(57)【要約】【課題】正常な切断を実現できるレーザー光照射条件範囲を、従来のヒューズ層に比べて拡大することができるヒューズ層を有する半導体装置を提供する。【解決手段】層間絶縁膜３上に平行に配置された複数のヒューズ層５と、互いに隣接するヒューズ層５の間に、ヒューズ層５と平行に設けられたダミーヒューズ層１５とを備える。ヒューズ層５を切断するためのレーザー光照射の際、ダミーヒューズ層１５が横方向へ拡散する熱エネルギーを吸収するため、隣り合うヒューズ層５へのダメージを抑制することができる。また、ヒューズ層５が密集して配置された状況下であっても、レーザー光のエネルギーやビーム径を大きくすることが可能となるため、ヒューズ層を安定して切断することが可能になる。【選択図】図２
2009064893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路構成変更のために、レーザー光を照射して切断処理が行われる線状のヒューズ層が、半導体基板上に複数配置された半導体装置であって、
絶縁膜上に平行に配置された複数のヒューズ層と、
互いに隣接する前記ヒューズ層間に、前記ヒューズ層と平行に設けられた線状の導電体と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ヒューズ層および前記導電体が、前記絶縁膜上に堆積された同一の導電膜から形成された請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ヒューズ層および前記導電体が、下層から順に、
高融点金属膜、高融点金属の窒化物膜またはそれらの積層膜のいずれかと、
アルミ合金膜と、
高融点金属膜、高融点金属の窒化物膜またはそれらの積層膜のいずれかと、
が積層された構造を有する請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記導電体の線幅が、前記ヒューズ層の線幅以上である、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ヒューズ層および前記導電体の線長が、ヒューズ層切断の際に照射されるレーザー光の直径よりも大きい、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
回路構成変更のために、レーザー光を照射して切断処理が行われる線状のヒューズ層が、半導体基板上に複数配置された半導体装置であって、
第１の絶縁膜上に形成された第１の導電体と、
前記第１の導電体を被覆する第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に平行に配置された複数のヒューズ層と、
互いに隣接する前記ヒューズ層間に、前記ヒューズ層と平行に設けられた線状の第２の導電体と、
前記第２の絶縁膜を貫通し、前記第１の導電体と前記第２の導電体とを接続する第３の導電体と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
前記ヒューズ層および前記第２の導電体が、前記第２の絶縁膜上に堆積された同一の導電膜から形成された請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第１の導電体が、前記第１の絶縁膜上に形成される他の配線を形成するために第１の絶縁膜上に堆積される導電膜から形成され、前記第３の導電体が、前記第２の絶縁膜を貫通して形成される他の導電体プラグを形成するために、貫通孔が形成された第２の絶縁膜上に堆積された導電膜から形成された請求項６または７記載の半導体装置。
【請求項９】
前記ヒューズ層および前記第２の導電体が、下層から順に、
高融点金属膜、高融点金属の窒化物膜またはそれらの積層膜のいずれかと、
アルミ合金膜と、
高融点金属膜、高融点金属の窒化物膜またはそれらの積層膜のいずれかと、
が積層された構造を有する請求項６から８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第２の導電体の線幅がヒューズ層の線幅以上である請求項６から９のいずれか１項に５記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第３の導電体の線幅が、前記第２の導電体の線幅以下である請求項６から１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第３の導電体が、前記第２の絶縁膜に形成された貫通孔に、下層から順に、
高融点金属膜、高融点金属の窒化物膜またはそれらの積層膜のいずれかと、
タングステン膜と、
が積層された構造を有する請求項６から１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記第１の導電体が、下層から順に、
高融点金属膜、高融点金属の窒化物膜またはそれらの積層膜のいずれかと、
アルミ合金膜と、
高融点金属膜、高融点金属の窒化物膜またはそれらの積層膜のいずれかと、
が積層された構造を有する請求項６から１２のいずれか１項に記載の半導体装置。
【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、回路構成変更のために、レーザー光で切断されるヒューズを備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メモリセルを備える半導体集積回路装置（以下、半導体装置という。）は、メモリセルアレイ中に１個の欠陥メモリセルが存在すると、半導体装置全体が使用できなくなる。このような半導体装置を救済するため、メモリセルを備える半導体装置は、冗長メモリセル（冗長回路）を備えている。冗長メモリセルは、欠陥メモリセルと回路上で置換可能に構成されている。
【０００３】
欠陥メモリセルから冗長メモリセルへの切り替えは、アドレス切り替え回路中のヒューズ層にレーザー光を照射し、所定のヒューズ層を切断することによって行われる。以下、特許文献１に掲載されている技術を、図１２を参照して説明する。図１２は、冗長メモリセルを有する半導体装置の一例である、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）の概略構成を示す模式図である。
【０００４】
図１２に示すように、ＤＲＡＭを構成するメモリセルアレイでは、ロウデコーダ１０１からワードドライバ１０２を介してワード線ＷＬが行方向に延びている。また、コラムデコーダ１０３からビット線ＢＬが列方向に延びている。これらのワード線ＷＬとビット線ＢＬは互いに交差する状態で配置されている。メモリセルＭＣは、ワード線ＷＬとビット線ＢＬとの各交点に設けられる。
【０００５】
ワード線ＷＬの外側には、スペアデコーダ１０４からスペアワードドライバ１０５を介してスペアワード線ＳＷＬが行方向に延びている。スペアワード線ＳＷＬと各ビット線ＢＬとの各交点にはスペアメモリセルＳＭＣが設けられている。このスペアメモリセルＳＭＣ、スペアデコーダ１０４およびスペアワードドライバ１０５が冗長回路を構成している。スペアデコーダ１０４には、不良アドレス比較回路１０６が接続されており、この不良アドレス比較回路１０６内にヒューズ層が形成されている。このヒューズ層を選択的に切断することにより欠陥メモリセルを含むメモリ回路（ここでは、同一のワード線により連結されたメモリセル群）から、冗長回路への切り替えが行われる。なお、不良アドレス比較回路１０６には、ロウアドレスが入力される。
【０００６】
図１３は、上記のような構成を有するＤＲＡＭのヒューズ層およびその近傍の構造を示す断面図である。ＤＲＡＭは、各種回路素子、メモリ素子およびこれらの素子を互いに接続する配線を備えている。この配線は、通常、多層構造配線として構成されている。上述したように、ヒューズ層はレーザー光を照射することにより切断される。このようなヒューズ層の切断を容易にするため、ヒューズ層は、通常、最上位の配線層として形成される。図１３では、最上位の配線層５（ヒューズ層を含む）とその下層の配線層２および下層の配線層２の下地に形成された下地絶縁層１を示している。なお、下地絶縁層１の下層には、種々の回路素子や配線が形成されている。
【０００７】
図１３に示すように、下地絶縁層１上には、下層配線層２が形成されている。下層配線層２上には、下層配線層２と最上位配線層５とを絶縁するためシリコン酸化膜などからなる層間絶縁層３が形成されている。層間絶縁層３には、層間絶縁層３を貫通し、下層配線層２と最上位配線層５とを接続するプラグ電極４が形成されている。ここで、最上位配線層５には、半導体装置の内部回路を構成する配線層、半導体装置外部との接続用電極として用いるパッドおよびヒューズ層が含まれる。このように、ヒューズ層は、最上位の配線層を形成する加工工程、すなわち、内部回路の最上位の配線層やパッドと同一の加工工程において形成される。
【０００８】
また、最上位配線層５上には、最上位配線層５に属する各配線の間を完全に充填する絶縁層６で被覆されている。さらに、外部から侵入する水分や汚染物などから最上位の配線層を保護するため、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などからなる最終保護膜７で被覆されている。
【０００９】
このような構造を有するヒューズ層の切断は、上述のように、レーザー光が使用される。このレーザー光照射によるヒューズ切断を容易にするため、ヒューズ層上の、絶縁層６および最終保護膜７は選択的に除去されている。例えば、ヒューズ層上に薄い絶縁層６が残った構造またはヒューズ層が露出した構造が採用されている。
【００１０】
以下、レーザー光によってヒューズ層が切断される原理について説明する。レーザー光がヒューズ層に照射されると、レーザー光がヒューズ層に吸収され、ヒューズ層が加熱される。その結果、ヒューズ層は溶解、気化されて切断され、ヒューズ層上に位置する絶縁層はその過程で吹き飛ばされる。ヒューズ層が切断されると、アドレス切り替え回路（図１２参照）が欠陥メモリセルをスペアメモリセルＳＭＣへ切り替える。この結果、不良メモリチップが正常動作可能なメモリチップになり、半導体装置が救済される。
【００１１】
以上のようなヒューズ層の切断を行う場合、レーザー光の照射条件を適切に設定する必要がある。例えば、レーザー光のエネルギーが小さい場合やレーザー光のビーム径が小さい場合、ヒューズ層を正常に切断することができない。ヒューズ層が切断されなかった場合、ヒューズ層の両端に連結されている回路は、電気的に接続されたままの状態（ショート）になり、スペアメモリセルＳＭＣへの切り替えができない。
【００１２】
逆に、レーザー光のエネルギーが大きい場合やレーザー光のビーム径が大きい場合、切断すべきヒューズ層だけでなく、当該ヒューズ層と隣り合うヒューズ層にダメージを与えてしまう。ここで、ダメージとは、切断や、一部溶解による高抵抗化等である。この場合も、正常なアドレス切り替えを行うことができなくなる。
【００１３】
また、レーザー光の適切な照射条件は、ヒューズ層上に形成されている絶縁層６の膜厚に依存して大きく変動する。したがって、ヒューズ層を安定して切断するためには、レーザー光のエネルギーおよびビーム径をヒューズ層上の絶縁層の膜厚に応じて適切に設定することだけでなく、レーザー光のエネルギーのバラツキ、ビーム径のバラツキおよびヒューズ層上の絶縁層膜厚のバラツキを抑制することが重要になる。以下の特許文献２〜４は、安定したヒューズ層の切断に関する技術を開示している。
【００１４】
特許文献２は、配線幅方向で複数列に設けられたヒューズ層を直列接続した構造を開示している。これにより、レーザー光のエネルギー、ビーム径のバラツキ、レーザー光のアライメントずれ等が生じた場合にもヒューズ層を確実に切断することができるとされている。
【００１５】
特許文献３は、複数並列に密集して形成されたヒューズ層において、ヒューズ層周辺に島状の領域（ヒューズ層と同じ材質で構成）を複数形成した構造を開示している。本構成では、レーザー光照射時にヒューズ層周辺の島状領域の飛び散った痕跡をモニターすることにより、レーザー光照射装置のバラツキを低減し、安定して稼動させることができるとされている。
【００１６】
特許文献４は、配線方向に交差する方向の両端部の位置が高く、かつ中央に向かって低くなるような形状としたヒューズ層を開示している。このヒューズ層上面の湾曲形状により、レーザー光照射時にヒューズ層のエネルギー吸収率を増加させることができるとともに、エネルギーの分散を抑制でき、切断すべきヒューズ層の確実な切断と隣り合うヒューズ層へのダメージを抑制できるとされている。
【００１７】
また、上記特許文献１は、複数並列に密集して形成されるヒューズ層において、両端のヒューズ層の外側にダミーヒューズ層を形成する構成を開示している。本構成によれば、ヒューズ層の配線パターン転写時に配線密度が粗い面に生じる配線パターンの断面形状の変形を防止でき、レーザー光照射時に、全ヒューズ層を安定して切断できるとされている。
【特許文献１】特開２０００−１２６９１号公報
【特許文献２】特開平４−３６３０４９号公報
【特許文献３】特開平２−３０２０５９号公報
【特許文献４】特開２０００−３４０６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、Ｆｌａｓｈメモリなど、メモリセルアレイを有する半導体装置の高集積化により、ヒューズ層を有する冗長回路が多用されている。それに伴い、複数のヒューズ層が密集して形成されることが多くなっている。すなわち、複数のヒューズ層が微細な間隔で配列されるようになっている。図１４は、微細な間隔で配置された従来のヒューズ層の構造を示す平面図であり、図１５は、図１４のＡ−Ａ線における要部断面図である。
【００１９】
図１４および図１５に示すように、冗長救済を行うために使用する最上位配線層５（以下、ヒューズ層５という）は、層間絶縁膜３上に形成されている。各ヒューズ層５の両端には、下層配線層２がプラグ電極４を介して接続されている。なお、図１４では、ヒューズ層５よりも上層に形成されている絶縁層６の記載を省略し、最終保護膜７の開口端を破線で示している。また、プラグ電極４は、ヒューズ層５よりも下層に形成されるため、平面図では不可視であるが、図１４では、下層配線層２とヒューズ層５との接続部を明確に示すため図示している。
【００２０】
また、図１６は、レーザー光照射により切断された図１４のヒューズ層を拡大して示す平面図であり、図１７は、図１６のＢ−Ｂ線における要部断面図である。
【００２１】
上述のように、冗長救済を行うために使用する最上位配線層５（以下、ヒューズ層５という）の切断は、レーザー光照射により行われる。図１４および図１５に示すヒューズ層５を切断する場合、図１６および図１７に示すように、切断対象のヒューズ層５１にレーザー光８が照射される。このとき、レーザー光８はヒューズ層５に吸収される。これにより、切断対象のヒューズ層５１は加熱されて、溶解、気化し、絶縁層６を押し上げて吹き飛ばす。その結果、図１６および図１７に示すようなヒューズ切断痕９が形成される。そして、切断対象のヒューズ層５１は完全に蒸発し、切断される。
【００２２】
しかしながら、レーザー光８のエネルギーが大きい場合やレーザー光８のビーム径が大きい場合には、レーザー光８の熱エネルギー１０は、切断対象のヒューズ層５１の周辺にも拡散する。この結果、切断対象のヒューズ層５１と隣り合うヒューズ層５２（以下、隣接ヒューズ層５２という。）にも熱エネルギー１０が付与されて隣接ヒューズ層５２が加熱される。このとき、熱エネルギー１０が大きいと、隣接ヒューズ層５２が溶解し、ダメージ１１が発生する。半導体装置の微細化が進行すると、並列されたヒューズ層５の間隔が小さくなるため、隣接ヒューズ層へのダメージ１１が発生しやすくなる。このような隣接ヒューズ層５２へのダメージの発生を防止するには、レーザー光８のエネルギーを小さくしたり、ビーム径を小さくしたりする必要がある。しかしながら、レーザー光８のエネルギーを小さくしたり、ビーム径を小さくしたりすると、上述のように、切断対象のヒューズ層５１を安定して切断することが困難になる。
【００２３】
以上のように、半導体装置の微細化に伴って、レーザー光８のエネルギーやビーム径を大きくすると隣接ヒューズ層へのダメージが発生し、レーザー光８のエネルギーやビーム径を小さくすると切断対象ヒューズ層が切断できなくなる。このような、相反する不具合により、ヒューズ層を安定して切断できるエネルギーやビーム径の条件範囲は縮小される。また、ヒューズ層に対するレーザー光のアライメントずれ、レーザー光のエネルギーやビーム径の精度誤差等を考慮すると、ヒューズ層５を安定して切断できるエネルギーやビーム径の条件範囲はさらに縮小される。この結果、半導体装置の微細化に伴って、ヒューズ層の安定した切断が困難になり、半導体装置の製造歩留りが低下するという問題が発生している。ヒューズ層の配置間隔を広げることにより、半導体装置の製造歩留り低下を防止できるが、この場合は、ヒューズ層の占有面積が大きくなるという問題が発生する。
【００２４】
図１８は、下層から、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、ＡｌＣｕ膜、ＴｉＮ膜が順に積層された線幅が５００ｎｍのヒューズ層の切断可能範囲を示す模式図である。ヒューズ層を構成する各膜の膜厚は、下層から順に、４０ｎｍ、２３ｎｍ、６００ｎｍ、３５ｎｍである。ここでは、ヒューズ層上に、ＨＤＰ−ＮＳＧ（High Density Plasma - Non Doped Silicon Glass）からなる絶縁層が設けられている。図１８において、縦軸はレーザー光のエネルギーであり、横軸はレーザー光のビーム径である。また、図１８（ａ）と図１８（ｂ）とではヒューズ層上の絶縁層の膜厚が異なっており、図１８（ｂ）よりも図１８（ａ）の方が、絶縁膜の膜厚が小さくなっている。
【００２５】
図１８（ａ）および図１８（ｂ）に示すようにレーザー光のエネルギーやビーム径を小さくすると、切断対象のヒューズ層の切断不良が発生する（領域Ｘ）。また、レーザー光のエネルギーやビーム径を大きくすると、隣接ヒューズ層にダメージが発生する（領域Ｙ）。そのため、隣接ヒューズ層へダメージを与えることなく切断対象のヒューズ層を正常に切断できるレーザー光照射条件（領域Ｇ）の範囲は狭くなっている。さらに、ヒューズ層上の絶縁層の膜厚がバラツキにより大きくなった場合、レーザー光の照射によりヒューズ層を溶解、気化させ、絶縁層を吹き飛ばすのに必要なエネルギーは、絶縁層の膜厚が薄い場合に比べ大きくなる。このため、図１８（ｂ）に示すように、切断対象のヒューズ層を正常に切断できるレーザー光照射条件の範囲は、図１８（ａ）の場合に比べてさらに狭くなる。
【００２６】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、正常な切断を実現できるレーザー光照射条件範囲を、従来のヒューズ層に比べて拡大することができるヒューズ層を有する半導体装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記目的を達成するため、本発明は、以下の手段を採用している。まず、本発明は、回路構成変更のために、レーザー光を照射して切断処理が行われる線状のヒューズ層が、半導体基板上に複数配置された半導体装置を前提としている。そして、本発明は、絶縁膜上に平行に配置された複数のヒューズ層と、互いに隣接する前記ヒューズ層間に、前記ヒューズ層と平行に設けられた線状の導電体（ダミーヒューズ層）とを備える。
【００２８】
本構成によれば、レーザー光照射によりヒューズ層を切断する際、切断対象のヒューズ層の周辺に拡散する熱エネルギーが、ダミーヒューズ層に吸収される。このため、切断対象のヒューズ層と隣り合うヒューズ層に到達する熱エネルギーを著しく低減することができる。この結果、レーザー光照射によりヒューズ層を切断する際、切断対象のヒューズ層と隣り合うヒューズ層にダメージが発生することを抑制できる。また、本構成によれば、従来構成に比べて、切断処理時にヒューズ層に照射するレーザー光のエネルギーやビーム径を大きくすることができる。その結果、ヒューズ層を安定して切断することが可能となる。
【００２９】
上記構成において、ヒューズ層およびダミーヒューズ層は、上記絶縁膜上に堆積された同一の導電膜を加工して形成することが好ましい。これにより、従来の製造工程に新たな工程を追加することなく、上述の構造を実現することができる。
【００３０】
また、本発明に係る他の半導体装置は、第１の絶縁膜上に形成された第１の導電体（ダミー配線層）と、第１の導電体を被覆する第２の絶縁膜とを備える。また、第２の絶縁膜上に平行に配置された複数のヒューズ層と、互いに隣接する前記ヒューズ層間に、前記ヒューズ層と平行に設けられた線状の第２の導電体（ダミーヒューズ層）とを備える。さらに、第２の絶縁膜を貫通し、第１の導電体と第２の導電体とを接続する第３の導電体（ダミープラグ電極）を備える。
【００３１】
本構成によれば、レーザー光照射によりヒューズ層を切断する際、切断対象のヒューズ層の周囲に拡散する熱エネルギーが、ダミーヒューズ層に吸収される。本構成では、ダミーヒューズ層が、ダミープラグ電極を介してダミー配線層に接続されているため、切断対象のヒューズ層と隣り合うヒューズ層に到達する熱エネルギーをさらに低減することができる。この結果、レーザー光照射によりヒューズ層を切断する際、切断対象のヒューズ層と隣り合うヒューズ層にダメージが発生することを抑制できる。また、本構成によれば、従来構成に比べて、切断処理時にヒューズ層に照射するレーザー光のエネルギーやビーム径をより大きくすることができる。その結果、ヒューズ層を安定して切断することが可能となる。
【００３２】
上記構成において、ヒューズ層およびダミーヒューズ層は、上記絶縁膜上に堆積された同一の導電膜を加工して形成することが好ましい。また、ダミー配線層は、第１の絶縁膜上に形成される他の配線を形成するために第１の絶縁膜上に堆積される導電膜から形成されることが好ましく、ダミープラグ電極は、第２の絶縁膜を貫通して形成される他のプラグ電極を形成するために、貫通孔が形成された第２の絶縁膜上に堆積される導電膜から形成されることが好ましい。これにより、従来の製造工程に新たな工程を追加することなく、上述の構造を実現することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、レーザー光のエネルギーやビーム径を従来に比べて大きくできるため、ヒューズ層を安定して切断することが可能となる。この結果、製造歩留りの低下を抑制することができる。また、従来の製造工程に新たな工程を追加することなく実現できるため、製造コストが増大することもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、冗長回路を備える半導体装置において、不良回路を冗長回路に切り替える際に切断されるヒューズ層形成部分のみを説明する。
【００３５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態におけるヒューズ層を備えた半導体装置の構造を示す平面図である。また、図２は、図１のＣ−Ｃ線における要部断面図であり、ヒューズ層の下層に形成された下地絶縁層より上層のみを示している。下地絶縁層の下層には各種回路素子やメモリ素子およびこれらの素子を互いに接続する配線が形成されている。
【００３６】
図１および図２に示すように、下地絶縁層１上には層間絶縁層３が形成されている。また、図１に示すように、下地絶縁層１上には、当該半導体装置の図示しない領域に形成された内部回路と、ヒューズ層５とを電気的に接続する配線層２が形成されている。当該配線層２は層間絶縁層３で被覆されるとともに、層間絶縁膜３を貫通するプラグ電極４を通じて、ヒューズ層５の両端に電気的に接続されている。なお、図１では、ヒューズ層５よりも上層に形成されている絶縁層６の記載を省略し、最終保護膜７の開口端を破線で示している。また、プラグ電極４は、ヒューズ層５よりも下層に形成されるため、平面図では不可視であるが、図１では、下層配線層２とヒューズ層５との接続部を明確に示すため図示している。
【００３７】
層間絶縁層３上には、複数の線状のヒューズ層５が、密集して平行かつ等間隔に形成されている。また、層間絶縁膜３上の各ヒューズ層５の間には、線状のダミーヒューズ層１５が形成されている。ダミーヒューズ層１５は互いに隣り合うヒューズ層５の間に、ヒューズ層５と平行に形成される。ダミーヒューズ層１５の平面構造は、ヒューズ層５と同様に長方形状であり、その線長（長手方向の長さ）は、ヒューズ層５の切断に使用されるレーザー光のビーム径より大きく、かつヒューズ層５の線長よりも短く形成される。特に限定されないが、本実施形態では、ダミーヒューズ層１５は、ヒューズ層５を形成するために層間絶縁膜３上に堆積される導電膜から構成されている。すなわち、ダミーヒューズ層１５は、ヒューズ層５を形成するための加工工程において、ヒューズ層５と同時に形成される。したがって、ダミーヒューズ層１５を形成するための特別な加工工程を追加する必要がなく、従来の半導体装置と同一の製造工程により本実施形態の半導体装置を形成することができる。また、ダミーヒューズ層１５の積層構造はヒューズ層５と同一である。
【００３８】
図３は、ヒューズ層５およびダミーヒューズ層１５の断面構造を示す断面図である。なお、ヒューズ層５およびダミーヒューズ層１５は、従来と同様に、最上位配線層として構成される。したがって、半導体装置の内部回路に使用される最上層配線層および半導体装置の外部に信号を取り出すためのパッドと同一の断面構造を有している。図３に示すように、ヒューズ層５は下層より順に、下層膜５ａ、金属膜５ｂ、上層膜５ｃが積層された構造を有している。金属膜５ｂが配線層を構成する主要部である。下層膜５ａは、金属膜５ｂを流れる電子流または、製品の検査時、使用時等に配線層に電流が流れたときに発生する熱応力による金属膜５ｂの断線を防止する機能を有している。上層膜５ｃはフォトリソグラフィ法によりヒューズ層５を加工する際の加工精度向上（金属膜５ｂによる露光光の反射防止）の機能を有している。
【００３９】
下層膜５ａは、例えば、高融点金属膜、高融点金属の窒化物膜またはこれらの積層膜により形成することができる。ここでは、膜厚が４０ｎｍのチタン膜（Ｔｉ）および膜厚が２３ｎｍの窒化チタン膜（ＴｉＮ）を下層から順に積層した積層膜を採用している。また、金属膜５ｂは、例えば、アルミ合金膜により形成することができる。ここでは、膜厚が６００ｎｍの銅含有アルミニウム膜（ＡｌＣｕ）を採用している。さらに、上層膜５ｃは、例えば、高融点金属膜、高融点金属の窒化物膜またはこれらの積層膜により形成することができる。ここでは、膜厚が３５ｎｍのＴｉＮ膜を採用している。
【００４０】
また、ヒューズ層５の線幅（短手方向の長さ）の寸法は０．５μｍとし、ダミーヒューズ層１５の線幅の寸法は０．５μｍとしている。なお、ダミーヒューズ層１５の線幅は、ヒューズ層５の線幅以上であることが好ましいが、０．５μｍ以下にしてもよい。また、特に限定されないが、本実施形態では、ヒューズ層５とダミーヒューズ層１５との間のスペースは２．０〜３．０μｍ程度にしている。ヒューズ層５とダミーヒューズ層１５との間のスペースは、例えば、切断対象のヒューズ層５にレーザー光を照射した際に、レーザー光がダミーヒューズ層１５に直接照射されない最小距離とすることができる。なお、チップ面積をより小さくする観点では、ヒューズ層５とダミーヒューズ層１５との間のスペースは、切断対象のヒューズ層５にレーザー光を照射した際に、レーザー光がダミーヒューズ層１５に直接照射される距離であってもよい。
【００４１】
また、上述のように、ダミーヒューズ層１５の線長は、ヒューズ層５の線長以下、かつヒューズ層５の切断に使用するレーザー光のビーム径より大きいことが好ましい。ここでは、配線層２とのコンタクト部を除くヒューズ層５の線長は８．０μｍであるので、ダミーヒューズ層１５の配線長は、例えば、３．０μｍ〜８．０μｍとすることができる。なお、ダミーヒューズ層１５の配線長の下限値は、ヒューズ層５の切断時に照射されるレーザー光のビーム径に依存する。
【００４２】
ヒューズ層５およびダミーヒューズ層１５上には、ヒューズ層５とダミーヒューズ層１５を被覆する絶縁層６が形成される。絶縁層６は平坦性がよくヒューズ層５およびダミーヒューズ層１５の間を充填するのに十分な厚さで形成される。本実施形態では、絶縁層６として、高密度プラズマによって形成されるＨＤＰ−ＮＳＧ膜を採用している。ＨＤＰ−ＮＳＧ膜は高アスペクト比のギャップを充填できる優れたギャップ充填性を有しており、絶縁層６上に形成される最終保護膜７を平滑に堆積することができる。ここでは、絶縁層６の膜厚はヒューズ層５とダミーヒューズ層１５との間のギャップを完全に埋め込める十分な膜厚である１０００ｎｍにしている。なお、絶縁層６はプラズマＳｉＮ膜であってもよい。
【００４３】
絶縁層６上は、絶縁層６よりも優れた耐湿性を有する最終保護膜７が形成されている。最終保護膜７は、水分や不純物等の浸透に対して耐性がある膜であれば任意の膜を採用することができる。具体的には、プラズマＳｉＮ膜が使用できる。膜厚は例えば６００ｎｍとすればよい。
【００４４】
レーザー光照射によるヒューズ層５の切断をより容易にするため、ヒューズ層５およびダミーヒューズ層１５が形成された領域の上方の絶縁層６と最終保護膜７は、膜厚が部分的に薄くなっている。本実施形態では、ヒューズ層５およびダミーヒューズ層１５上では、最終保護膜が完全に除去されるとともに、他の領域に比べて薄い絶縁層６が残った構造になっている。なお、ヒューズ層５およびダミーヒューズ層１５上の絶縁層６を完全に除去し、ヒューズ層５およびダミーヒューズ層１５が表面に露出した構造にしてもよい。このようにヒューズ層５上の絶縁膜の膜厚を薄くすることにより、レーザー光８照射の際、ヒューズ層５の溶解、気化、さらには絶縁層６の押し上げを容易にし、ヒューズ層５を切断可能なレーザー光照射条件範囲を拡大させることができる。
【００４５】
続いて、レーザー光照射によるヒューズ層５の切断について説明する。図４および図５は、本実施形態におけるヒューズ層５の切断の様子を示す図である。図４はヒューズ層５の要部平面図であり、図５は、図４中のＤ−Ｄ線における要部断面図である。図４および図５に示すように、本実施形態では、各ヒューズ層５の間にダミーヒューズ層１５が形成されている。そのため、切断対象のヒューズ層５１にレーザー光８を照射した際、ヒューズ層５１の周辺に拡散した熱エネルギー１０は、絶縁層６より熱伝導率が高い導電材料からなるダミーヒューズ層１５が吸収する。ダミーヒューズ層１５に吸収された熱エネルギー１０は、ダミーヒューズ層１５中を両端に向かって伝播する。このため、本実施形態の構成によれば、横方向への熱エネルギー１０の拡散が抑制される。その結果、図１６および図１７に示した従来構造のような、熱エネルギー１０の拡散に起因する隣接ヒューズ層５２へのダメージ１１の発生を抑制することができる。
【００４６】
隣接ヒューズ層５２への熱エネルギー１０の拡散を効果的に防止するためには、ヒューズ層５に並列に形成されるダミーヒューズ層１５は、レーザー光のビーム径より線長が長いことが好ましい。また、熱エネルギーの吸収率を高めるため、ダミーヒューズ層１５の線幅は、ヒューズ層５の配線幅と等しい、またはヒューズ層５の配線幅よりも大きく形成されていることが好ましい。なお、上述のヒューズ層５は、例えば、エネルギー密度０．０３〜０．０７μＪ／μｍ2、ビーム径２．０〜５．０μｍのレーザー光を照射することにより切断することができる。この照射条件では、ダミーヒューズ層１５の配線長は６．０μｍ以上であることが好ましく、ここでは６．０μｍにしている。
【００４７】
以上のように本実施形態によれば、切断対象のヒューズ層と、隣接ヒューズ層との間に設けられたダミーヒューズ層が、切断対象のヒューズ層に照射されたレーザー光に起因する熱エネルギーを吸収し、熱エネルギーの拡散を防止する。そのため、切断対象のヒューズ層へのレーザー光のエネルギーとビーム径を従来に比べて大きくすることができる。これにより、切断対象のヒューズ層が完全に切断されない切断不良を確実に防止できるとともに、ヒューズ層を安定して切断することができる。また、ダミーヒューズ層がレーザー光の発する熱エネルギーを吸収するため、隣接ヒューズ層へのダメージが付与されることを防止できる。そのため、ヒューズ層とヒューズ層との間隔を、ダミーヒューズ層がない場合と比較してより縮小することができる。その結果、ヒューズ層形成領域の面積縮小、微細化が可能となる。
【００４８】
図６は、本実施形態におけるヒューズ層を切断可能なレーザー照射条件範囲を示す図である。図６において、縦軸がレーザー光のエネルギーに対応し、横軸がレーザー光のビーム径に対応する。また、図６（ａ）および図６（ｂ）では、図６（ｂ）の方が図６（ａ）よりも、ヒューズ層上の絶縁層の膜厚が大きくなっている。図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、ダミーヒューズ層１５を備えることにより、正常にヒューズ層を切断可能なレーザー照射条件範囲（領域Ｇ）が、従来（図１８参照）に比べて大きくなっていることが理解できる。すなわち、本実施形態によれば、レーザー光のエネルギーやビーム径を従来に比べて大きくしても、正常にヒューズ層を切断することができる。また、図６（ｂ）に示すように、ヒューズ層５上の絶縁膜の膜厚が大きくなった場合でも、正常にヒューズ層を切断できるレーザー照射条件範囲が大きくなっていることが理解できる。
【００４９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態におけるヒューズ層を有する半導体装置の構造について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態におけるヒューズ層の構造を示す平面図である。また、図８は、図７中のＥ−Ｅ線における要部断面図である。なお、図１と同様に、図７では、ヒューズ層より上層の絶縁層の図示を省略し、最終保護膜の開口端を破線で示している。また、図７および図８では、図１および図２と同一の作用効果を有する部位には同一の符号を付している。また、以下では、重複を避けるため、第１の実施形態において説明を行った部位の説明を省略する。
【００５０】
図８に示すように、本実施形態の構造は、層間絶縁層３より上層に関して、上記第１の実施形態の構造と同一である。すなわち、層間絶縁層３上にヒューズ層５およびダミーヒューズ層１５が形成されており、さらにヒューズ層５およびダミーヒューズ層１５を被覆する絶縁層６、最終保護膜７が形成されている。また、第１の実施形態と同様に、レーザー光照射によるヒューズ層５の切断をより容易にするため、ヒューズ層５およびダミーヒューズ層１５の上方では最終保護膜７が完全除去され、絶縁層６の膜厚が他の部分に比べて薄くなっている。
【００５１】
本実施形態の構造では、ダミーヒューズ層１５の下層に、層間絶縁層３を貫通するダミープラグ電極２４が設けられている。ダミープラグ電極２４は、ダミーヒューズ層１５と電気的に接続されている。特に限定されないが、本実施形態では、ダミープラグ電極２４は、ダミーヒューズ層１５の配線方向に沿った板状の形状を有している。ここでは、ダミープラグ電極２４の線幅は、ダミーヒューズ層１５の線幅とほぼ同等になっている。切断対象のヒューズ層５にレーザー光を照射した際、当該ヒューズ層５に隣接するダミープラグ層２４が当該ヒューズ層５の近傍で露出すると、切断されたヒューズ層５と露出したダミープラグ層２４とが電気的に接続される可能性がある。この観点では、ダミープラグ層２４の線幅は、ダミーヒューズ層１５の線幅以下であることが好ましい。また、ダミープラグ電極２４の底部は、下地絶縁膜１と層間絶縁層３との間に形成され、かつ半導体装置の内部回路と電気的に分離されたダミー配線層２２に接続されている。
【００５２】
特に限定されないが、本実施形態では、ダミープラグ電極２４は、第１の実施形態で説明した、ヒューズ層５と配線層２とを接続するプラグ電極４と同一の加工工程において形成される。また、ダミー配線層２２は、第１の実施形態で説明した配線層２と同一の加工工程で形成される。したがって、ダミープラグ層２４およびダミー配線層２２を形成するための特別な加工工程を追加する必要はなく、従来の半導体装置と同一の製造工程により本実施形態の半導体装置を形成することができる。なお、ダミー配線層１０２は必ずしもダミーである必要はなく、半導体装置の動作に異常を生じさせない場合には、半導体装置の内部回路で使用されている配線層２であってもよい。また、配線層２とダミー配線層２２とが電気的に接続されていてもよい。
【００５３】
図９は、プラグ電極４、ダミープラグ電極２４、配線層２およびダミー配線層２２の断面構造を示す断面図である。上述のように、プラグ電極４とダミープラグ電極２４とは同一の積層構造を有しており、配線層２とダミー配線層２２とは同一の積層構造を有している。図９に示すように、プラグ電極４およびダミープラグ電極２４は、埋め込み性の高い金属膜４ａおよび層間絶縁膜３と金属膜４ａとの密着性を向上させるための下層膜４ｂが積層された構造を有している。また、図９に示すように、配線層２およびダミー配線層２２は、下層より順に、下層膜２ａ、金属膜２ｂ、上層膜２ｃが積層された構造を有している。
【００５４】
具体的には、プラグ電極４およびダミープラグ電極２４は、膜厚が２０ｎｍのチタン膜と、膜厚が７ｎｍの窒化チタン膜とが下層から順に積層された下層膜４ｂと、ブランケットＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成されたタングステン（Ｗ）膜からなる金属膜４ａとにより構成されている。また、配線層２およびダミー配線層２２は、膜厚が２０ｎｍのチタン膜と膜厚が２３ｎｍの窒化チタン膜とが下層から順に積層された下層膜２ａ、膜厚が４２５ｎｍの銅含有アルミニウム膜からなる金属膜２ｂおよび膜厚が５ｎｍのチタン膜と膜厚が５５ｎｍの窒化チタン膜とが下層から順に積層された上層膜２ｃにより構成されている。
【００５５】
続いて、レーザー光照射によるヒューズ層５の切断について説明する。図１０および図１１は、本実施形態におけるヒューズ層５の切断の様子を示す図である。図１０はヒューズ層５の要部平面図であり、図１１は、図１０中のＦ−Ｆ線における要部断面図をある。図１０および図１１に示すように、本実施形態では、ダミーヒューズ層１５がダミープラグ電極２４およびダミー配線層２２に接続されている。このため、切断対象のヒューズ層５１にレーザー光８を照射した際、ヒューズ層５１の周辺に拡散した熱エネルギー１０は、第１の実施形態と同様に、ダミーヒューズ層１５が吸収する。ダミーヒューズ層１５に吸収された熱エネルギー１０は、ダミーヒューズ層１５中を両端に向かって伝播するとともに、ダミープラグ電極２４、ダミー配線層２２へと順に伝わる。すなわち、本実施形態の構成では、熱エネルギー１０の吸収率を、ダミープラグ電極２４がダミーヒューズ層１５に接続されていない第１の実施形態の構造に比べて大きくすることができる。このため、本実施形態の構成によれば、横方向への熱エネルギー１０の拡散がより抑制される。その結果、図１６および図１７に示した従来構造のような、熱エネルギー１０の拡散に起因する隣接ヒューズ層５２へのダメージ１１の発生を抑制することができる。なお、熱エネルギーを効率よく伝播させる観点では、ダミープラグ電極２４の線幅をより太くすればよい。
【００５６】
以上のように、本実施形態によれば、切断対象のヒューズ層と、隣接ヒューズ層との間に設けられたダミーヒューズ層が、切断対象のヒューズ層に照射されたレーザー光に起因する熱エネルギーを吸収し、熱エネルギーの拡散を防止する。そして、ダミーヒューズ層が吸収した熱エネルギーは、ダミープラグ電極およびダミー配線層に伝播される。そのため、切断対象のヒューズ層へのレーザー光のエネルギーとビーム径を従来に比べて大きくすることができる。これにより、切断対象のヒューズ層が完全に切断されない切断不良を確実に防止できるとともに、ヒューズ層を安定して切断することができる。また、ダミーヒューズ層、ダミープラグ電極およびダミー配線層がレーザー光の発する熱エネルギーを吸収するため、隣接ヒューズ層へのダメージが付与されることを防止できる。そのため、ヒューズ層とヒューズ層との間隔を、第１の実施形態に比べてさらに縮小することができる。その結果、ヒューズ層形成領域の面積縮小、微細化が可能となる。
【００５７】
以上説明したように、本発明によれば、横方向への熱エネルギーの拡散を防止し、切断対象のヒューズ層と隣り合うヒューズ層に、ダメージ（ヒューズ溶出）が付与されることを防止できる。このため、冗長救済のため切断を行うヒューズ層へのレーザー光８のエネルギーやビーム径を従来構造に比べて大きくすることができる。したがって、確実かつ安定したヒューズ層の切断が可能となる。また隣り合うヒューズ層へのダメージを抑制できるのでヒューズ層間隔を従来構造より縮小してヒューズ層の占有面積を縮小することができる。
【００５８】
本発明は、以上で説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、種々の変形および応用が可能である。例えば、本発明は、上記構造に限らず、他のヒューズ層を有するあらゆる半導体装置に適用することが可能である。また、本明細書内で論じた材料および製造方法は、様々な等価な材料およびプロセスで代用することができる。例えば、上記では、高融点金属をチタンとしたが、タンタルやタングステンを使用することも
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、安定したヒューズ切断を可能にすることができ、ヒューズを有するＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、Ｆｌａｓｈメモリなどの半導体装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるヒューズ層を示す平面図
【図２】本発明の第１の実施形態におけるヒューズ層を示す要部断面図
【図３】本発明のダミーヒューズ層（ヒューズ層）を示す拡大断面図
【図４】本発明の第１の実施形態におけるヒューズ切断痕を示す平面図
【図５】本発明の第１の実施形態におけるヒューズ切断痕を示す要部断面図
【図６】本発明の第１の実施形態におけるヒューズ切断条件範囲を示す模式図
【図７】本発明の第２の実施形態におけるヒューズ層を示す平面図
【図８】本発明の第２の実施形態におけるヒューズ層を示す要部断面図
【図９】本発明のダミープラグ電極およびダミー配線層を示す拡大断面図
【図１０】本発明の第２の実施形態におけるヒューズ切断痕を示す平面図
【図１１】本発明の第２の実施形態におけるヒューズ切断痕を示す要部断面図
【図１２】冗長回路を備えた半導体装置の一例を示す模式図
【図１３】従来の冗長回路を有する半導体装置を示す断面図
【図１４】従来のヒューズ層を示す平面図
【図１５】従来のヒューズ層を示す断面図
【図１６】従来のヒューズ切断痕を示す平面図
【図１７】従来のヒューズ切断痕を示す要部断面図
【図１８】従来のヒューズ切断条件範囲を示す模式図
【符号の説明】
【００６１】
１  下地絶縁層
２  配線層
２ａ  下層膜
２ｂ  金属膜
２ｃ  上層膜
３  層間絶縁層
４  プラグ電極
４ａ  金属膜
４ｂ  下層膜
５  ヒューズ層（最上位配線層）
５１  切断対象のヒューズ層
５２  隣接ヒューズ層
５ａ  下層膜
５ｂ  金属膜
５ｃ  上層膜
６  絶縁層
７  最終保護膜
８  レーザー光
９  ヒューズ切断痕
１０  熱エネルギー
１１  ダメージ
１５  ダミーヒューズ層
２２  ダミー配線層
２４  ダミープラグ電極
【図１】
2009064893.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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