一の数、例えば、２個ずつ形成することになる。これにより、従来のダミーヒューズラインはラージヒューズボックス４で４個、スモールヒューズボックス５で４個となり、全て８個のダミーヒューズラインを備えることになる。

ところが、このような場合、追加的にダミーヒューズラインを形成するほど、レイアウト面積が増加することになってダイ（Die）サイズが大きくなり、ウェハ当り生産可能なネットダイ（Net Die）の数が低減することになる問題点がある。

本発明は前記のような問題点を解決するため案出されたものであり、半導体素子のプラズマ密度に伴うエッチング率を考慮してラージヒューズボックスとスモールヒューズボックスを再配置し、残留酸化膜（Rox；Remain Oxide）が均一に形成されるようにすることによりヒューズアタック（Attack）を防止することができるようにすることにその目的がある。

請求項１に記載の発明は、ダイに形成された複数個のバンク領域と、前記複数個のバンク領域の間の周辺回路領域に備えられ、互いに一定の間隔に隔離され規則的に配置された複数個のヒューズボックスセットと、を備え、前記ヒューズボックスセットの各々は、大きさが互いに相違して隣接し合って配置された第１のヒューズボックスと第２のヒューズボックスを含み、前記第２のヒューズボックスは、前記第１のヒューズボックスの隣接した両側のサイド部に配置され、前記ヒューズボックスセットの両端に同一個数で形成されるダミーヒューズラインを更に備える半導体素子であることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体素子において、前記一つのヒューズボックスセット内で、前記第１のヒューズボックス対前記第２のヒューズボックスの個数の比率は１：２に形成されること、を特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の半導体素子において、前記第１のヒューズボックスはリダンダンシーヒューズボックスであること、を特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の半導体素子において、前記第２のヒューズボックスはオプションヒューズボックスであること、を特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の半導体素子において、前記ダイの内部の各々のコーナー領域に位置する複数個のテストモード用ヒューズボックスをさらに備え、前記ダイ外廓のスクライブレーンに各々のテストモード用ヒューズボックスと接続した複数のダミーヒューズボックスを更に備えること、を特徴としている。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の半導体素子において、前記複数個のダミーヒューズボックスの各々は、前記テストモード用ヒューズボックスより大きく形成されていること、を特徴としている。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の半導体素子において、前記複数個のダミーヒューズボックスの各々は、前記テストモード用ヒューズボックスより高さ及び幅が最小２０μｍ以上大きく形成されていること、を特徴としている。

請求項８に記載の発明は、請求項５に記載の半導体素子において、前記ダミーヒューズボックスはＬ字状又は逆Ｌ字状の形態でなること、を特徴としている。

本発明はヒューズ上部の残留酸化膜が全てのヒューズボックスに同一に形成されるようにしてリペアエッチング工程の進行時残留酸化膜を安定に形成し、過度なエッチング工程に伴うヒューズアタックを防止すると共に、ＦＴＡ成功率を上昇させることができるようにする。

さらに、ウェハチップの４個のコーナー領域にダミーヒューズボックスを形成して隣り合うウェハと隣接するようにし、１個のチップに属するスモールヒューズボックスに対応して４個のスクライブレーンにダミーヒューズボックスを形成し、エッチングローディング効果を改良することができるようにする効果を提供する。

以下、図を参照して本発明の実施の形態に対し詳しく説明する。
図３は本発明に係る半導体素子のヒューズボックスに関する平面図である。

本発明はダイ１０に４個のバンク３０が位置し、各々のバンク３０領域の間のフェリー領域（周辺回路領域）２０にラージヒューズボックス４０が整列して配置され、ラージヒューズボックス４０の隣接した両側のサイド部に二つのスモールヒューズボックス５０、５１が配置される。

そして、一つのラージヒューズボックス４０と二つのスモールヒューズボックス５０、５１で構成されたパターンを一つのヒューズボックスセット６０に形成する。

このようなヒューズボックスセット６０は規則的に一定間隔で離隔されて配置され、ヒューズボックスのサイズに係りなく全てのヒューズボックスが同一のローディング効果を反映することができるようにする。

ここで、ヒューズボックスセット内で第１のヒューズボックス対第２のヒューズボックスの比率は１:２〜１:４に形成されて、ヒューズボックスセットの長さは２５０μｍ以下で形成される。

即ち、同一のパターン密度ではエッチングローディング効果が同様に発生するとの原理を利用し、ラージヒューズボックス４０とスモールヒューズボックス５０、５１が同一のパターングループに存在するようにする。

図４でのようにヒューズボックスセット６０をＢ−Ｂ′方向に切断したとき、ラージヒューズボックス４０のヒューズｆ３に形成された残留酸化膜７０と、スモールヒューズボックス５０、５１のヒューズｆ４、ｆ５に形成された残留酸化膜７１、７２の厚さが殆ど同一であることが分かる。

さらに、このようなヒューズボックスセット６０は同一のヒューズボックスのオープン領域でエッジ地域が相対的に酸化膜エッチングがよく行われる。これにより、ヒューズボックスのオープン領域に残留酸化膜が相対的に少なく残留する問題を解決するためダミーヒューズライン（Dummy fuse line；５２、５３）を各々のヒューズｆ４、ｆ５のエッジ領域に形成することになる。

これにより、一つのヒューズボックスセット６０に対し総４個のダミーヒューズライン５２、５３を備えることになるので、従来に比べダミーヒューズラインを半減することができるようになる。

さらに、テストモード用ヒューズボックス８０はスモールヒューズボックスに該当するが、回路が占める面積が大きいためラージヒューズボックス４０と共にヒューズボックスセット６０内に構成することはできない。

これにより、独立的に回路を配置しなければならないテストモード用ヒューズボックス８０の場合は図５で見られるように、バンク３０のエッジ地域、特にダイ１０内部の４個のコーナー（Corner）地域に位置するようにする。そして、ダイ１０の外廓コーナー領域に別途のダミーヒューズボックス９０を形成する。

図６は、それぞれのダイ１０の内側のコーナー領域にテストモード用ヒューズボックス８０が各々備えられることを示す。そして、隣接するダイ１０の外廓領域でダイソーイング（Die Sawing）のため作られたスクライブレーン（Scribe lane）Ｃにダミーヒューズボックス９０が配置される。このダミーヒューズボックス９０は、図６に示すように、Ｌ字状又は逆Ｌ字状の形態を有するものである。このとき、スクライブレーン（Ｃ）の大きさは１００μｍに設定される。

これにより、独立的に形成されるテストモード用ヒューズボックス８０が隣接したダミーヒューズボックス９０と共に配置され、パターン密度を増加させることによりリペアエッチングローディング効果が反映され得るようにする。従って、ダイ１０の内側に形成された他のラージヒューズボックス４０と同一のローディング効果が反映され得る。

特に、ウェハダイマップ（Wafer die map）でダイ１０の４個のコーナーと隣接したスクライブレーン（Ｃ）にダミーヒューズボックス８０を形成する場合、隣接したダイのスクライブレーン（Ｃ）に各々のダミーヒューズボックス９０が共に集まっている形態となるので面積増大効果を増大させることができるようにする。

ここで、スクライブレーン（Ｃ）に形成されるダミーヒューズボックス９０は図７で見られるように、リペアエッチング時隣り合ったテストモード用ヒューズボックス８０がオープンするとき、スクライブレーン（Ｃ）に沿ってテストモード用ヒューズボックス８０より最小２０μｍ以上大きく（Ｄ）オープンして形成する。

即ち、リペアマスク工程時テストモード用ヒューズボックス８０のフォトレジストが露光及び現像（Develop）工程を介し選択的にオープンされ、リペアエッチング工程で酸化膜が除去されるときダミーヒューズボックス９０も同一の工程で形成することになる。

このような本発明は、設計特性上一定のサイズにヒューズボックスを形成することができないリダンダンシーヒューズ、レベルトリミング（Trimming）ヒューズ及びオプションヒューズなどを、ヒューズボックスオープン領域のサイズによりラージヒューズボックスとスモールヒューズボックスに区分し、ラージヒューズボックスとスモールヒューズボックスを互いに隣接するよう形成し、ヒューズボックスオープン工程であるリペアエッチング時に同一のエッチングローディング効果が反映され得るようにする。

さらに、本発明の他の実施の形態はウェハチップの４個コーナー領域にスモールヒューズボックスを形成し、ダミーヒューズボックスをメインチップでないスクライブレーン領域に形成し、メインチップの面積を低減しながらスモールヒューズボックスにラージヒューズボックスと同一のエッチングローディング効果を反映できるようにする。

なお、本発明について、好ましい実施の形態を基に説明したが、これらの実施の形態は、例を示すことを目的として開示したものであり、当業者であれば、本発明に係る技術思想の範囲内で、多様な改良、変更、付加等が可能である。このような改良、変更等も、特許請求の範囲に記載した本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

従来の技術に係る半導体素子のヒューズボックスに関する平面図である。 従来の技術に係る半導体素子のヒューズボックスに関する平面図である。 本発明に係る半導体素子のヒューズボックスに関する平面図である。 本発明に係る半導体素子のヒューズボックスに関する平面図である。 本発明に係る半導体素子のヒューズボックスでダミーヒューズボックスの構成を説明するための平面図である。 本発明に係る半導体素子のヒューズボックスでダミーヒューズボックスの構成を説明するための平面図である。 本発明に係る半導体素子のヒューズボックスでダミーヒューズボックスの構成を説明するための平面図である。

符号の説明

１０ ダイ
２０ フェリー領域
３０ バンク
４０ ラージヒューズボックス
５０、５１ スモールヒューズボックス
５２、５３ ダミーヒューズライン
６０ ヒューズボックスセット
７０、７１、７２ 残留酸化膜
８０ テストモード用ヒューズボックス
９０ ダミーヒューズボックス

Claims (8)

1. ダイに形成された複数個のバンク領域と、
   前記複数個のバンク領域の間の周辺回路領域に備えられ、互いに一定の間隔に隔離され規則的に配置された複数個のヒューズボックスセットと、を備え、
   前記ヒューズボックスセットの各々は、大きさが互いに相違して隣接し合って配置された第１のヒューズボックスと第２のヒューズボックスを含み、
   前記第２のヒューズボックスは、前記第１のヒューズボックスの隣接した両側のサイド部に配置され、前記ヒューズボックスセットの両端に同一個数で形成されるダミーヒューズラインを更に備えること、
   を特徴とする半導体素子。
2. 前記一つのヒューズボックスセット内で、前記第１のヒューズボックス対前記第２のヒューズボックスの個数の比率は１：２に形成されること、
   を特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
3. 前記第１のヒューズボックスは、リダンダンシーヒューズボックスであること、
   を特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
4. 前記第２のヒューズボックスは、オプションヒューズボックスであること、
   を特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
5. 前記ダイの内部の各々のコーナー領域に位置する複数個のテストモード用ヒューズボックスをさらに備え、前記ダイ外廓のスクライブレーンに各々のテストモード用ヒューズボックスと接続した複数のダミーヒューズボックスを更に備えること、
   を特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
6. 前記複数個のダミーヒューズボックスの各々は、前記テストモード用ヒューズボックスより大きく形成されていること、
   を特徴とする請求項５に記載の半導体素子。
7. 前記複数個のダミーヒューズボックスの各々は、前記テストモード用ヒューズボックスより高さ及び幅が最小２０μｍ以上大きく形成されていること、
   を特徴とする請求項６に記載の半導体素子。
8. 前記ダミーヒューズボックスは、Ｌ字状又は逆Ｌ字状の形態でなること、
   を特徴とする請求項５に記載の半導体素子。

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