(57)【要約】【課題】パッシベーション膜を破壊することなく、レーザビームによって半導体装置に含まれるヒューズ素子を切断する。【解決手段】下部電極１１と、上部電極１２と、下部電極１１と上部電極１２とを接続するヒューズ素子２０とを備える。ヒューズ素子２０の高さＨは、照射するレーザビームの焦点深度ＤＯＦよりも大きく、ヒューズ素子２０の径Ｄは、レーザビームの回折限界ＤＬよりも小さい。このように、本発明では、上下に長いヒューズ素子を用いていることから、レーザビームのエネルギーを効率よく吸収することができる。また、焦点深度の小さい光学系を用いてヒューズ素子を切断できることから、ヒューズ素子の上下に位置する部材に与えるダメージが非常に小さくなる。そのため、パッシベーション膜を破壊することなくヒューズ素子を切断することが可能となる。【選択図】図３
2007207809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の配線層に設けられた下部電極と、前記第１の配線層よりも上層に位置する第２の配線層に設けられた上部電極と、前記下部電極と前記上部電極とを接続するヒューズ素子とを備え、前記ヒューズ素子の高さが前記ヒューズ素子の径の３倍以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ヒューズ素子の前記高さが１μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ヒューズ素子の前記径が３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ヒューズ素子を複数備え、隣接するヒューズ素子間の距離が前記ヒューズ素子の前記高さよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
第１の配線層に設けられた下部電極と、前記第１の配線層よりも上層に位置する第２の配線層に設けられた上部電極と、前記下部電極と前記上部電極とを接続する複数のヒューズ素子とを備え、隣接する前記ヒューズ素子間の距離が前記ヒューズ素子の高さよりも小さいことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
第１の配線層に設けられた下部電極と、前記第１の配線層よりも上層に位置する第２の配線層に設けられた上部電極と、前記下部電極と前記上部電極とを接続するヒューズ素子とを備え、前記ヒューズ素子の高さが照射すべきレーザビームの焦点深度よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
前記ヒューズ素子の径が前記レーザビームの回折限界よりも小さいことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
レーザー照射により切断可能な複数のヒューズ素子と、少なくとも前記複数のヒューズ素子を覆う領域において破れのない連続的なパッシベーション膜とを備え、前記複数のヒューズ素子の少なくとも一部は、レーザー照射によって切断されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
前記ヒューズ素子が中空部分を有する筒型形状を有していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記ヒューズ素子は、前記下部電極側に位置する第１の筒状部分と、前記上部電極側に位置する第２の筒状部分とを含んでおり、前記第２の筒状部分の下端部における径が前記第１の筒状部分の上端部における径よりも小さいことを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第１の筒状部分が設けられた層を構成する絶縁材料と、前記第２の筒状部分が設けられた層を構成する絶縁材料とは、異なる材料であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第１の配線層よりも下層に位置する第３の配線層に設けられ、前記ヒューズ素子の下方に位置する配線をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記第２の配線層よりも上層に位置する第４の配線層に設けられ、前記ヒューズ素子の上方に位置する配線をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
焦点深度がヒューズ素子の高さよりも小さく、且つ、回折限界が前記ヒューズ素子の径よりも大きいレーザビームを照射することを特徴とするヒューズ素子の切断方法。
【請求項１５】
前記焦点深度が前記ヒューズ素子の前記高さの半分以下であることを特徴とする請求項１４に記載のヒューズ素子の切断方法。
【請求項１６】
中空部分を有する筒状のヒューズ素子に対し、軸方向からレーザビームを照射することを特徴とするヒューズ素子の切断方法。
【請求項１７】
前記ヒューズ素子の上部に位置するパッシベーション膜を実質的に破壊することなく、前記ヒューズ素子を切断することを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載のヒューズ素子の切断方法。
【請求項１８】
前記レーザビームを集束させる対物レンズと前記パッシベーション膜との間に液体を介在させながら前記レーザビームを照射することを特徴とする請求項１７に記載のヒューズ素子の切断方法。
【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、レーザビームの照射によって切断可能なヒューズ素子を有する半導体装置に関する。また、本発明はヒューズ素子の切断方法に関し、特に、レーザビームの照射によるヒューズ素子の切断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）に代表される半導体記憶装置の記憶容量は、微細加工技術の進歩により年々増大しているが、微細化が進むに連れ、１チップ当たりに含まれる欠陥メモリセルの数もますます増大しているというのが実情である。このような欠陥メモリセルは、通常、冗長メモリセルに置き換えられ、これによって欠陥のあるアドレスが救済される。
【０００３】
一般に、欠陥のあるアドレスは、複数のヒューズ素子を含むプログラム回路に記憶される。そして、欠陥のあるアドレスに対してアクセスが要求されると、上記プログラム回路によってこれが検出され、その結果、欠陥メモリセルではなく冗長メモリセルに対して代替アクセスが行われることになる。プログラム回路の構成としては、特許文献１に記載されているように、記憶すべきアドレスを構成する各ビットに対して一対（２つ）のヒューズ素子を割り当て、そのいずれか一方を切断することによって所望のアドレスを記憶する方式が知られている。
【０００４】
また、特許文献２に記載されているように、記憶すべきアドレスを構成する各ビットに対して１つのヒューズ素子を割り当てる方式も知られている。この方式では、一つのヒューズ素子を切断するか否かによって１ビットを記憶することができるため、ヒューズ素子の数を大幅に削減することが可能となる。
【０００５】
ヒューズ素子の切断方法としては、大きく分けて、大電流によって溶断する方法（特許文献３，４参照）と、レーザビームの照射によって破壊する方法（特許文献５，６参照）の２通りの方法が知られている。前者の方法は、レーザートリマーなどの高価な装置が不要であるとともに、ヒューズ素子が正しく切断されたか否かを簡単に自己診断できるなどの利点を有している。しかしながら、この方法を用いるためには、半導体装置の内部にヒューズ切断回路や診断回路を組み込んでおく必要があり、これによりチップ面積の増大をもたらすという問題がある。
【０００６】
これに対し、レーザビームの照射によって破壊する方法は、半導体装置の内部にヒューズ切断回路などを組み込んでおく必要がないため、チップ面積を縮小することができる。しかしながら、この方法では、レーザビームの照射によってパッシベーション膜が破壊されてしまうことから、ここから水分などが侵入し、半導体装置の信頼性を低下させる原因となることがあった。
【０００７】
また、レーザビームの照射によってヒューズ素子を破壊する方法では、破壊されたパッシベーション膜やヒューズ素子などの材料が飛散し、レーザビームを集束させるための対物レンズに付着するという問題もあった。飛散物の付着を防止するためには、焦点距離がある程度大きな光学系を用いることにより、対物レンズと半導体装置との距離を離せばよいが、このような光学系では対物レンズの開口数（ＮＡ）を必然的に小さくする必要がある。その結果、焦点深度が大きくなり、切断すべきヒューズ素子のみならず、その上下に位置する部材にも高密度なエネルギーが加わってしまうため、ヒューズ素子の直上や直下に配線やトランジスタなどを配置することができなかった。
【０００８】
しかも、レーザビームが照射されたパッシベーション膜には、クレーター状に広がる穴が形成されることから、クレーターやこれによって生じるヒビなどが他のヒューズ素子に及ばないよう、隣接するヒューズ素子間の距離を十分に離して配置する必要がある。このため、ヒューズ素子の配置密度を高めることは困難であった。
【特許文献１】特開平９−６９２９９号公報
【特許文献２】特開平６−１１９７９６号公報
【特許文献３】特開２００５−１３６０６０号公報
【特許文献４】特表２００３−５０１８３５号公報
【特許文献５】特開平７−７４２５４号公報
【特許文献６】特開平９−３６２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、レーザビームの照射によってヒューズ素子を破壊する方法は、チップ面積の縮小に有利であるが、パッシベーション膜など、ヒューズ素子の直上や直下に存在する部材に強いダメージが加わるなど、種々の問題があった。
【００１０】
本発明は、このような問題を解決すべくなされたものであって、レーザビームの照射によって切断可能なヒューズ素子を有する、改良された半導体装置及び改良されたヒューズ素子の切断方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、パッシベーション膜を破壊することなくレーザビームによってヒューズ素子を切断可能な半導体装置及びヒューズ素子の切断方法を提供することである。
【００１２】
また、本発明のさらに他の目的は、ヒューズ素子の直上や直下に存在する部材に加わるダメージを低減可能な半導体装置及びヒューズ素子の切断方法を提供することである。
【００１３】
また、本発明のさらに他の目的は、開口数の大きい対物レンズを用いてヒューズ素子を切断可能な半導体装置及びヒューズ素子の切断方法を提供することである。
【００１４】
また、本発明のさらに他の目的は、隣接するヒューズ素子間の距離を縮小可能な半導体装置及びヒューズ素子の切断方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一側面による半導体装置は、第１の配線層に設けられた下部電極と、第１の配線層よりも上層に位置する第２の配線層に設けられた上部電極と、下部電極と上部電極とを接続するヒューズ素子とを備え、ヒューズ素子の高さがヒューズ素子の径の３倍以上であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の一側面によるヒューズ素子の切断方法は、焦点深度がヒューズ素子の高さよりも小さく、且つ、回折限界がヒューズ素子の径よりも大きいレーザビームを照射することを特徴とする。
【００１７】
尚、本発明において「ヒューズ素子の高さ」とは、半導体装置の主面と直交する方向におけるヒューズ素子の長さを指し、「ヒューズ素子の径」とは、半導体装置の主面と平行な方向におけるヒューズ素子の長さを指す。また、ヒューズ素子の径が一定でない場合には平均径を指す。
【００１８】
本発明において、ヒューズ素子は中空部分を有する筒型形状であることが好ましい。これによれば、レーザビームの照射によるヒューズ素子の切断をより確実に行うことが可能となる。本発明において、「筒型形状」とは円筒形及び角筒径などを含む概念である。また、その内径や外形が高さ方向に一定である必要はない。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、上下に長いヒューズ素子によってレーザビームのエネルギーを効率よく吸収することができるため、ヒューズ素子の高さよりも焦点深度の小さい光学系を用いてヒューズ素子を切断すれば、ヒューズ素子の上下に位置する部材に与えるダメージは非常に小さくなる。また、焦点深度の小さい光学系を用いると、上下方向における焦点位置のマージンが減少するが、本発明によるヒューズ素子は縦長であることから、上下方向における焦点位置のマージンを十分に確保することも可能となる。特に、近年の半導体ウエハーの大型化によって半導体ウエハーの反りが慢性的に生じ、上下方向における焦点位置のズレが非常に生じやすくなっているが、本発明によれば、半導体ウエハーの反りに起因する焦点位置のズレについても縦長のヒューズ素子によって解消することが可能となる。
【００２０】
さらに、このような光学系では、開口数の大きい対物レンズが用いられるため、パッシベーション膜に加わるエネルギー密度は従来よりも非常に小さくなる。その結果、パッシベーション膜を破壊することなく、ヒューズ素子を切断することが可能となる。
【００２１】
また、ヒューズ素子の上下に加わるダメージも非常に小さいことから、ヒューズ素子の上下に配線やトランジスタなどを配置することも可能となる。しかも、開口数の大きな対物レンズの使用により、焦点から外れた位置のビームスポットが従来よりもかなり大きくなることから、隣接するヒューズ素子間の距離を大幅に狭くすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の好ましい実施形態による半導体装置に含まれるヒューズ素子の構造を示す略断面図である。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態による半導体装置は、下部電極１１と、上部電極１２と、下部電極１１と上部電極１２とを接続するヒューズ素子２０とを備えている。下部電極１１と上部電極１２は、互いに異なる配線層に形成された電極であり、したがって、これらを接続するヒューズ素子２０は、下部電極１１と上部電極１２を分離する絶縁膜３１，３２の合計厚さに等しい高さを有している。
【００２５】
下部電極１１は、絶縁膜４０に設けられたスルーホール電極４１を介して、半導体基板５０に設けられた拡散層５１に接続されている。特に限定されるものではないが、下部電極１１の材料としては、タングステン（Ｗ）などを用いることが好ましい。
【００２６】
上部電極１２は、例えば最上層の配線であり、パッシベーション膜６０によって覆われている。特に限定されるものではないが、上部電極１２の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）などを用いることが好ましい。
【００２７】
ヒューズ素子２０は、図１に示すように中空部分２０ａを有する筒型形状を有している。中空部分２０ａには、成膜に用いたガスなどの気体が閉じ込められている。このような形状を有するヒューズ素子２０の形成方法については後述する。
【００２８】
図１に示すように、ヒューズ素子２０の高さＨは径Ｄよりも十分に大きく、具体的には３倍以上、好ましくは５倍以上、より好ましくは１０倍〜２０倍程度に設定される。詳細については後述するが、このような縦長の形状としているのは、照射されるレーザビームのエネルギーを効率よく吸収するとともに、上下方向における焦点位置のマージンを十分に確保するためである。
【００２９】
ヒューズ素子２０の高さＨの具体的な数値については特に限定されるものではないが、照射すべきレーザビームの焦点深度よりも大きいことが好ましく、焦点深度の２倍以上であることがより好ましい。これによれば、レーザビームの焦点が上下方向に多少ずれたとしても、焦点がヒューズ素子２０を外しにくくなる。また、これによれば、照射したレーザビームのエネルギーのうち、ヒューズ素子２０の下方に漏れ出す成分を大幅に低減することが可能となる。
【００３０】
焦点深度（ＤＯＦ）は、照射するレーザビームの波長をλとし、レーザビームを収束する対物レンズの開口数をＮＡとした場合、次式（１）で表すことができる。
【００３１】
【数１】
2007207809.tif 000003
【００３２】
したがって、照射するレーザビームの波長を３００ｎｍとし、対物レンズの開口数を０．５４８とすれば、焦点深度（ＤＯＦ）は１μｍ弱となる。このような光学系を使用してヒューズ素子２０を切断する場合には、ヒューズ素子２０の高さＨを１μｍ以上とすればよい。この場合、ヒューズ素子２０の高さＨを３μｍ程度とすることが好ましい。
【００３３】
一方、ヒューズ素子２０の径Ｄの具体的な数値についても特に限定されるものではないが、照射すべきレーザビームの回折限界よりも小さいことが好ましいく、回折限界の半分以下であることがより好ましい。これによれば、ヒューズ素子２０の切断をより確実に行うことができるとともに、ヒューズ素子２０の実装密度を高めることが可能となる。
【００３４】
ヒューズ素子２０の径Ｄを回折限界よりも小さく設定すると、ヒューズ素子２０に照射されない成分がヒューズ素子２０の下方に漏れるが、レーザビームの強度はガウシアン分布を有しており、中心部ほど強度が高いことから、漏れ出す周縁部のエネルギーはそれほど強くない。しかも、上述の通り、ヒューズ素子２０は縦方向に長い形状を有しており、エネルギーの大部分がヒューズ素子２０に吸収されることから、ヒューズ素子２０の下方に漏れ出す成分は結果的に非常に少なくなる。
【００３５】
回折限界（ＤＬ）は、照射するレーザビームの波長をλとし、レーザビームを収束する対物レンズの開口数をＮＡとした場合、次式（２）で表すことができる。
【００３６】
【数２】
2007207809.tif 000004
【００３７】
したがって、上記と同様、照射するレーザビームの波長を３００ｎｍとし、対物レンズの開口数を０．５４８とすれば、回折限界（ＤＬ）は約３３０ｎｍとなる。このような光学系を使用してヒューズ素子２０を切断する場合には、ヒューズ素子２０の径Ｄを３００ｎｍ以下とすればよい。この場合、ヒューズ素子２０の径Ｄを２００ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００３８】
特に限定されるものではないが、ヒューズ素子２０の材料としては、タングステン（Ｗ）を用いることが好ましい。これは、タングステン（Ｗ）が筒型形状を形成する導電材料として優れているからであり、また、タングステン（Ｗ）は紫外線領域の光の吸収率が高いからである。
【００３９】
図１に示すように、ヒューズ素子２０は、下部電極１１側に位置する絶縁膜３１と、上部電極１２側に位置する絶縁膜３２を貫通して設けられており、絶縁膜３１を貫通する第１の筒状部分２１と、絶縁膜３２を貫通する第２の筒状部分２２を含んでいる。そして、本実施形態では、第２の筒状部分２２の下端部における径ｄ２２が第１の筒状部分２１の上端部における径ｄ２１よりも小さく設定されている。詳細については後述するが、このような形状としているのは、成膜時における第１の筒状部分２１の成長を抑制し、中空部分２０ａを形成するためである。
【００４０】
図２は、ヒューズ素子２０を用いたプログラム回路の一例を示す回路図である。
【００４１】
図２に示すプログラム回路７０は、電源電位ＶＤＤと接地電位ＧＮＤ間に直列接続されたヒューズ素子２０及びＮチャンネルＭＯＳトランジスタ７１と、同じく電源電位ＶＤＤと接地電位ＧＮＤ間に直列接続されたＰチャンネルＭＯＳトランジスタ７２及びＮチャンネルＭＯＳトランジスタ７３とを備えており、ヒューズ素子２０とトランジスタ７１との接続点Ａがトランジスタ７２，７３のゲート電極に共通接続され、トランジスタ７２とトランジスタ７３との接続点Ｂ（出力端）がトランジスタ７１のゲート電極に接続された構成を有している。
【００４２】
かかる構成により、ヒューズ素子２０が切断されている場合には、接続点Ａの電位がローレベルとなることから、出力端である接続点Ｂはトランジスタ７２を介して電源電位ＶＤＤに接続されるので、出力ｏｕｔはハイレベルに固定される。逆に、ヒューズ素子２０が切断されていない場合には、接続点Ａの電位がハイレベルとなることから、出力端である接続点Ｂはトランジスタ７３を介して接地電位ＧＮＤに接続されるので、出力ｏｕｔはローレベルに固定される。
【００４３】
したがって、ヒューズ素子２０を用いてこのようなプログラム回路７０を構成すれば、ヒューズ素子２０が切断されているか否かによって出力ｏｕｔの論理値が決まることから、このようなプログラム回路７０を複数個用いれば、例えば欠陥アドレスを記憶させることが可能となる。
【００４４】
ヒューズ素子２０の切断は、パッシベーション膜６０を介してレーザビームを照射することにより行う。つまり、中空部分２０ａを有する筒状のヒューズ素子２０に対し、軸方向からレーザビームを照射する。
【００４５】
図３は、レーザビームによるヒューズ素子２０の切断方法を説明するための模式図である。尚、図３において、符号Ｌ０はレーザビームの本来のビーム径を指し、符号Ｌ１はレーザビームの実際のビーム径を指す。ここで、「本来のビーム径」とは、レーザビームをヒューズ素子２０に照射しない場合のビーム径をいい、「実際のビーム径」とは、レーザビームをヒューズ素子２０に照射した場合のビーム径をいう。
【００４６】
レーザビームは図示しない対物レンズによって、ヒューズ素子２０が形成された領域にて集束される。但し、レーザビームの回折限界は、式（１）によって決まり、上述の通り、レーザビームの波長が３００ｎｍ、対物レンズの開口数が０．５４８であれば、回折限界（ＤＬ）は約３３０ｎｍとなる。一方で、ヒューズ素子２０の径Ｄは、位相シフトマスクなどを用いた超解像技術によって、露光波長の１／４サイズの微細化を実現することが可能である。したがって、図３に示すように、ヒューズ素子２０にレーザビームを集束させても、ヒューズ素子２０に照射されない成分がヒューズ素子２０の下方に漏れ出すことになる。
【００４７】
しかしながら、焦点深度ＤＯＦがヒューズ素子２０の高さ以下となる光学系、好ましくは、焦点深度ＤＯＦがヒューズ素子２０の高さの半分以下となる光学系を使用すれば、強度の強いビーム中心のエネルギーがヒューズ素子２０に吸収されるため、ヒューズ素子２０の下方に漏れ出すエネルギーは非常に少なくなり、図３に示す破線Ｌ１のように、非常に細くて弱いビームだけがヒューズ素子２０の下方に漏れることになる。
【００４８】
下方に漏れ出すレーザビームのエネルギーは、ヒューズ素子２０の高さＨが大きいほど弱くなり、具体的には、ヒューズ素子２０の高さＨが径Ｄの３倍以上であれば、有効な減衰量を確保することができる。特に、ヒューズ素子２０の高さＨを径Ｄの５倍以上に設定すれば、レーザビームの減衰は十分となり、ヒューズ素子２０の高さＨを径Ｄの１０倍〜２０倍程度に設定すれば、レーザビームの減衰はより十分となる。但し、ヒューズ素子２０の高さＨと径Ｄとの比を極端に大きくすると、アスペクト比が大きくなり過ぎるため、ヒューズ素子２０の作成が困難となる。
【００４９】
ヒューズ素子２０にレーザビームを照射すると、ヒューズ素子２０の筒型構造が崩れ、図４に示すように、ヒューズ素子２０が上下に分離する。これにより、下部電極１１と上部電極１２が絶縁されることになる。
【００５０】
ヒューズ素子２０の切断をより確実にするためには、中空部分２０ａの体積が十分に大きいことが好ましく、具体的には、ヒューズ素子２０の体積以上であることが好ましい。これは、中空部分２０ａの体積が大きいほど、レーザビームの照射によってヒューズ素子２０が潰れた際、ヒューズ素子２０が上下に分離しやすくなるからである。また、中空部分２０ａの体積が大きいと、レーザビームの照射によって瞬間的な体積膨張が生じても、これによるストレスが中空部分２０ａによって緩和されることから、絶縁膜３１，３２などにヒビが生じにくくなる。
【００５１】
このように、本実施形態による半導体装置では、ヒューズ素子２０に中空部分２０ａが設けられていることから、レーザビームを照射した場合、ヒューズ素子２０の周囲に大きなダメージを与えることなく、ヒューズ素子２０だけを選択的に内部破壊することが可能となる。
【００５２】
しかも、本実施形態による半導体装置では、ヒューズ素子２０の高さＨがレーザビームの焦点深度ＤＯＦよりも大きいことから、照射されるレーザビームのエネルギーを効率よく吸収することができる。このことは、照射するレーザビームのパワーを、従来よりも大幅に小さくできることを意味する。しかも、ヒューズ素子２０の高さＨがレーザビームの焦点深度ＤＯＦよりも大きいために、上下方向における焦点位置のマージンを十分に確保することができる。このことは、開口数（ＮＡ）の大きい対物レンズの使用が可能であることを意味する。
【００５３】
つまり、本実施形態による半導体装置では、開口数の大きい対物レンズとパワーの弱いレーザビームを用いることによって、ヒューズ素子２０を切断することができるのである。このため、レーザビームのビームスポット内であっても、焦点位置から離れた領域ではエネルギー密度は急速に低くなる。その結果、図１に示すパッシベーション膜６０のように、ヒューズ素子２０よりも上方に位置する部材に加わるダメージや、半導体基板５０のようにヒューズ素子２０よりも下方に位置する部材に加わるダメージは、従来に比べて極めて少なくなる。
【００５４】
これにより、パッシベーション膜６０を実質的に破壊することなく、ヒューズ素子２０を切断することも可能となる。既に説明したように、トリミング時に生じたパッシベーション膜の破壊は、水分の侵入など半導体装置の信頼性を低下させる原因となることがあったが、本実施形態によれば、このような問題が解消され、半導体装置の信頼性を高めることが可能となる。しかも、パッシベーション膜が実質的に破壊されないことから、トリミング時に飛散物がほとんど発生しない。このため、対物レンズの開口数を大きく設定することにより焦点距離が短くなっても、対物レンズに飛散物が付着することはほとんど無い。
【００５５】
さらには、開口数の大きい対物レンズを用いていることから、パッシベーション膜６０の表面に塵などが付着している場合であっても、塵によって生じるレーザビームの減衰を抑制することも可能となる。つまり、図５（ａ）に示すように相対的に開口数の小さい対物レンズを用いた場合と、図５（ｂ）に示すように相対的に開口数の大きい対物レンズを用いた場合とでは、回折限界ＤＬが同じであっても、パッシベーション膜６０上におけるレーザビームＬの径は、図５（ａ）における径をＬａ、図５（ｂ）における径をＬｂとした場合、
Ｌａ＜Ｌｂ
となる。このため、パッシベーション膜６０に付着している塵６１のサイズが同じであっても、これによって生じるレーザビームＬの影６２ａ，６２ｂの関係は、
６２ａ＞６２ｂ
となり、相対的に開口数の大きい対物レンズを用いた場合の方が影が小さくなる。したがって、本実施形態のように開口数の大きい対物レンズを用いれば、塵６１の影響が低減されることになる。
【００５６】
また、本実施形態によれば、ヒューズ素子２０の下方や上方に位置する部材に加わるダメージが非常に小さいことから、ヒューズ素子２０の下方や上方に他の配線などを配置することも可能となる。
【００５７】
図６は、ヒューズ素子２０の下方に他の配線を配置した例を示す略断面図であり、図７は、ヒューズ素子２０の上方に他の配線を配置した例を示す略断面図である。
【００５８】
図６に示す例では、下部電極１１よりも下方に位置する配線層に配線８１が設けられており、ヒューズ素子２０を切断する際にレーザビームが配線８１に照射される可能性がある。しかしながら、開口数の大きい対物レンズを用いていることから、焦点位置から離れた領域のエネルギー密度は急速に低くなるため、配線８１が破壊されることはない。同様に、図７に示す例では、上部電極１２よりも上方に位置する配線層に配線８２が設けられているが、ヒューズ素子２０を切断する際にレーザビームが配線８２に照射されても、これが破壊されることはない。
【００５９】
尚、図６に示す配線８１や図７に示す配線８２の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、シリコン（Ｓｉ）などを用いることが好ましく、アルミニウム（Ａｌ）を用いることが特に好ましい。アルミニウム（Ａｌ）は、使用するレーザビームの波長領域である紫外線領域の光の吸収率が低く、このため、レーザビームが照射されても破壊されにくいからである。但し、本実施形態では、開口数の大きい対物レンズを使用していることから、チタン（Ｔｉ）やタングステン（Ｗ）など、アルミニウム（Ａｌ）よりも光の吸収率の高い材料を用いた場合であっても、レーザビームの照射による破壊を防止することは十分に可能である。
【００６０】
また、焦点位置から離れた領域のエネルギー密度が非常に低くなる点に着目すれば、隣接するヒューズ素子間の距離を従来よりも大幅に狭くすることも可能である。隣接するヒューズ素子間の具体的な距離については特に限定されないが、各ヒューズ素子２０の高さＨよりも小さくすることが十分に可能である。
【００６１】
図８は、複数のヒューズ素子２０を隣接して設けた例を示す略断面図である。
【００６２】
図８に示す例では、複数のヒューズ素子２０が一方向に配列されており、隣接するヒューズ素子間の距離Ｐがヒューズ素子２０の高さＨの半分以下に設定されている。一般的なレーザートリマーに用いられる光学系では、隣接するヒューズ素子間の距離を十分に離しておく必要があるが、本実施形態では、開口数の大きい対物レンズとパワーの弱いレーザビームを用いていることから、切断対象となるヒューズ素子２０に隣接する他のヒューズ素子２０にはほとんどダメージが加わることがなく、目的のヒューズ素子２０のみを選択的に正しく切断することが可能となる。
【００６３】
つまり、図９に示すように、所定のヒューズ素子２０に焦点が合うようレーザビームＬを照射した場合、他のヒューズ素子２０自体や、他のヒューズ素子２０に接続された上部電極１２などにもレーザビームＬが照射されることになるが、上述の通り、本実施形態では、開口数の大きい対物レンズとパワーの弱いレーザビームを用いていることから、焦点外のビームスポットのエネルギー密度は非常に低く、したがってこれらにダメージが加わることはほとんどない。また、パッシベーション膜６０に塵が付着している場合と同様、他のヒューズ素子２０に接続された上部電極１２などによってビームスポットに影が生じることになるが、これについても、開口数の大きい対物レンズを用いていることから、これによる減衰を十分に低減することが可能となる。
【００６４】
尚、レーザビームＬが上部電極１２などに照射されることによるエネルギーの減衰をより低減する必要がある場合には、上部電極１２が密集しているエリアをできるだけ避けるよう、軸方向に対してやや斜めにレーザビームＬを照射すればよい。
【００６５】
したがって、このようなヒューズ素子２０のアレイに対してレーザートリミングを行うと、図１０に示すように、例えば一部のヒューズ素子については切断されているものの、これらを覆うパッシベーション膜６０については、破れのない連続的な膜のままとすることが可能となる。
【００６６】
さらに、本実施形態では、パッシベーション膜６０が実質的に破壊されない点に着目すれば、いわゆる液浸法、つまり、対物レンズとパッシベーション膜６０との間に液体を介在させながらレーザビームを照射することが可能となる。これによれば、対物レンズの実効的な開口数をより高めることが可能となる。
【００６７】
つまり、開口数（ＮＡ）は、光路に存在する媒質の屈折率をｎとし、レーザビームの収束角をθとすれば、次式（３）によって与えられる。
【００６８】
【数３】
2007207809.tif 000005
【００６９】
通常のトリミングにおいては、媒質が空気であることから、ｎ＝１である。しかしながら、媒質として液体、例えばｎ＝１．４４である純水を用いれば、開口数が１．４４倍となる。これにより、ヒューズ素子２０の上下に位置する部材に加わるエネルギー密度がよりいっそう低くなるばかりでなく、照射するレーザビームのパワー自体についても、より低く設定することが可能となる。しかも、レーザビームの照射によって生じた熱が媒質である純水によって効率よく冷却されるため、ヒューズ素子２０近傍の部材に加わるダメージをより低減することも可能となる。
【００７０】
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について説明する。
【００７１】
図１１〜図１５は、本実施形態による半導体装置の好ましい製造方法を工程順に示す略断面図である。
【００７２】
まず、図１１に示すように、絶縁膜４０上に下部電極１１を形成した後、絶縁膜３１，３２をこの順に形成する。このとき、絶縁膜３１と絶縁膜３２とは、互いに異なる材料を選択する。例えば、絶縁膜３１の材料としてはシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を選択し、絶縁膜３２の材料としてはシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）を選択することができる。また、膜厚についても、絶縁膜３１の膜厚を相対的に厚く、絶縁膜３２の膜厚を相対的に薄く設定する。絶縁膜３１，３２の合計膜厚は、ヒューズ素子２０の高さＨを規定することから、これらの合計膜厚は１μｍ以上とすることが好ましく、３μｍ程度とすることがより好ましい。
【００７３】
次に、図１２に示すように、絶縁膜３２の表面にフォトレジスト３３を形成し、フォトリソグラフィー法によってこれをパターニングすることにより、ヒューズ素子２０を形成すべき領域の絶縁膜３２を露出させる。この状態で、絶縁膜３２，３１を連続的にエッチングする。エッチングの条件としては、絶縁膜３２に対するエッチングレートが相対的に小さく、絶縁膜３１に対するエッチングレートが相対的に大きい条件にて行う。このとき、下部電極１１に対するエッチングレートは十分に小さい必要があり、これにより、下部電極１１がエッチングストッパーとして機能する。
【００７４】
これにより、図１３に示すように、絶縁膜３１，３２には下部電極１１に達するスルーホール３１ａ，３２ａが形成される。このとき、絶縁膜３２のエッチングレートよりも絶縁膜３１のエッチングレートの方が大きいことから、スルーホール３２ａの下端部における径がスルーホール３１ａの上端部における径よりも小さくなる。つまり、絶縁膜３１と絶縁膜３２の境界部分においてくびれを有するオーバーハング形状が得られる。
【００７５】
次に、フォトレジスト３３を除去した後、図１４に示すように、ＣＶＤ法のようなカバレッジの優れた成膜方法を用いて、ヒューズ素子２０の材料となる導体を成長させる。例えば、ヒューズ素子２０の材料としてタングステン（Ｗ）を選択する場合には、原料ガスとして６フッ化タングステン（ＷＦ６）及び水素ガス（Ｈ２）を用いたプラズマＣＶＤ法を用いればよい。
【００７６】
これにより、スルーホール３１ａ，３２ａの内壁にはヒューズ素子２０の材料が堆積するが、スルーホール３１ａ，３２ａはオーバーハング形状を有しているため、図１５に示すように、スルーホール３１ａの内部が導体で充填される前に、原料ガスの入り口となるスルーホール３２ａが先に埋まってしまう。つまり、スルーホール３１ａには中空部分２０ａが残った状態となる。この中空部分には、原料ガスが閉じ込められた状態となる。或いは、スルーホール３２ａに僅かな隙間がある場合には、上記の原料ガスのほか、窒素ガス（Ｎ２）やアルゴンガス（Ａｒ）など、原料ガスを排出するためのキャリアガスが閉じ込められた状態となる。
【００７７】
その後は、絶縁膜３２の表面に形成された不要な導体を除去し、ヒューズ素子２０と接する上部電極１２を形成するとともに、上部電極１２を覆うパッシベーション膜６０を形成すれば、本実施形態による半導体装置が完成する。以上説明した方法によれば、中空部分２０ａを有するヒューズ素子２０を確実に形成することが可能となる。
【００７８】
尚、中空部分２０ａを有するヒューズ素子２０を形成する方法としては、上述した方法に限定されず、他の方法を用いることも可能である。例えば、図１６に示すように、スルーホール３１ａの内壁に、ＣＶＤ法などカバレッジの優れた成膜方法を用いてヒューズ素子２０となる導体を成長させた後、図１７に示すように、スパッタリング法などカバレッジの低い成膜方法を用いて別の導体２３を成長させることによって、ヒューズ素子２０を形成することも可能である。この場合は、絶縁膜３２は不要である。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態によれば、レーザビームのエネルギーがヒューズ素子２０によって効率よく吸収されるとともに、上下方向における焦点位置のマージンが十分に確保されることから、開口数の大きい対物レンズとパワーの弱いレーザビームを用いたトリミングが可能となる。
【００８０】
これにより、パッシベーション膜を実質的に破壊することなくレーザートリミングを行うことが可能となることから、パッシベーション膜の破壊に起因する信頼性の低下などを防止することが可能となる。しかも、トリミング時に飛散物がほとんど発生しないことから、対物レンズに飛散物が付着することがほとんど無くなる。
【００８１】
さらに、開口数の大きい対物レンズとパワーの弱いレーザビームを用いたトリミングが可能であることから、ヒューズ素子の下方や上方に他の配線などを配置することも可能となるばかりでなく、隣接するヒューズ素子間の距離を狭く設定することが可能となる。これらにより、集積密度を高めることも可能となる。
【００８２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００８３】
例えば、上記実施形態では、中空部分２０ａを有するヒューズ素子２０を用いているが、レーザートリミングによって下部電極１１と上部電極１２とを絶縁可能である限り、本発明においてこのような中空部分２０ａを設けることは必須でない。
【００８４】
また、上記実施形態では、スルーホール電極４１を介して下部電極１１が拡散層５１に接続されているが、拡散層５１自体を下部電極として用いても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の好ましい実施形態による半導体装置に含まれるヒューズ素子２０の構造を示す略断面図である。
【図２】ヒューズ素子２０を用いたプログラム回路７０の一例を示す回路図である。
【図３】レーザビームによるヒューズ素子２０の切断方法を説明するための模式図である。
【図４】切断されたヒューズ素子２０を示す略断面図である。
【図５】パッシベーション膜６０に付着した塵６１の影響を説明するための図であり、（ａ）は相対的に開口数の小さい対物レンズを用いた場合、（ｂ）は相対的に開口数の大きい対物レンズを用いた場合を示している。
【図６】ヒューズ素子２０の下方に配線８１などを配置した例を示す略断面図である。
【図７】ヒューズ素子２０の上方に配線８２を配置した例を示す略断面図である。
【図８】複数のヒューズ素子２０を隣接して設けた例を示す略断面図である。
【図９】切断対象となるヒューズ素子２０とは異なるヒューズ素子２０にレーザビームＬが照射される様子を示す図である。
【図１０】パッシベーション膜６０を実質的に破壊することなく、いくつかのヒューズ素子２０が切断された状態を示す図である。
【図１１】本発明の好ましい実施形態による半導体装置の製造方法の一工程（絶縁膜３１，３２の形成）を示す略断面図である。
【図１２】本発明の好ましい実施形態による半導体装置の製造方法の一工程（フォトレジスト３３の形成）を示す略断面図である。
【図１３】本発明の好ましい実施形態による半導体装置の製造方法の一工程（スルーホール３１ａ，３２ａの形成）を示す略断面図である。
【図１４】本発明の好ましい実施形態による半導体装置の製造方法の一工程（ヒューズ素子２０の形成開始直後）を示す略断面図である。
【図１５】本発明の好ましい実施形態による半導体装置の製造方法の一工程（ヒューズ素子２０の形成完了）を示す略断面図である。
【図１６】本発明の好ましい実施形態による半導体装置の他の製造方法の一工程（カバレッジの優れた成膜方法を用いたヒューズ素子２０の形成）を示す略断面図である。
【図１７】本発明の好ましい実施形態による半導体装置の他の製造方法の一工程（カバレッジの低い成膜方法を用いたヒューズ素子２０の形成）を示す略断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１１      下部電極
１２      上部電極
２０      ヒューズ素子
２０ａ    中空部分
２１      第１の筒状部分
２２      第２の筒状部分
２３      導体
３１，３２，４０    絶縁膜
３１ａ，３２ａ    スルーホール
３３      フォトレジスト
４１      スルーホール電極
５０      半導体基板
５１      拡散層
６０      パッシベーション膜
６１      塵
６２ａ，６２ｂ      影
７０      プログラム回路
７１〜７３    トランジスタ
８１，８２    配線
【図１】
2007207809.tif 000006
【図２】
2007207809.tif 000007
【図３】
2007207809.tif 000008
【図４】
2007207809.tif 000009
【図５】
2007207809.tif 000010
【図６】
2007207809.tif 000011
【図７】
2007207809.tif 000012
【図８】
2007207809.tif 000013
【図９】
2007207809.tif 000014
【図１０】
2007207809.tif 000015
【図１１】
2007207809.tif 000016
【図１２】
2007207809.tif 000017
【図１３】
2007207809.tif 000018
【図１４】
2007207809.tif 000019
【図１５】
2007207809.tif 000020
【図１６】
2007207809.tif 000021
【図１７】
2007207809.tif 000022