(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光により切断されるヒューズ素子を備えた半導体装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の表面に設けられたフィールド絶縁膜と、
前記フィールド絶縁膜の上に設けられたヒューズ素子と、
前記ヒューズ素子の側面と上面とを覆う中間絶縁膜と、
前記中間絶縁膜の上に設けられた前記ヒューズ素子を覆う金属の格子と、
前記格子の周囲に設けられた多孔質の絶縁膜と、
前記多孔質の絶縁膜の表面を覆うシリコン窒化膜と、
を有し、
前記格子は矩形の窓を有しており、前記矩形の窓の縦の辺および横の辺の長さは、前記レーザー光の波長より短いことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記窓は前記ヒューズ素子の上に集中して配置されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
レーザー光により切断されるヒューズ素子を備えた半導体装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の表面に設けられたフィールド絶縁膜と、
前記フィールド絶縁膜の上に設けられたヒューズ素子と、
前記ヒューズ素子の側面と上面とを覆う中間絶縁膜と、
前記中間絶縁膜の上に設けられた前記ヒューズ素子を覆う金属の配列と、
前記配列の周囲に設けられた多孔質の絶縁膜と、
前記多孔質の絶縁膜の表面を覆うシリコン窒化膜と、
を有し、
前記配列は独立した複数の遮光部が平面的に配置されたものであり、前記複数の遮光部は、各々前記レーザー光の波長より短い間隔をあけて、それぞれ配置されている半導体装置。
【請求項４】
前記複数の遮光部は、それぞれが平面的に繰り返し配置することが可能な形状であることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記複数の遮光部は、定まった数の遮光部を組合わせることで平面的に繰り返し配置することが可能な形状を構成していることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特に、切断することにより回路構成の変更を可能とするヒューズ素子を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造において、前工程とも言われるウェハ製造工程が終了した後に、例えばレーザーを用いて、例えばポリシリコンや金属を用いたヒューズ素子を切断することで回路構成の変更を行なう工程があり、後工程の一部を占めている。本工程では、半導体装置の電気特性を測定した後に、抵抗の値を補正することで所望の特性を得ることができ、アナログ特性が重要視される半導体装置において特に有効な製造工程となっている。
【０００３】
この工程において、ヒューズ素子はレーザーにおいて安定的に切断ができること及び、耐腐食性が高いことが要求される。従来、半導体装置の上部には絶縁性の保護膜を形成しており、外部からの水分侵入等を防止する等の目的で例えばシリコン窒化膜が使用される。しかし、ヒューズ素子に関しては、後にレーザー照射により切断を行なうことを想定しているので、十分な厚さのシリコン窒化膜を配置することができない。これはシリコン窒化膜が機械的にも丈夫であり、レーザー照射により容易にはヒューズ素子と同時に破壊されないからである。そのため一般にはヒューズ素子上方の保護膜を除去するので、ヒューズ素子上では保護膜が開口された状態となる。さらに、保護膜の下の絶縁膜もヒューズ切断に適した所望の厚さとなるよう除去されるので、ヒューズ素子の上には配線を分離するための酸化膜を主とする絶縁膜が僅かに残っているだけである。ヒューズ素子は水分浸入による影響を受けやすい状態となり、耐腐食性を向上させることが必要となる。
【０００４】
特許文献１では、ヒューズ素子上に少なくとも側面、もしくは側面および側面よりも薄く上部にシリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜などの耐湿性絶縁膜を形成し、耐腐食性を向上させる方法が提示されている。
【０００５】
しかし、上述の従来の技術においては、以下の課題が挙げられる。基本的に水分はヒューズ素子上の保護膜が除去されている部分から進入するのに対し、耐湿性絶縁膜はヒューズ素子上部に配置しないもしくは薄く形成する方法となっている。その為、上部の保護が不十分となる。さらに耐湿性絶縁膜として、シリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜を使用する為、照射されたレーザー光を吸収しヒューズ切断のための条件が厳しくなる。この方法では、耐湿性向上とレーザーによるヒューズ素子切断の安定性がトレードオフの関係にあり、両者を満たす条件を得るのが難しい。本技術は未切断のヒューズ素子を念頭に置いており、レーザーによる切断を行なったヒューズ素子に関しては、効果が少ない構成となるからである。切断されたヒューズ素子は断面にヒューズ素子が露出することになり、腐食が発生してしまう。切断面からヒューズ素子の腐食が発生し、ヒューズ素子が膨張することによって、ヒューズ素子上の絶縁膜に亀裂が入ることになる。さらに亀裂が水分の進入経路となり、腐食が半導体装置の内部へ進行するという問題が出てしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−４９２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、ヒューズ素子を切断した部分から腐食が進行することがないヒューズ素子を有する半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、開口領域をヒューズ素子の上に設けず、半導体装置の表面が一様な厚さのシリコン窒化膜で覆われ、シリコン窒化膜の下には多孔質の絶縁膜が配置されている構造とした。さらに、レーザー光を、半導体装置を構成する半導体基板の裏面から照射し、半導体装置の表面に設けられた酸化膜上に形成されたヒューズにおいてレーザー光を集光し、ヒューズを切断することが可能な半導体装置とした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ヒューズ素子は切断後もシリコン窒化膜の保護膜に覆われることになるので、ヒューズ素子の露出部分は無く、腐食される可能性はほとんど無い。新たな水分浸入の経路の発生を抑制し、半導体装置内部への水分侵入による腐食が発生しないヒューズ素子を有する半導体素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の半導体装置の第一の実施形態を示す図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）における切断面Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の第二の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の第三の実施形態を示す平面図である。
【図４】本発明の半導体装置の第四の実施形態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の様々な実施形態について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明における半導体装置の第一の実施形態を表す図である。図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の切断面Ａ−Ａに沿った断面図である。
図１（ａ）に示すように、複数のヒューズ素子３がフィールド酸化膜２の上に並列に配置され、ヒューズ素子３の両端は端子３ａ、３ｂとなっている。この端子から各々のヒューズ素子は回路に接続される。回路は端子３ａと３ｂの間に電流が流れるか流れないかを判断する。ヒューズ素子３に流れる電流の向きに垂直な方向のヒューズ素子の寸法をヒューズ素子の幅と称する。図１（ａ）では端子３ａ、３ｂを結ぶ方向に垂直な方向がヒューズ素子の幅となる。本実施例ではヒューズ素子はポリシコンを例として説明する。ヒューズ素子の材料として金属を用いる場合もまったく同様に本発明を実施できることは言うまでも無い。
【００１３】
ヒューズ素子３の上には中間絶縁膜を介して金属からなる格子５が配置されている。格子５は、例えば、最下層の配線を構成する金属を用いて形成することが可能である。もちろん、他の層の配線を構成する金属を用いても良い。本実施例では格子は正方格子であり一辺の長さがＬの正方形の窓１０を有している。ここで、窓の一辺の長さＬはヒューズ素子３の切断に用いるレーザー光の波長より短くする。これは、裏面からヒューズ素子３に向けて照射されるレーザー光を閉じ込めるためである。全面を覆わずに格子としたのは、ヒューズ素子のレーザーにより切断される部分の発熱による急激な膨張ができる余地を残すためである。さらに、格子５は可塑性のネットとして切断箇所の膨張、破裂を変形することで受け止める。
【００１４】
格子５の上には多孔質の絶縁膜がからなる多孔質領域９が配置され、多孔質領域９の上を含む全面には半導体装置の表面を保護するために一様な厚さのシリコン窒化膜６が形成されている。シリコン窒化膜６は層間膜７の上にも形成される。ヒューズ素子３の周囲にはシリコン窒化膜６が開口されている領域はない。後で説明するように、ヒューズ素子３を切断するためのレーザー光は半導体装置の裏面から照射されるので、シリコン窒化膜６を、ヒューズ素子３を含む領域全面に形成することができる。
【００１５】
さらに、図１（ｂ）に示すように、複数のヒューズ素子３が形成されたフィールド酸化膜２は半導体基板１の表面に設けられている。ヒューズ素子３は中間絶縁膜４により側面と上面とを覆われている。さらに、格子５は側面と上面を多孔質の絶縁膜８により覆われている。本実施例では多孔質の絶縁膜８は多孔質領域９に選択的に配置されている。
【００１６】
多孔質の絶縁膜８は、たとえばｌｏｗ−ｋの材料であり、層間膜７として用いることもできる。多孔質の絶縁膜８と層間膜７とが同じ材料の場合は、格子５の上に多孔質の絶縁膜８を設けるための工程が別工程とならないので、多孔質領域９を設ける必要も無くなり製造が容易になる。ヒューズ素子の上に配線を配置することも可能である。
【００１７】
多孔質の絶縁膜８の上および層間膜７の上には、ヒューズ素子３が配置された領域を含む半導体装置の全面に渡って、シリコン窒化膜６が形成されている。シリコン窒化膜により覆われていないのは、通常、半導体装置が外部と接続されるパッド領域のみである。シリコン窒化膜６は層間膜７の上においてもヒューズ素子３が配置された多孔質の絶縁膜８がある多孔質領域９においても一様な厚さを有している。
【００１８】
格子５は、レーザー光を閉じ込めるだけではなく、層間膜７をエッチングにより除去して、所望の量を残すときのモニターとなっている。開口領域９をエッチングにより形成するときには、格子５を形成している金属をモニターすれば、適切なオーバーエッチングを施すことにより層間膜７を除去できる。こうすることで、ヒューズ素子３の上に形成される多孔質の絶縁膜８の厚さを均一に制御することができ、レーザーによる切断条件を均一に保つことが可能となる。
【００１９】
次にレーザー光によりヒューズ素子３を切断する方法について説明する。
ヒューズ素子３を切断するには、半導体装置が形成されている半導体基板の裏面からヒューズ素子３を切断するためのレーザー光１１を照射し、レーザー光１１を集光して、ヒューズ素子に集光点がくるようにレーザー光１１を制御する。レーザー光の周波数をνとすると、半導体基板のバンドギャップよりも光子のエネルギーｈνが小さいとその光は吸収されないので、レーザー光は半導体基板中を通過できる。しかし、レーザー光の強度が強いと光子のエネルギーはｈνの整数倍となり、半導体基板に吸収を生じさせることができる。これが集光の作用である。集光点でレーザー光の強度は強くなり、この場合はヒューズ素子３に吸収されることになる。レーザー光１１を吸収したヒューズ素子３の切断部分は発熱し、急速に膨張し、破裂する。これにより、ヒューズ素子３は切断される。膨張および破裂に伴う体積の変化は格子５および多孔質の絶縁膜８が吸収する。このため、膨張および破裂の影響がシリコン窒化膜６に及ぶことは無い。
【００２０】
半導体基板がシリコンの場合、レーザー光の波長が１１００ｎｍ前後であれば５００μｍ程度の厚みのシリコン基板を通過できる。なお、半導体基板１とヒューズ素子３との間にはフィールド酸化膜２があるが、一般に酸化膜は赤外光から可視光に対し透明であり、この範囲の光を僅かしか吸収しないので、問題とならない。
また、光子５は窓１０が正方形の正方格子としたが、窓の形は正方形に限られる物ではなく、縦横の長さがそれぞれレーザー光の波長と同じか短い矩形であってもよい。
【００２１】
以上の構成により、裏面からレーザー光を照射してヒューズ素子を切断することで、ヒューズ素子のレーザーによる切断後に、切断面からヒューズ素子が露出することのない半導体装置を提供することが可能となる。
【実施例２】
【００２２】
次に、本発明の半導体装置の第二の実施形態について、図面を参照して説明する。
図２は、本発明の第二の実施形態にかかる半導体装置の断面図である。図１（ｂ）の断面図と共通する部分は同じ符号で表してある。異なっているのは格子５が配置されていない点である。半導体基板裏面からのレーザー光１１の集光が十分に制御され、ヒューズ素子３の上部を金属の格子で覆う必要が無い場合は、金属の格子を配置しなくても良い。
【００２３】
ヒューズ素子３の上には金属の格子に代わり、金属配線１２を自由に配置することが可能である。金属配線は必要に応じ、ヒューズ素子３の上部を全て覆うシールドとすることも可能である。ヒューズ素子３のレーザー光による切断方法は、実施例１と同様である。
【００２４】
多孔質の絶縁膜８と層間膜７とが異なる場合、格子が配置されないと、多孔質領域９を形成するために層間膜７を正確にエッチングすることが困難になるので、エッチングがモニターできる構造を他の領域に設けることが望ましい。多孔質の絶縁膜８と層間膜７とが同じ材料の場合は、ヒューズ素子３上の中間絶縁膜４の上に多孔質領域９を設ける必要がないので、別工程を設ける必要が無くなり製造が容易になる。ヒューズ素子の上に配線を配置することも容易である。
【００２５】
多孔質の絶縁膜８は、たとえばｌｏｗ−ｋの材料であり、層間膜７あるいは他の配線金属との親和性は良いので、半導体装置の全面に堆積しても構わない。そして、水分の浸入を防ぐために、多孔質の絶縁膜８および層間膜７の上をシリコン窒化膜で覆う。
【実施例３】
【００２６】
図３は、本発明に係る半導体装置の第三の実施形態の平面図を示すものである。本実施形態においては再び格子５を用いている。実施例１の格子と比べると、本実施例の格子５は窓１０が各々のヒューズ素子３の上に集中して配置されている点が異なっている。こうすることで隣り合う窓１０と窓１０との間の距離である窓間隔Ｍを相対的に小さくする。窓は矩形であり、一辺の長さＬはヒューズ素子３の切断に用いるレーザー光の波長より短くなっている。窓間隔Ｍの長さを、窓の一辺の長さＬの１/２から１/１０とすることで、窓間隔Ｍは相対的に小さくなり、ヒューズ素子を切断するときに、ヒューズ素子のレーザー照射部の膨張と破裂を制限あるいは抑制せずに、格子５は可塑変形することが可能となる。
窓間隔Ｍを保ったまま、窓１０を格子５の全面に配置することも可能である。可塑変形がさらに起こりやすくなる。
【実施例４】
【００２７】
図４は、本発明に係る半導体装置の第四の実施形態の平面図を示すものである。本実施形態においては、格子は一体化されておらず、配列５Ａとなっている。他の構成は実施例１と同様である。配列５Ａは格子と同じ材質により構成されている。配列５Ａは、独立した複数の遮光部１０Ａが平面的に配置されたものである。本実施例では遮光部１０Ａは一辺の長さがＰの矩形であり、隣り合う遮光部１０Ａと間隔Ｑを有して縦横に配列されている。間隔Ｑの大きさはヒューズ素子３の切断に用いるレーザー光の波長より短くなっている。従って、裏面から照射されたレーザー光は透過することができず、半導体装置の表面に存在する配線等に影響を及ぼすことは無い。
【００２８】
さらに、各遮光部１０Ａは、それぞれ独立しているので、ヒューズ素子を切断するときのヒューズ素子のレーザー照射部の膨張と破裂により、容易に可塑変形することが可能である。
【００２９】
なお、本実施例では同一形状の遮光部１０Ａを配置したが、スリット状の隙間を作らないためには、遮光部を三角形あるいは六角形としたり、異なる形状の遮光部を組み合わせて、平面的に繰り返し配置することが可能な形状としたりすることが可能であり、一層効果的である。
以上の手段により、ヒューズ素子３の上部がシリコン窒化膜により一様に全て覆われた半導体素子を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００３０】
１    半導体基板
２    フィールド酸化膜
３    ヒューズ素子
３Ａ、３Ｂ  ヒューズ素子の端子
４    中間絶縁膜
５    格子
５Ａ  配列
６    シリコン窒化膜
７    層間絶縁膜
８    多孔質の絶縁膜
９    多孔質領域
１０  格子の窓
１０Ａ  配列の遮光部
１１  レーザー光
１２  金属配線
【図１】
0006620023.tif 000002
【図２】
0006620023.tif 000003
【図３】
0006620023.tif 000004
【図４】
0006620023.tif 000005