JPH06326195A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 通常のメタル配線材でヒューズ構造を形成
することができるとともに、容易かつ確実にヒューズ構
造を切断することができる半導体装置を提供する。 【構成】 Ａｌ配線22とパッシベーション膜24からな
るヒューズ構造は、半導体装置とともに形成される。レ
ーザー光線を３回照射してヒューズを切断する。１回目
のレーザー照射によりＡｌ配線22が昇華してほぼ断線状
態になるが、昇華したアルミニウムの一部が冷却・固化
して断線を妨げることがある。これに対処するため、座
標P2（P3）を中心に損傷エリアS2（S3）が損傷するよう
に２、３回目の照射を行う。

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号公報においては、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（Redundanc
y）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号公報に示された不良箇所
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、通常のメタル配線材でヒューズ構造を形成すること
ができ、しかも、容易かつ確実にヒューズ構造を切断す
ることができる半導体装置およびその製造方法を提供す
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、を備えたこと
を特徴とする。

【００１５】請求項２のヒューズ構造は、メタル配線膜
はアルミニウムによる配線膜であることを特徴とする。

【００１６】請求項３のヒューズ構造は、メタル配線膜
はアルミニウム合金による配線膜であることを特徴とす
る。

【００１７】請求項４のヒューズ構造は、メタル配線膜
はタングステンによる配線膜であることを特徴とする。

【００１８】請求項５のヒューズ構造は、被覆膜はシリ
コン酸化膜であることを特徴とする。

【００１９】請求項６のヒューズ構造は、被覆膜はシリ
コン窒化膜であることを特徴とする。

【００２０】請求項７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
膜を全幅若しくは全幅の大部分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。

【００２１】

【作用】請求項１、７のヒューズ構造および回路切断方
法では、被覆膜によってメタル配線膜を被覆する。この
ため、第一照射ステップにおいて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
てメタル配線膜が良く昇華し、ヒューズが全幅に渡って
ほぼ断線状態になる。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端部近傍で再度固化するが、第二
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、ヒューズを完全に断線することができる。

【００２２】請求項２、３、４のヒューズ構造では、メ
タル配線膜をアルミニウムまたはアルミニウム合金もし
くはタングステンにより形成する。このため、半導体メ
モリ等の半導体装置やキャパシタ、抵抗等の回路素子の
製造工程で用いる金属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、ヒューズ構造を形成するため
だけに別素材を準備する必要がなく、容易にメタル配線
膜を形成することができる。

【００２３】請求項５、６のヒューズ構造では、被覆膜
にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を使用する。こ
のため、半導体メモリ等の半導体装置の製造工程で用い
るパッシベーション膜やシリコン酸化膜で被覆膜を形成
することができる。したがって、容易に被覆膜を形成す
ることができる。

【００２４】

【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、
２は、この発明の一実施例によるヒューズ構造の製造方
法を示す図である。ヒューズ構造はバイポーラトランジ
スタとともに製造し、ヒューズ構造形成領域H1にヒュー
ズ構造を形成し、トランジスタ形成領域T1にバイポーラ
トランジスタを形成するものとする。なお、バイポーラ
トランジスタはヒューズ構造を挟んで両側に形成される
が、以下の図１、２では片側のみを表示する。

【００２５】まず、図１に示すように、ｐ形シリコン基
板２の上に、酸化膜（図示せず）をマスクとして用いて
ヒ素を拡散し、ｎ⁺形拡散層４を形成する。さらに、エ
ピタキシャル成長により、ｐ形シリコン基板２の上面に
ｎ形シリコン層６を形成する。 次に、ウエーハ表面に
熱酸化膜（図示せず）を形成して開口部を形成した後、
ｎ形、ｐ形の不純物を順次拡散してｎ⁺形拡散層８、ｐ⁺
形拡散層10を形成する。なお、ｐ⁺形拡散層10は、ＬＳ
Ｉチップ上のトランジスタを電気的に分離する分離拡散
層である。

【００２６】さらに、ウエーハ表面の熱酸化膜をエッチ
ング除去した後、ウエーハ表面を再び熱酸化して酸化絶
縁膜12を形成する。

【００２７】次に、トランジスタのベースとなる部分に
ホウ素をイオン注入する。このホウ素イオンを拡散する
ことにより、ｐ⁺形外部ベース14およびｐ^-形活性ベース
16を形成する。

【００２８】さらに、ｐ^-形活性ベース16上の酸化絶縁
膜12およびｎ⁺形拡散層８上の酸化絶縁膜12に開口部を
設けてリンを拡散させる。これによって、ｐ^-形活性ベ
ース16内にｎ⁺形エミッタ18を形成する。

【００２９】この後、素子間にＡｌ配線を施す。まず、
図２に示すように、ヒューズ構造形成領域H1を含むウエ
ーハ全面をＣＶＤ法により層間絶縁膜20で覆う。次に、
レジストを用いて、層間絶縁膜20を選択的にエッチング
し、配線の取り出し用のコンタクトホールを設ける。

【００３０】さらに、ヒューズ構造形成領域H1を含む構
造体の全面にＡｌをスパッタリングし、膜厚０．５μｍ
のＡｌ配線22による配線パターンを形成する。Ａｌ配線
22を保護するため、ＣＶＤ法によりシリコン窒化膜を膜
厚１μｍ堆積させてパッシベーション膜24とする。

【００３１】以上のステップを経て、トランジスタ形成
領域T1にはバイポーラトランジスタが形成される。ま
た、これと並行して、ヒューズ構造形成領域H1には、Ａ
ｌ配線22をメタル配線膜とし、パッシベーション膜24を
被覆膜とするヒューズ構造が形成される。

【００３２】なお、半導体装置の製造工程が終了に近づ
いた時点でバイポーラトランジスタの機能や性能がテス
トされ、不良なバイポーラトランジスタが発見された場
合にはヒューズ構造が切断され、この不良なバイポーラ
トランジスタが切り離される。

【００３３】次に、このヒューズ構造の切断方法につい
て図３、４に基づいて説明する。図３Ａ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３Ｂ、図４および図５は図３Ａの線A-Aの方向
（以下「ヒューズ幅方向」とする）に沿ったヒューズ構
造の断面図（ｎ形シリコン層６、酸化絶縁膜12、層間絶
縁膜20、Ａｌ配線22、パッシベーション膜24）である。
なお、図３Ａの線B-Bの方向に沿ったヒューズ構造の断
面図が図１、２である。

【００３４】Ａｌ配線22をヒューズ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、ヒュー
ズ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22が全幅（幅L1）に渡って損傷し
（損傷エリアS1）、かつ、ｎ形シリコン層６と酸化絶縁
膜12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。

【００３５】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。レーザー光線のエネルギーによってＡｌが昇華
し、上部のパッシベーション膜24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。

【００３６】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26となることがある。アルミニウム片26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。

【００３７】２回目は、Ａｌ配線22の少し外側のパッシ
ベーション膜24に照射の座標P2を定める。座標P2を中心
にＡｌ配線22の端部のみが損傷（損傷エリアS2）するよ
うに、レーザー光線のビームサイズを調整する。

【００３８】このようにして、図４Ｂのヒューズ構造に
レーザー光線を上方向から照射し、図５Ａ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26が昇華する。

【００３９】３回目は、２回目とは反対側に照射の座標
P3を定める。レーザー光線のビームサイズは、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。このよ
うに、２回目および３回目には、１回目と同じレーザー
エネルギーでビームサイズを調整して、レーザー照射を
行なう。

【００４０】このようなビームサイズの変更により、単
位面積当りの熱量を多くすることができる為、Ａｌ配線
22の幅L1が広い場合に、つながりやすい部分を集中して
切断することができる。

【００４１】このようにして、図５Ａのヒューズ構造に
レーザー光線を上方向から照射し、図５Ｂ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26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。

【００４２】また、レーザー照射の際、ｎ形シリコン層
６と酸化絶縁膜12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
整して３回のレーザー照射を行なっている。したがっ
て、ｎ形シリコン層６と酸化絶縁膜12に損傷を与えるこ
となく、ヒューズを完全に断線させることができる。

【００４３】なお、本実施例においては、図３Ａに示す
ように、２回目および３回目は１回目と同じレーザーエ
ネルギーでビームサイズを調整して、レーザー照射を行
なった。しかし、Ａｌ配線22の幅L1が狭い場合には、損
傷エリアS2およびS3の面積を損傷エリアS１と同じとし
てもよい。なぜなら、Ａｌ配線22の幅L1が狭い場合に
は、単位面積当りの熱量が少なくとも完全に切断するこ
とができるからである。

【００４４】また、ビームサイズだけでなく、カットす
るＡｌ配線および被覆膜の膜厚等により、ビームパルス
またはレーザーエネルギーの一方又は双方を調整するよ
うにしてもよい。

【００４５】この実施例では、ヒューズ構造に接続した
半導体装置としてバイポーラトランジスタを形成した
が、他の半導体装置を形成しても良い。また、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。

【００４６】また、こ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。

【００４７】さらに、こ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。

【００４８】なお、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。

【００４９】また、レーザー光線は３回照射したが、照
射回数は２回または４回以上であっても良い。

【００５０】なお、本実施例においては、１回目のトリ
ミングにおいて、Ａｌ配線22の全幅（幅L1）に渡って切
断するようにしたが、Ａｌ配線22の全幅の大部分を一回
目で切断し、二回目以降のトリミングにて残留分を除去
するようにしてもよい。

【００５１】

【発明の効果】請求項１、７のヒューズ構造および回路
切断方法では、被覆膜によってメタル配線膜を被覆する
ため、第一照射ステップにおいて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
てメタル配線膜が良く昇華し、ヒューズが全幅に渡って
ほぼ断線状態になる。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端部近傍で再度固化するが、第二
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、ヒューズを完全に断線することができる。したが
って、半導体装置の不良部分を容易かつ確実にヒューズ
構造の部分で断線することができ、歩留りを上昇させる
ことができる。

【００５２】また、キャパシタや抵抗等の回路素子を容
易かつ確実にヒューズトリミングにより所定の規格に合
致させることができる。

【００５３】請求項２、３、４のヒューズ構造では、メ
タル配線膜をアルミニウムまたはアルミニウム合金もし
くはタングステンにより形成するため、半導体メモリ等
の半導体装置やキャパシタ、抵抗等の回路素子の製造工
程で用いる金属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、ヒューズ構造を形成するためだけに
別素材を準備する必要がなく、容易にメタル配線膜を形
成することができる。請求項５、６のヒューズ構造で
は、被覆膜にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を使
用するため、半導体メモリ等の半導体装置の製造工程で
用いるパッシベーション膜やシリコン酸化膜で被覆膜を
形成することができる。したがって、容易に被覆膜を形
成することができる。

【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の製造
方法を示す図である。

【図２】この発明の一実施例によるヒューズ構造の製造
方法を示す別の図である。

【図３】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
説明するための図である。

【図５】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 22・・・・Ａｌ配線 24・・・・パッシベーション膜

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年６月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

Claims (7)

【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、 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のヒューズ構造において、前記メ
   タル配線膜はアルミニウムによる配線膜であることを特
   徴とするヒューズ構造。
3. 【請求項３】請求項１のヒューズ構造において、前記メ
   タル配線膜はアルミニウム合金による配線膜であること
   を特徴とするヒューズ構造。
4. 【請求項４】請求項１のヒューズ構造において、前記メ
   タル配線膜はタングステンによる配線膜であることを特
   徴とするヒューズ構造。
5. 【請求項５】請求項１のヒューズ構造において、前記被
   覆膜はシリコン酸化膜であることを特徴とするヒューズ
   構造。
6. 【請求項６】請求項１のヒューズ構造において、前記被
   覆膜はシリコン窒化膜であることを特徴とするヒューズ
   構造。
7. 【請求項７】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若しくは全幅の大部
   分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。