JPH06204340A - 半導体装置のトリミング用ヒューズ構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体装置と共通した材料で構成され、し
かも、容易かつ確実に切断することができる半導体装置
のトリミング用ヒューズ構造を提供することを目的とす
る。 【構成】 切断領域A1にレーザー光線を照射すると、
Ａｌ配線膜10が昇華して上部のパッシベーション膜12を
飛散させるため、ヒューズが断線する。レーザー光線
は、照射領域を少しずらして３回照射する。絶縁膜８の
損傷によりＡｌ配線膜10がｎ^-形エピタキシャル成長層
４と短絡した場合、ｐ⁺形拡散層６（ｐ形シリコン基板
２）はグラウンドバイアスに接続されているので、逆バ
イアスになるようなｐｎ接合が形成される。このため、
切断されたＡｌ配線膜10は基板電位の影響を受けない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は半導体装置に関するも
のであり、特に、半導体装置の歩留りを向上させるため
に設けるヒューズ構造とその切断方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置を一定の電気的条件下で作動
させるため、半導体装置には電気的容量等に関して所定
の規格が設けられている。製造される半導体装置がこの
ような規格を満たすものである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テ
ストされる。

【０００３】ところで、一般的には半導体装置が高度に
集積されるにしたがって、所定の規格を外れるものが多
くなり、歩留りが悪化する。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
れた半導体装置を全て排斥していたのでは、膨大な無駄
が発生し半導体装置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
不良な箇所が出現することを予め見込んで、仮に不良箇
所が出現した場合にはその部分だけを削除する方法が提
案されている。

【０００４】特開昭58-60560では、装置のテストで不良
箇所が発見された場合に、当該箇所をヒューズ構造で切
り離しできる半導体メモリが開示されている。この半導
体メモリでは、複数個の冗長（Redundancy）回路がヒュ
ーズ構造を介して接続されており、不良箇所はヒューズ
構造で切り離されて除去される。ヒューズ構造はポリシ
リコン膜をモリブデン膜で覆った積層膜構造を有してお
り、適正レベルにエネルギー調整されたレーザー光線を
照射した後、ケミカルドライエッチング等によってエッ
チングすると切断されるようになっている。

【０００５】また、キャパシタや抵抗のような回路素子
の場合には、素子を所定容量に調整することが重要にな
る。このため、微調整用の小容量の素子をいくつか設け
ておき、テストの結果に応じてこれらの微調整用素子を
切断する方法が採用されている。

【０００６】キャパシタの容量を調整する方法を具体的
に示す。図６に示すように、キャパシタA1と並列に、キ
ャパシタA1よりも容量が小さいキャパシタB1〜F1が形成
されている。キャパシタB1〜F1にはそれぞれヒューズ構
造B2〜F2が設けられている。キャパシタA1は所定の容量
を満たすように製造されるが、若干量だけ容量が不足し
ている場合、不足容量に応じてキャパシタB1〜F1が回路
に追加される。余分なキャパシタはヒューズ構造で切断
される。

【０００７】ヒューズ構造B2はポリシリコン膜で形成さ
れており、適正レベルにエネルギー調整されたレーザー
光線を照射すると切断することができる。他のヒューズ
構造C2〜F2も同様な構造を有する。

【０００８】以上に述べたように、半導体装置において
は、切り離し可能な冗長回路や微調整用素子を設けるこ
とにより、半導体装置の高度集積化に伴う歩留りの低下
を補っている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の半導体装置の製造においては、次のような
問題があった。

【００１０】特開昭58-60560で示した不良箇所の削除方
法は、ポリシリコン膜をモリブデン膜で覆った積層膜構
造のヒューズ構造をレーザー光線の照射とそれに続くエ
ッチングによって切断するものである。この方法は、レ
ーザー光線の出力を抑えることができる点でメリットが
あるが、エッチングを併用しなければならないためヒュ
ーズの切断工程が煩雑になる。

【００１１】また、キャパシタの容量調整例で示したヒ
ューズ構造の切断方法は、エッチングを行う必要がな
く、ポリシリコン膜で形成されたヒューズ構造をレーザ
ー光線の照射のみによって切断する。このため、ヒュー
ズ構造の切断自体は容易に行うことができる。

【００１２】しかしながらこの場合には、ヒューズ構造
を形成するために、レーザー光線による切断特性が優れ
たポリシリコン膜をわざわざ配線する必要がある。ポリ
シリコン膜を使用するＭＯＳ形トランジスタ等では、ヒ
ューズ構造の形成にポリシリコン膜の成膜工程を導入す
るのは容易であるが、ポリシリコン膜を構造体として用
いない半導体装置では、ヒューズ構造を形成するためだ
けにポリシリコン膜を成膜する必要がある。

【００１３】この発明は、上記のような問題を解決し
て、半導体装置と共通した材料で構成され、しかも、容
易かつ確実に切断することができる半導体装置のトリミ
ング用ヒューズ構造を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１のトリミング用
のヒューズ構造は、シリコン基板、シリコン基板上に形
成されたメタル配線膜、メタル配線膜を被覆する被覆
膜、シリコン基板内であって、メタル配線膜を切断する
切断領域の下部に設けられたｎ形不純物拡散層、シリコ
ン基板内にｎ形不純物拡散層を取り囲んで設けられたｐ
形不純物拡散層、を備えたことを特徴とする。

【００１５】請求項２の回路切断方法は、請求項１のト
リミング用ヒューズ構造を、ヒューズ構造のメタル配線
膜を全幅に渡って切断するようにレーザー光線を照射す
る第一照射ステップ、第一照射ステップにおいて残留し
たメタル配線膜を除去するため、メタル配線膜の少なく
とも一方の端部近傍にレーザー光線を照射する第二照射
ステップ、によって切断することにより、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ことを特徴と
する。

【００１６】

【作用】請求項１のヒューズ構造では、被覆膜によって
メタル配線膜を被覆する。このため、ヒューズ構造にレ
ーザー光線を照射した際に、被覆膜が存在しない場合に
比べてメタル配線膜が効率良く昇華し、ヒューズの断線
が促進される。

【００１７】また、切断領域の下部のシリコン基板内に
はｎ形不純物拡散層が設けられている。レーザー光線は
メタル配線膜と被覆膜だけが損傷するように照射される
が、メタル配線膜の下部にも損傷が及んでメタル配線膜
とｎ形不純物拡散層が短絡した場合に備えてこのような
構造が取られている。

【００１８】すなわち、メタル配線膜にプラスバイア
ス、ｐ形不純物拡散層にグラウンドバイアスを与えるこ
とにより、メタル配線膜と短絡したｎ形不純物拡散層は
ｐ形不純物拡散層と逆バイアスになるようなｐｎ接合を
形成する。このため、ｐｎ接合に電流が流れず、短絡し
たメタル配線膜は基板電位の影響を受ずに済む。

【００１９】請求項２の回路切断方法では、第一照射ス
テップにおいて、被覆膜によって被覆されたメタル配線
膜にレーザー光線を照射してメタル配線膜を昇華させ、
ヒューズを全幅に渡ってほぼ断線状態にする。昇華した
メタル配線膜の一部は冷却されメタル配線膜の幅方向の
端部近傍で再度固化するが、第二照射ステップにおいて
固化・残留したメタル配線膜の金属片を除去するため、
ヒューズを完全に断線することができる。

【００２０】

【実施例】この発明の一実施例によるトリミング用のヒ
ューズ構造について、図面に基づいて説明する。図１に
示すように、ｐ形シリコン基板２の上にｎ^-形エピタキ
シャル成長層４が形成されている。ｎ^-形エピタキシャ
ル成長層４の上には絶縁膜８、メタル配線膜であるＡｌ
配線膜10、被覆膜であるパッシベーション膜12が順次形
成されている。パッシベーション膜12はシリコン窒化膜
により形成されている。切断領域A1は、Ａｌ配線膜10と
パッシベーション膜12のうち、レーザー光線を照射して
Ａｌ配線膜10を切断する領域である。切断領域A1の下部
構造として、ｎ^-形エピタキシャル成長層４がｐ⁺形拡散
層６に取り囲まれて設けられている。

【００２１】ヒューズ構造はその両側の半導体装置（図
示せず）とともに製造され、製造工程が終了に近づいた
時点で機能や性能がテストされる。テストによって不良
箇所が発見された場合には、Ａｌ配線膜10を切断し、不
良箇所を電気的に切り離す。このヒューズ構造の切断方
法について図２、３に基づいて説明する。図２Ａはヒュ
ーズ構造におけるレーザー光線の照射部位を示した上面
図である。図２Ｂ、図３および図４は図２Ａの線A-Aの
方向（以下「幅方向」とする）に沿ったヒューズ構造の
側面図（絶縁膜８、Ａｌ配線膜10、パッシベーション膜
12）である。なお、図２Ａの線B-Bの方向に沿ったヒュ
ーズ構造の側面図が図１である。

【００２２】Ａｌ配線膜10を幅方向に切断するために、
レーザー光線を３回照射する。１回目は、幅方向の中央
部に照射の座標P1を定める。また、座標P1を中心にＡｌ
配線膜10が全幅（幅L1）に渡って損傷し（損傷エリアS
1）、かつ、絶縁膜８やその下部に損傷が及ばないよう
に、レーザー光線のエネルギー、ビームサイズおよびビ
ームパルスを調整する。

【００２３】このようにして、図３Ａのヒューズ構造に
レーザー光線を上方向から照射し、図３Ｂに示す切断面
を得る。レーザー光線のエネルギーによってアルミニウ
ムが昇華し、上部のパッシベーション膜12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ほぼ断線
状態になる。

【００２４】しかしながら、昇華したアルミニウムの一
部が冷却され、切断箇所の近辺で固化してアルミニウム
片14となることがある。この場合はヒューズが導通した
ままになるので、このような事態を想定して、引続き
２、３回目のレーザー照射を行う。

【００２５】２回目は、Ａｌ配線膜10の少し外側のパッ
シベーション膜12に照射の座標P2を定める。座標P2を中
心にＡｌ配線膜10の端部のみが損傷（損傷エリアS2）す
るように、レーザー光線のエネルギー等を調整する。

【００２６】このようにして、図３Ｂのヒューズ構造に
レーザー光線を上方向から照射し、図４Ａに示す切断面
を得る。レーザー光線の照射側では、残留していたアル
ミニウム片14が昇華する。

【００２７】３回目は、２回目とは反対側に照射の座標
P3を定める。レーザー光線のエネルギー等は、座標P3を
中心に損傷エリアS3が損傷するように調整する。

【００２８】このようにして、図４Ａのヒューズ構造に
レーザー光線を上方向から照射し、図４Ｂに示す切断面
を得る。レーザー光線の照射側では、残留していたアル
ミニウム片14が昇華する。以上の３回のレーザー照射に
よって、ヒューズが完全に断線する。

【００２９】ところで、上述の通り、レーザーを照射す
る際には絶縁膜８やその下部のｐ形シリコン基板２等に
損傷が及ばないように、レーザー光線のエネルギー、ビ
ームサイズおよびビームパルスを調整する。しかしなが
ら、絶縁膜８が損傷を受けた場合、Ａｌ配線膜10がシリ
コン基板と短絡（ショート）する。短絡したＡｌ配線膜
10の電位はシリコン基板の電位により左右されて不安定
になる。

【００３０】そこで、この発明では、絶縁膜８が損傷を
受けてＡｌ配線膜10がシリコン基板と短絡した場合であ
ってもＡｌ配線膜10の電位が安定するように、切断領域
A1の下部構造を調節している。

【００３１】すなわち、Ａｌ配線膜10はプラスバイアス
に接続されているので、切断されたＡｌ配線膜10とｎ^-
形エピタキシャル成長層４が短絡した場合、ｎ^-形エピ
タキシャル成長層４はプラスになる。一方、ｐ形シリコ
ン基板２やｐ⁺形拡散層６はグラウンドバイアスに接続
されているため、ｎ^-形エピタキシャル成長層４とｐ⁺形
拡散層６は逆バイアスになるようなｐｎ接合を形成する
ことになる。したがって、ｎ^-形エピタキシャル成長層
４とｐ⁺形拡散層６の間に電流は流れず、切断されたＡ
ｌ配線膜10は基板電位の影響を受けない。

【００３２】別の実施例によるヒューズ構造を図５に示
す。図５Ａは、ｎ形シリコン基板20の上にｎ^-形エピタ
キシャル成長層４を形成した例である。切断領域A1の下
部では、ｎ^-形エピタキシャル成長層４がｐ⁺形拡散22に
囲まれている。エピタキシャル成長層の上には絶縁膜
８、Ａｌ配線膜10、パッシベーション膜12が順次形成さ
れている。また、Ａｌ配線膜10はプラスバイアスに接続
され、ｐ⁺形拡散22はマイナスバイアスに接続されてい
る。切断されたＡｌ配線膜10と切断領域A1下部のｎ^-形
エピタキシャル成長層４が短絡した場合、ｎ^-形エピタ
キシャル成長層４はプラスになるので、ｐ⁺形拡散22と
は逆バイアスになるようなｐｎ接合を形成する。したが
って、短絡したｎ^-形エピタキシャル成長層４とｐ⁺形拡
散22の間に電流は流れず、切断されたＡｌ配線膜10は基
板電位の影響を受けない。

【００３３】図５Ｂは、エピタキシャル成長層を形成せ
ず、ｎ形シリコン基板30内に、直接、ｐ^-形拡散層32、
ｎ形拡散層34を設けた例である。ｎ形シリコン基板30上
には、絶縁膜８、Ａｌ配線膜10、パッシベーション膜12
が順次形成されている。Ａｌ配線膜10はプラスバイアス
に、ｐ^-形拡散層32はマイナスバイアスに接続されてい
る。切断されたＡｌ配線膜10とｎ形拡散層34が短絡した
場合、ｎ形拡散層34はプラスになり、ｐ^-形拡散層32と
は逆バイアスになるようなｐｎ接合を形成する。したが
って、ｐ^-形拡散層32とｎ形拡散層34の間に電流は流れ
ず、切断されたＡｌ配線膜10は基板電位の影響を受けな
い。

【００３４】なお、上記の実施例では、ヒューズ構造を
半導体装置とともに形成したが、キャパシタや抵抗等の
回路素子をヒューズ構造と接続して、電気的規格に合せ
込みを行う際にこの発明を利用しても良い。

【００３５】また、上記の実施例では、半導体装置をヒ
ューズ構造の両側に設けたが、片側のみに設けて他端に
は別の構造を形成しても良い。

【００３６】さらに、上記の実施例ではメタル配線膜と
してアルミニウムによる配線膜を用いたが、アルミニウ
ム合金やタングステン等による配線膜を用いても良い。

【００３７】なお、上記の実施例ではメタル配線膜を被
覆する被覆膜としてシリコン窒化膜を用いたが、シリコ
ン酸化膜等を用いても良い。

【００３８】また、メタル配線膜および被覆膜の膜厚、
レーザー光線による損傷エリアS1〜S3は上記実施例のみ
に限定されない。

【００３９】さらに、レーザー光線は３回照射したが、
照射回数は２回以下または４回以上であっても良い。

【００４０】

【発明の効果】請求項１のヒューズ構造では、被覆膜で
メタル配線膜を被覆するためレーザー光線の照射によっ
てメタル配線膜が効率良く昇華しヒューズの断線が促進
されるとともに、切断されたメタル配線膜が短絡した際
には、ｎ形不純物拡散層とｐ形不純物拡散層が逆バイア
スになるようなｐｎ接合を形成するためメタル配線膜の
電位が変動しない。すなわち、半導体装置の性能低下を
招くことなく、半導体装置の不良部分を断線することが
できる。したがって、半導体装置の製造時の歩留りを向
上させることができる。

【００４１】また、メタル配線膜にアルミニウム等を使
用し、被覆膜にパッシベーション膜等を使用できるた
め、半導体装置やキャパシタ、抵抗等の回路素子と共通
の材料でヒューズ構造を形成することができる。したが
って、容易にヒューズ構造を形成することができる。

【００４２】請求項２の回路切断方法では、第一照射ス
テップにおいて、被覆膜で被覆したメタル配線膜をレー
ザー光線の照射によって昇華させ全幅に渡ってほぼ断線
状態にした後、第二照射ステップにおいて固化・残留し
た金属片を除去するため、ヒューズを完全に断線するこ
とができる。すなわち、エッチング処理等を行わず、レ
ーザー光線の照射のみによって完全にヒューズを断線す
ることができる。したがって、ヒューズ構造を容易かつ
確実に断線することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるヒューズ構造を示す
側面図である。

【図２】ヒューズ構造に対するレーザー光線の照射部位
を説明するための図である。図Ａは上面図、図Ｂは図Ａ
の線A-Aに沿った側面図である。

【図３】レーザー光線によるヒューズ構造の切断方法を
説明するための側面図である。

【図４】レーザー光線によるヒューズ構造の切断方法を
説明するための別の側面図である。

【図５】この発明の別の実施例によるヒューズ構造を示
す側面図である。

【図６】ヒューズ構造の使用方法を説明するための図で
ある。

【符号の説明】

２・・・・ｐ形シリコン基板 ４・・・・ｎ^-形エピタキシャル成長層 ６・・・・ｐ⁺形拡散層 10・・・・Ａｌ配線膜 12・・・・パッシベーション膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリコン基板、 シリコン基板上に形成されたメタル配線膜、 メタル配線膜を被覆する被覆膜、 シリコン基板内であって、メタル配線膜を切断する切断
   領域の下部に設けられたｎ形不純物拡散層、 シリコン基板内にｎ形不純物拡散層を取り囲んで設けら
   れたｐ形不純物拡散層、 を備えたことを特徴とするトリミング用のヒューズ構
   造。
2. 【請求項２】請求項１のトリミング用ヒューズ構造を、 ヒューズ構造のメタル配線膜を全幅に渡って切断するよ
   うにレーザー光線を照射する第一照射ステップ、 第一照射ステップにおいて残留したメタル配線膜を除去
   するため、メタル配線膜の少なくとも一方の端部近傍に
   レーザー光線を照射する第二照射ステップ、 によって切断することにより、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ことを特徴とする回路切
   断方法。