JP4364515B2 - ヒューズレイアウト，及びトリミング方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，半導体集積回路において，本素子と同じ基板上に形成されるヒューズレイアウト，及びトリミング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路に素子と同時に形成されるヒューズは，素子部の特性を調整するトリミングの際に用いられ，最近では特にメモリ素子の冗長回路に用いられ，欠陥の行または列が存在した場合に，スペアの行または列への切り替えを可能にして歩留まりを向上させている。
【０００３】
このヒューズは，一般的に個別な製造工程で作られるのではなく，半導体集積回路の主に電極製造工程で本素子と同時に製造される。ヒューズのタイプとしては，溶断型のヒューズが多用されており，メタルの細線部に電流を流すことにより，或いは細線部にレーザビームを照射することにより，メタルを溶断して切断する。また，絶縁膜をメタルで挟んだキャパシタ構造のショート型のヒューズもあり，電圧をかけて絶縁膜を破壊することでメタル間をショートさせるものである。
【０００４】
従来，半導体集積回路の電極配線は，例えばアルミニウム（Ａｌ）や，銅（Ｃｕ）などの単層メタル構造が主流であった。しかし，プロセスの微細化が進み，Ａｌ配線の場合，シリコンへの拡散防止のため，タングステン（Ｗ），チタン（Ｔｉ），チタンナイトライド（ＴｉＮ）などの薄層のバリアメタルを下層として形成した上に従来の配線メタルを形成した，２層構造の電極が主流となっている。
【０００５】
ヒューズの構造，製造方法については，以下に示す文献にも公知技術が示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−３６２３４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが，従来の例えば溶断型ヒューズに電流を流して切断する方法においては，電極配線がアルミニウムなどの単層であれば，容易に切断が可能であったが，下層にバリアメタルが形成された２層構造の電極の場合には，上層部の主配線メタルはすぐ切断できるものの，下層の薄いバリアメタルは比較的抵抗が高いため上層部と同様の高電流を流すことが困難であり，切れ残りが発生する不具合が起きた。
【０００８】
本素子部への影響を考え，ヒューズ間に更なる高電圧をかけることは難しく，また切れ残りが発生した場合には，特性不良やリーク不良の問題が起こり，素子としての歩留まりや信頼性を低下させていた。
【０００９】
また，ヒューズにレーザビームを照射して切断する場合には，電極が２層構造になったことによる不具合はないが，ビーム照射がズレた場合，やはりヒューズが完全に切れず，ヒューズ部の端部にメタルが残る場合があり，ビーム照射は同じ箇所に何度もできないので，電流による切断と同様に素子としての歩留まりや信頼性を低下させていた。
【００１０】
本発明は，従来のヒューズレイアウトに関する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，ヒューズの切れ残りによる素子としての不良を低減して歩留まりや信頼性を向上し，かつトリミング工程の作業時間をできるだけ短くすることができる，新規かつ改良されたヒューズレイアウト，及びトリミング方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，高融点金属からなるバリアメタル層と主配線メタル層とを有する本素子部の配線電極工程にて形成されるヒューズレイアウトにおいて，直列に繋がれた複数の溶断型ヒューズ部と，各々の前記溶断型ヒューズ部それぞれに通電するための複数のヒューズパッドとを含むことを特徴とするヒューズレイアウトが提供される。
【００１２】
さらに，第１の観点によるヒューズレイアウトを用い，ヒューズパッド間に通電し，直列に繋がれた複数の溶断型ヒューズ部の各々に電流を流すことにより，各々の溶断型ヒューズ部を切断することを特徴とするトリミング方法が提供される。
【００１３】
複数のヒューズ部を直列に繋いで，各々のヒューズ部に対して通電するヒューズパッドを形成したレイアウトを１つのヒューズとして扱うことにより，複数のヒューズ部のうち１つでも完全に切断すれば，レイアウト全体としてのヒューズは切断されたことになるので，ヒューズ部が１つの場合に比べ，切れ残り不良率を大きく低減できる。
【００１４】
また，バリアメタル層は，前記主配線メタル層の下層に薄層で形成されることが好ましく，バリアメタル層は高抵抗であるため，複数のヒューズ部が全部切れ残った場合にも抵抗値は加算され，レイアウト全体としてのヒューズ抵抗値は非常に高くなり，切断状態と同等とみなすことができる。
【００１５】
この溶断型ヒューズ部は，ヒューズパッド間に電流を流して切断されることにより，特性選別工程でプロービング装置にて特性測定後，そのまま切断すべきヒューズ部にプロービングして通電し，ヒューズ切断を行うことができ，さらに再度特性測定を行うまでの工程が，すべて１つのプロービング装置で可能となる。レーザによる切断では，切断や測定の度に装置を移動する必要があるため，電流による切断は，ヒューズトリミング工程に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００１６】
さらに，細線化された溶断型ヒューズ部と比較的大きな面積を有するヒューズパッドとは，パターン形成時の不具合や，通電時の電界集中をさけるため，ヒューズ部とパッド部との中間の大きさを持つ引き出し部を介して繋がれていることが望ましい。
【００１７】
また，本発明の第２の観点によれば，複数の溶断型ヒューズ部が直列に繋がれることを特徴とするヒューズレイアウトが提供される。またこの第２の観点によるヒューズレイアウトを用い，溶断型ヒューズ部の各々をレーザビーム照射により切断するトリミング方法が提供される。
【００１８】
レーザによる切断は通電用のヒューズパッドは不要であり，ヒューズレイアウトに要する素子上の面積を小さくできる。さらに，直列に繋がれた複数の溶断型ヒューズ部の各々を切断することにより，レイアウト全体としてのレーザビーム照射のズレによる切断不良率を低減することができる。
【００１９】
また，本発明の第３の観点によれば，配線電極に絶縁膜を挟んで形成されるショート型のヒューズレイアウトにおいて，並列に繋がれた複数のショート型ヒューズ部と，各々のショート型ヒューズ部に通電するために，各々のショート型ヒューズ部に対して形成される２つのヒューズパッドとを含むことを特徴とするヒューズレイアウトが提供される。またこの第３の観点によるヒューズレイアウトを用い，ショート型ヒューズ部の各々をヒューズパッド間に電圧を印加することにより，ヒューズ部を導通するトリミング方法が提供される。
【００２０】
複数のヒューズ部を並列に繋いでいるので，複数のうち１つでもショートすればレイアウト全体としてはショートとなり，ヒューズ部が１つのレイアウトに比べ導通不良率を低減できる。また，ショート型ヒューズ部を，ヒューズパッド間に電圧を印加することにより導通することにより，ヒューズトリミングに要する作業時間をも短縮することが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかるヒューズレイアウト，及びトリミング方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態について，図１（ａ）に概略回路図，図１（ｂ）に概略平面図を示す。本実施の形態においては，従来型の溶断型ヒューズが２本直列に繋がったレイアウトである。ヒューズは，一般的に，例えば本素子部の最上層の電極配線メタル形成工程にて同時に形成される。下層にＴｉＮ等の薄いバリアメタル層，上層にはＡｌ等の厚い電極メタル層の２層構造が主流となっており，素子の種類やプロセスにより，各層の厚みは様々であるが，電極メタルは数千Å，バリアメタルは上層メタルの拡散層との反応を防ぐためのものであるため，非常に薄く数十Å程度に形成するのが一般的である。
【００２３】
溶断型ヒューズは，従来は図４に示すように，細線化されたヒューズ部４１の両側に繋がる２つのヒューズパッド４２，ヒューズパッド４３で形成されているが，本実施の形態におけるヒューズレイアウト１０は，細線部のヒューズ部１１とヒューズ部１２を直列に繋ぎ，各々のヒューズ部に個別に電流を流すためのヒューズパッド１３，ヒューズパッド１４，ヒューズパッド１５が形成されている。
【００２４】
ヒューズ部１１の一端にヒューズパッド１３，ヒューズ部１１とヒューズ部１２の接続部にヒューズパッド１４，ヒューズ部１２の他端にヒューズパッド１５が形成される。ヒューズ部１１に電流を流すためには，ヒューズパッド１３及びヒューズパッド１４間に，ヒューズ部１２に電流を流すためには，ヒューズパッド１４及びヒューズパッド１５間に電圧を印加する。この２つのヒューズ部と３つのヒューズパッドとがレイアウトされたものを１つのヒューズとして扱うものである。
【００２５】
ヒューズパッド１３，１５は，さらに内部回路等に繋がっている。また，ヒューズパッドとヒューズ部とを繋ぐ部分には，引き出し部１６，引き出し部１７，引き出し部１８を形成し，パターンのはがれや通電時の電界集中を防ぐことが好ましい。
【００２６】
次に，このようにレイアウトされたヒューズを用いたトリミング方法について説明する。まず，本素子の特性選別工程にて本素子パッドに測定装置でプロービングし，ヒューズの切断が必要となった場合には，まずヒューズパッド１３，ヒューズパッド１４にプローブし，両パッド間に素子部への影響のない程度に電圧を印加し，ヒューズ部１１に電流を流す。
【００２７】
この時，電流によりヒューズ部１１のメタルが溶け，ヒューズ部１１が切断する。理想的には上層の配線メタルも下層のバリアメタルも切断されることが望ましいが，図２に示すように，下層のバリアメタル２１は，上層の配線メタル２２に比較して高抵抗であるため，上層の配線メタル２２が切断されても，バリアメタル２１は切断されずに残る場合がある。
【００２８】
次にプローブを変更し，ヒューズパッド１４，ヒューズパッド１５に同様にプローブしてヒューズ部１２に電流を流す。この際にも，バリアメタルは切断されずに残る場合がある。
【００２９】
ヒューズ部１１，ヒューズ部１２両方共が完全に切断された場合には当然レイアウト全体としても完全に切断された状態である。また，ヒューズ部１１，ヒューズ部１２のどちらか一方が切れ残っていて，もう一方が完全に切断された場合にも，ヒューズ部１１とヒューズ部１２が直列に繋がれているのでレイアウト全体としては完全に切断されたのと同じ状態となる。
【００３０】
本実施の形態のように２つの直列に繋がれたヒューズ部を持ち，各々のヒューズ部毎に切断を行えば，レイアウト全体としての切れ残り不良率は，従来の１つのヒューズ部切断時にバリアメタルが切れ残る不良率をヒューズ部の数だけ積算したものになり，切れ残り不良率を低減することができる。本実施の形態では，直列に繋ぐヒューズ部の数は２つであるが，ヒューズ部の数は多くするほど不良率は低減されることになる。
【００３１】
また，ヒューズ部１１，ヒューズ部１２両方共にバリアメタルが切れ残る場合もある。しかし，バリアメタルは切れ残っても，約１ＭΩ程度の抵抗値を持ち，これだけでは，切断状態としては，不十分であるが，ヒューズ部１１，ヒューズ部１２が直列に繋がれていれば，レイアウト全体としての抵抗は約２ＭΩとなり，リーク電流を無視できる程度に抑えることができ，バリアメタルも完全に切断された状態と同等に扱うことができる。この場合も，直列に繋ぐヒューズ部の数を，多くするほど抵抗値を高くすることができる。
【００３２】
上記のように，切れ残り不良率を低減するためにも，切れ残った場合の抵抗値をできるだけ高くするためにも，直列に繋ぐヒューズ部の数は，できるだけ多い方が良いことになるが，ヒューズ部は各々１つずつ切断するので多いほど切断に時間を要することになるので，その点を考慮してヒューズ部の数を決めレイアウトする必要がある。
【００３３】
こうしてヒューズの切断を行った後，本素子にプローブして再度測定を行い，特性選別する。従来ヒューズの切断不良がわかった場合には，本素子部への悪影響を考え更なる高電圧を加えることはできず，ヒューズトリミングミスによる素子自体の不良となっていたが，切断不良を低減することで，素子としての歩留まりも向上させることができる。
【００３４】
さらに，レーザを用いて切断する場合には，まずプロービング装置で特性測定して切断するヒューズを選定した後，レーザ照射装置に移動してヒューズの切断を行い，その後再びプロービング装置に戻り特性をチェックするので，ヒューズトリミングに多くの作業時間を要するが，本実施の形態の場合，特性測定を行った後ヒューズ切断を行い，再び特性測定を行う一連の工程がすべて同じプロービング装置で行えるため，ヒューズトリミングの作業時間を大幅に短縮することができる。
【００３５】
こうして，溶断型ヒューズにおいて，複数のヒューズ部を直列に繋ぎ，各々のヒューズ部に対して電流を流せるようヒューズパッドを形成したものを１つのヒューズレイアウトとして扱うことにより，切れ残り不良率を低減でき，切れ残った場合にも抵抗値を非常に高くすることができ，トリミングに要する作業時間をも短縮することが可能となる。
【００３６】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態においては，第１の実施の形態と同様に複数のヒューズ部を直列に繋いだものであるが，ヒューズ部にレーザビームを照射して切断することにより，ヒューズ部に通電するためのパッドは不要としたレイアウトである。
【００３７】
ヒューズ部にレーザビームを照射して切断する方法においては，電極メタルの種類や構造は関係しないが，照射ビームのズレによりヒューズ部の端部にメタルの切れ残りが起こる場合がある。メタルの切れ残りがあっても，ヒューズ部周辺にダメージを与えるため再度レーザビームを照射することはできず，１回の切断工程で切断できなければ，ヒューズトリミングミスによる素子自体の不良となる。
【００３８】
第１の実施の形態と同様，直列に繋がれた複数のヒューズ部各々を切断することにより，レイアウト全体としての切れ残り不良率を低減することが可能となるので，素子としての歩留まりや信頼性を向上することができる。
【００３９】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態について，図３に概略回路図を示す。本実施の形態においては，従来型のキャパシタ構造のショート型のヒューズ部３１，ヒューズ部３２が２本並列に繋がっている。またヒューズ部３１に電圧を印加する際のヒューズパッド３３，ヒューズパッド３４，ヒューズ部３２に電圧を印加する際のヒューズパッド３５，ヒューズパッド３６が形成されており，これらのレイアウト全体を１つのヒューズとして扱うものである。
【００４０】
このショート型ヒューズは，例えばシリコン酸化膜などの層間膜を電極配線メタルで挟んだ構造をしており，通電前は電気的にオープンの状態であるが，両メタル間に電圧を印加し，層間膜を絶縁破壊することで両メタル間をショートさせるものである。
【００４１】
このヒューズの場合には，理想的には層間膜の絶縁破壊により両メタル間が完全にショートすることが望ましいが，両メタル間が導通しなかったり，不完全であったりする場合がある。特に導通が不完全である場合，特性選別工程では合格となっても，後に温度サイクルなどの信頼性試験においてメタルがはがれて導通不良となってしまうことがあり信頼性を大きく低下させる。
【００４２】
そこで，複数のショート型ヒューズ部を並列に繋げる構成にして，ヒューズパッド間に電圧を印加し，絶縁破壊を行えば，レイアウト全体としての導通不良率は，従来の１つのヒューズ部導通不良率をヒューズ部の数だけ積算したものになり，不良率を大幅に低減し，素子の歩留まりや信頼性を向上させることができる。
【００４３】
図３では，並列に繋ぐヒューズ部の数は２つであるが，ヒューズ部の数はレイアウトのスペースの許す限り，多いほど導通不良率を低減することができる。さらに，電圧印加によるヒューズ部導通を，プロービング時に特性測定と同時に行うことが可能となるので，第１の実施の形態と同様にヒューズトリミングの作業時間を大幅に短縮することができる。
【００４４】
こうして，ショート型ヒューズにおいても，複数のヒューズ部を並列に繋ぎ，ヒューズ部に電圧を印加するヒューズパッドを形成したものを１つのヒューズレイアウトとして扱うことにより，導通不良を大幅に低減でき，信頼性を向上し，トリミングに要する作業時間をも短縮することが可能となる。
【００４５】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかるヒューズレイアウト，及びトリミング方法の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば，例えば溶断型ヒューズにおいて，複数のヒューズ部を直列に繋ぎ，各々のヒューズ部に対して電流を流すヒューズパッドを形成したレイアウトを１つのヒューズとして扱うことにより，ヒューズ部が１つの場合に比べ，切れ残り不良率を大きく低減でき，また切れ残った場合にも抵抗値が非常に高くなり切断状態と同等とみなすことができ，さらに特性選別のプロービング工程にてトリミングが可能となるので作業時間を大幅に短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる（ａ）は概略回路図であり，（ｂ）は概略平面図である。
【図２】ヒューズのバリアメタルが残った場合の概略断面図である。
【図３】第３の実施の形態にかかる概略回路図である。
【図４】従来技術による概略回路図である。
【符号の説明】
１０ ヒューズレイアウト
１１ ヒューズ部
１２ ヒューズ部
１３ ヒューズパッド
１４ ヒューズパッド
１５ ヒューズパッド
１６ 引き出し部
１７ 引き出し部
１８ 引き出し部

Claims (2)

1. 配線電極に絶縁膜を挟んで形成されるショート型のヒューズレイアウトにおいて；
   並列に繋がれた複数のショート型ヒューズ部と，
   各々の前記ショート型ヒューズ部に通電するために，各々の前記ショート型ヒューズ部に対して形成される２つのヒューズパッドと，
   を含むことを特徴とするヒューズレイアウト。
2. 請求項１に記載のヒューズレイアウトを用いて，ヒューズパッド間に通電して複数のショート型ヒューズ部に電圧を印加することにより，前記ショート型ヒューズ部を導通することを特徴とするトリミング方法。

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