(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板表面の絶縁膜上に形成された複数のヒューズ素子を備え、前記複数のヒューズ素子の各々は、所定位置で所定方向に所定角度で２回以上屈曲し、前記ヒューズ素子の端部と屈曲位置の間に溶断部を備え、前記複数のヒューズ素子のうち溶断部の位置及び屈曲位置は等しく互いに異なった屈曲方向を有し、前記溶断部の間隔が大きくなるように隣接配置された左右対称の２ヒューズ素子を１単位とし、前記１単位を複数隣接配置し、互いに隣接する２単位は互いに対して上下に１８０度回転させて配置されていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置に関し、特に隣接ヒューズ素子や下層に損傷を与えることなく溶断可能なヒューズ素子を備えた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体装置は、その機能や電気的特性の切換えおよび調整のため、あるいは欠陥救済による歩留まり向上のために、チップ内部にヒューズ素子を搭載している。
【０００３】
中でも、ＤＲＡＭを始めとする大容量の記憶装置では、内部に欠陥メモリセルが存在した場合にあらかじめ備えた予備メモリセルに置き換える手段を持つ。以上の切換えや置き換えは回路中にヒューズを備え、ヒューズを切断することにより実現する。そのヒューズ切断はレーザー光照射により行なうのが一般的である。
【０００４】
図６（ａ）は従来のヒューズ素子を搭載した半導体装置の平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＹ−Ｙ’線断面図である。
【０００５】
図６（ａ）、図６（ｂ）において、１はヒューズ素子、２、２’は周辺回路への配線、３はコンタクト窓、４はヒューズ溶断用窓、１１は半導体基板、１２、１３、１４は層間絶縁膜、Ｘ印は溶断箇所を示している。
【０００６】
まず、半導体基板１１上に層間絶縁膜１２が形成され、その上面に配線２、２’が形成される。さらに層間絶縁膜１３、コンタクト窓３、ヒューズ素子１、層間絶縁膜１４が形成される。ヒューズ素子１と配線２、２’の間はコンタクト窓３を介して接続している。層間絶縁膜１４のうち、複数のヒューズ素子１が形成された箇所の上部には膜厚の薄い１つのヒューズ溶断用窓４が形成されている。
【０００７】
ヒューズ素子１の溶断部Ｘにレーザー光照射を行なうと、溶断部が加熱され気化して配線２、２’の間は非導通となり、回路の切換えが実現できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、素子の微細化に伴い、ヒューズ素子幅および素子間隔も縮小が要求されてきた。一方で配線多層化に伴い、ヒューズ素子の材質もポリシリコン層からアルミニウム層やカッパ層へと移行しつつあり、それぞれの材質に合わせてレーザー光を最適化する必要がある。特にヒューズ回路を含んだメモリやアナログ回路を搭載したシステムＬＳＩでは、周辺の回路のレイアウト状況により最適なレーザーパワーを調節することが重要になってきた。レーザーパワーに対しヒューズ素子間隔が小さい場合や、過度に高密度のレーザー光を照射した場合、ヒューズ素子の下層への熱拡散によるダメージが懸念され、また隣接するヒューズ素子にも溶断の影響で損傷を与えることがある。逆に過度に低密度のレーザー光を照射してもヒューズ素子を完全に溶断することができない。
【０００９】
すなわち、高密度のレーザー光照射でも周辺にダメージを与えない、あるいは低密度のレーザー光照射によって完全に溶断が可能な構造のヒューズ素子が必要とされている。
【００１０】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の本発明の半導体装置は、半導体基板表面の絶縁膜上に形成された複数のヒューズ素子を備え、前記複数のヒューズ素子の各々は、所定位置で所定方向に所定角度で２回以上屈曲し、前記ヒューズ素子の端部と屈曲位置の間に溶断部を備え、前記複数のヒューズ素子のうち溶断部の位置及び屈曲位置は等しく互いに異なった屈曲方向を有し、前記溶断部の間隔が大きくなるように隣接配置された左右対称の２ヒューズ素子を１単位とし、前記１単位を複数隣接配置し、互いに隣接する２単位は互いに対して上下に１８０度回転させて配置されていることを特徴とする。
【００１１】
この構成により、ヒューズ切断のためのレーザー照射位置間を広く確保し、且つ、小面積にヒューズ素子を配置することができる。
さらに、請求項に記載の１単位は同じ形状のヒューズ素子とそれを反転させた形状で構成できることから、すべて同じ形状のヒューズ素子から構成でき、レイアウト容易性に優れている。
また、同じ形状のヒューズ素子を配置できるため、特性上ばらつきが少ない素子が形成できる。
また、さらに２素子単位で配置していることから、素子端部の配線接続部を片寄りなく形成することも容易という効果がある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の実施の形態１に係る半導体装置の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＹ−Ｙ’線断面図である。
【００２５】
図１（ａ）、図１（ｂ）において、１はヒューズ素子、２は周辺回路への配線、３はコンタクト窓、４はヒューズ溶断用窓、１１は半導体基板、１２、１３、１４は層間絶縁膜、Ｘ印は溶断箇所を示している。ヒューズ素子１は配線２との接続部の幅に対し、溶断部の幅が小さく形成されている。
【００２６】
まず、半導体基板１１上に層間絶縁膜１２が形成され、その上面に配線２が形成される。さらに層間絶縁膜１３、ヒューズ素子１、層間絶縁膜１４が形成され、ヒューズ素子１と配線２の間はコンタクト窓３を介して接続している。層間絶縁膜１４のうち、複数のヒューズ素子１が形成された箇所の上部には膜厚の薄い１つのヒューズ溶断用窓４が形成されている。
【００２７】
このように実施の形態１によれば、溶断部のヒューズ素子幅が接続部のヒューズ素子幅よりも小さく形成されていることにより、低密度のレーザー光照射でヒューズ溶断が可能である。
【００２８】
（実施の形態２）
図２（ａ）は本発明の実施の形態２に係る半導体装置の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＹ−Ｙ’線断面図である。
【００２９】
図２（ａ）、図２（ｂ）において、１はヒューズ素子、２は周辺回路への配線、３はコンタクト窓、４はヒューズ溶断用窓、５はヒューズ素子と同じ層のダミーパターン、１１は半導体基板、１２、１３、１４は層間絶縁膜、Ｘ印は溶断箇所を示している。
【００３０】
まず、半導体基板１１上に層間絶縁膜１２が形成され、その上面に配線２が形成される。さらに層間絶縁膜１３、コンタクト窓３を形成された上にヒューズ素子１およびダミーパターン５が形成され、その上面に層間絶縁膜１４が形成されている。ヒューズ素子１と配線２の間はコンタクト窓３を介して接続しており、また全てのヒューズ素子１の両側にはダミーパターン５が存在する。層間絶縁膜１４のうち、複数のヒューズ素子１が形成された箇所の上部には膜厚の薄い１つのヒューズ溶断用窓４が形成されている。
【００３１】
ヒューズ素子１をレーザー光にて溶断するときに起こる熱拡散は、両側に設けたダミーパターン５により直接隣接するヒューズへは伝わらなくなる。
【００３２】
このように実施の形態２によれば、ヒューズ素子の両側にダミーパターンを形成することにより、隣接するヒューズ素子へ損傷を与えることなくヒューズ溶断を実現できる。
【００３３】
なお本実施形態では、ダミーパターンをヒューズ素子と同じ配線層としたが、前記ダミーパターンの下部に配線２と同じ配線層で第２のダミーパターンを形成しておき、前記ダミーパターンと第２のダミーパターンをコンタクト窓で接続してもよい。
【００３４】
（実施の形態３）
図３（ａ）は本発明の実施の形態３に係る半導体装置の平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＹ−Ｙ’線断面図である。
【００３５】
図３（ａ）、図３（ｂ）において、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄはヒューズ素子、２は周辺回路への配線、３、８はコンタクト窓、４はヒューズ溶断用窓、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、及び９は配線２と同じ配線層によるダミーパターン、７はヒューズ素子と同じ配線層によるダミーパターン、１１は半導体基板、１２、１３、１４は層間絶縁膜、Ｘ印は溶断箇所を示している。
【００３６】
まず、半導体基板１１上に層間絶縁膜１２が形成され、その上面に配線２と、ヒューズ素子と同数のヒューズ素子より大きな幅をもつダミーパターン６ａ〜６ｄ、およびダミーパターン９が形成される。さらに層間絶縁膜１３、コンタクト窓３、８が形成された上にヒューズ素子１ａ〜１ｄが形成され、その上面に層間絶縁膜１４が形成されている。ヒューズ素子１と配線２の間はコンタクト窓３を介して接続しており、また全てのヒューズ素子１ａ〜１ｄの下層にはダミーパターン６ａ〜６ｄが存在する。層間絶縁膜１４のうち、複数のヒューズ素子１ａ〜１ｄが形成された箇所の上部には膜厚の薄い１つのヒューズ溶断用窓４が形成されている。また、ヒューズ素子１ａ〜１ｄの外側には配線７，９とコンタクト窓８からなるダミーパターンが形成されており、ヒューズ素子溶断時のダメージを周辺回路に与えないためのガードバンドとなっている。
【００３７】
図３（ａ）、図３（ｂ）の半導体装置に対する比較のため、図４にヒューズ素子１ａ〜１ｄ下層のダミーパターン６ａ〜６ｄを形成しない従来の半導体装置の断面図を示す。対応する構成要素には同じ符号を付している。
【００３８】
従来の半導体装置では、図４に示すように、ガードバンド部から中央に向かって層間膜が薄くなる傾向があり、例えば１ａと１ｃのヒューズ素子については、層間膜１３、１４の膜厚が異なり、溶断に最適なレーザーパワーが異なってくる。本実施形態では、図３に示すように、ヒューズ素子１ａ〜１ｄの下層にダミーパターン６ａ〜６ｄを形成することによって、層間膜１３、１４が均一の状態になって平坦化され、同じレーザーパワーでの溶断が可能になる。
【００３９】
なお、本実施形態では個々のヒューズ素子に対し、個々のダミーパターンを形成したが、複数のヒューズ素子に対し１つのダミーパターンを形成してもよい。
【００４０】
（実施の形態４）
図５（ａ）は本発明の実施の形態４に係る半導体装置の平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＹ−Ｙ’線断面図である。
【００４１】
図５（ａ）、図５（ｂ）において、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄはヒューズ素子、２は周辺回路への配線、３はコンタクト窓、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄはヒューズ溶断用窓、１１は半導体基板、１２、１３、１４は層間絶縁膜、Ｘ印は溶断箇所を示している。
【００４２】
まず、半導体基板１１上に層間絶縁膜１２を形成し、その上面に配線２を形成する。さらに層間絶縁膜１３、コンタクト窓３を形成した上にヒューズ素子１ａ〜１ｄを形成し、その上面に層間絶縁膜１４を形成する。ヒューズ素子１ａ〜１ｄと配線２の間はコンタクト窓３を介して接続しており、また層間絶縁膜１４のうち、複数のヒューズ素子１ａ〜１ｄを形成した箇所の上部にはそれぞれ膜厚の薄い１つのヒューズ溶断用窓４ａ〜４ｄを個々に形成する。
【００４３】
ヒューズ素子１ａ〜１ｄは所定の位置で所定方向に所定角度、例えば４５度だけ屈曲している。ヒューズ素子１ａと１ｂは屈曲位置は同じであるが、屈曲方向が互いに異なっている。また、ヒューズ素子１ｃと１ｄも同様の関係である。ヒューズ素子１ｂと１ｃは、屈曲方向は同じであるが、屈曲位置が異なっている。ヒューズ素子１ａと１ｄも同様の関係である。それぞれのヒューズ素子の溶断部は配線２との接続部に比較して素子幅を大きく形成しており、屈曲方向と屈曲位置に応じて溶断箇所を設定する。
【００４４】
ヒューズ素子１ａ〜１ｄの溶断部は、隣接するヒューズ素子からの間隔を、直線形状のヒューズ素子に比較して大きくすることができる。
【００４５】
このように実施の形態４によれば、ヒューズ素子に屈曲点を設けることによって、同数の直線形状のヒューズ素子より小さな領域に、同じ素子間隔を保って形成することができる。また、個々のヒューズ素子に対し独立したヒューズ溶断用窓を設けたことにより、溶断時にレーザー光照射や素子片飛散による隣接ヒューズ素子へのダメージを防止することができ、さらに、溶断部の素子幅を配線接続部の素子幅より大きく形成したことにより、ヒューズ溶断時に熱拡散により下層に与えるダメージも防止することができる。
【００４６】
なお、以上説明した実施形態では、ヒューズ素子を、周辺回路への配線層の上層に形成するとしたが、下層に形成する場合も同様である。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の半導体装置によれば、ヒューズ素子の溶断部を幅を細くする、または、ヒューズ素子の下層や両側にダミーパターンをおくことによって、所定のヒューズ素子を、隣接するヒューズ素子や下層に損傷を与えることなく溶断することができる。またヒューズ素子に屈曲部を設けることによって、省スペースのヒューズ素子形成を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の平面構造及び断面構造を示す図
【図２】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の平面構造及び断面構造を示す図
【図３】本発明の実施の形態３に係る半導体装置の平面構造及び断面構造を示す図
【図４】ヒューズ素子下層のダミーパターンを形成しない従来の半導体装置の断面図
【図５】本発明の実施の形態４に係る半導体装置の平面構造及び断面構造を示す図
【図６】従来の半導体装置の平面構造及び断面構造を示す図
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ  ヒューズ素子
２  配線
３、８  コンタクト窓
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  ヒューズ溶断用窓
５、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、７、９  ダミーパターン
１１  半導体基板
１２、１３、１４  層間絶縁膜
【図１】
0004399970.tif 000002
【図２】
0004399970.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004399970.tif 000005
【図５】
0004399970.tif 000006
【図６】
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