JP2007324400A - 半導体装置および電気ヒューズの切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な方法で電気ヒューズの判定精度を高める。
【解決手段】半導体装置１００は、半導体基板（不図示）上に形成され、第１の被切断部位２０１を含む第１の導電体２０２と、第１の導電体２０２に分岐して接続され、第２の被切断部位２０３を含む第２の導電体２０４とを含む電気ヒューズ２００を含む。切断状態において、第１の被切断部位２０１および第２の被切断部位２０３との間に、第１の導電体２０２が外方に流出してなる流出部１１４が形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は半導体装置および電気ヒューズの切断方法に関し、とくに電気ヒューズを含む半導体装置および電気ヒューズの切断方法に関する。

従来、半導体装置にヒューズを搭載しておき、ヒューズを切断することにより半導体装置で使用する抵抗の値を調整したり、不良素子を切り離して正常素子に置き換える等の処理を行う技術が知られている。

ヒューズの切断方法には、ヒューズの一部にレーザを照射することによりヒューズを切断する方式や、ヒューズを電流により切断する方式が用いられている。

特許文献１には、ヒューズを構成する材料がエレクトロマイグレーションにより移動する現象を用いて切断される電気ヒューズが開示されている。

特許文献２（特開２００５−３９２２０号公報）には、より小さい電流により切断可能なヒューズが開示されている。特許文献１において、ヒューズを構成する導電体が複数回折り返す形状に形成されている。図７は、特許文献２に開示されたヒューズを示す平面図である。ここで、ヒューズ１１００は２回折り返している。

ヒューズ１１００は、電流流入端子１１０１、電流流出端子１１０２、および両端子間に、第１往路直線部１１０３、復路直線部１１０４、第２往路直線部１１１３を有する。ヒューズ１１００はさらに、第１往路直線部１１０３と復路直線部１１０４とを結ぶ第１直角接続部１１０６および第２往路直線部１１１３と復路直線部１１０４とを結ぶ第２直角接続部１１０７を有する。上記のような構成のヒューズ１１００において、電流流入端子１１０１から電流流出端子１１０２に所定の電流を流すと、ヒューズ１１００の外側の斜線部１１０８で発生した熱が、ヒューズ１１００の内側の斜線部１１０９で発生する熱に加えられて、斜線部１１０９に挟まれる復路直線部１１０４の切断を加速させる。これにより、ヒューズ１１００が容易に切断される。

また、特許文献３（特開２００５−５７１８６号公報）には、ヒューズのうち、切断させる部分をプレートで囲むことにより、ヒューズに電流を流したときにヒューズの切断部に発生する熱をヒューズの切断部近傍に閉じこめたり蓄積するようにした構成が開示されている。

特許文献４（特開２００４−２１４５８０号公報）には、ヒューズの切れ残り不良を低減して歩留まりや信頼性を向上するためのヒューズレイアウトが開示されている。図８に、特許文献４に記載されたヒューズレイアウトを示す。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配線電極にて形成されるヒューズレイアウト１０１０において、直列に繋がれた複数の溶断型ヒューズ部１０１１および１０１２が形成される。また、ヒューズ部１０１１の一端にヒューズパッド１０１３、ヒューズ部１０１１とヒューズ部１０１２の接続部にヒューズパッド１０１４、ヒューズ部１０１２の他端にヒューズパッド１０１５が形成される。ヒューズ部１０１１に電流を流すためには、ヒューズパッド１０１３およびヒューズパッド１０１４間に電圧を印加する。ヒューズ部１０１２に電流を流すためには、ヒューズパッド１０１４およびヒューズパッド１０１５間に電圧を印加する。このようなヒューズレイアウト１０１０により、複数のヒューズ部の少なくとも１つが切断すれば、レイアウト全体として切断されたことになり、切れ残り不良率を大きく低減できる。
米国特許第４０６４４９３号明細書 特開２００５−３９２２０号公報 特開２００５−５７１８６号公報 特開２００４−２１４５８０号公報

しかし、特許文献１〜３に記載された技術では、電気ヒューズの切断が充分でない場合や、一旦切断した後にヒューズ構成材料の移動が生じて再接続が生じるような場合、本来は切断されたはずのヒューズの切断状態を正しく判定することができないという問題があった。このような電気ヒューズの再接続等が生じる可能性はそれほど高くなく、通常の動作に用いる分には問題はないと考えられるが、半導体装置の信頼性が非常に高度に要求される場合や過酷な条件下で使用される場合等は、切断された電気ヒューズが切断状態を保持する保持特性をより高める必要がある。

また、特許文献４に記載された技術では、ヒューズ部１０１１およびヒューズ部１０１２を切断するためには、ヒューズ部１０１１およびヒューズ部１０１２の両端にそれぞれ電圧を印加する必要がある。そのため、切断処理回数が増加したり、構成が複雑になるという問題があった。

本発明によれば、
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、第１の被切断部位を含む第１の導電体と、前記第１の導電体に分岐して接続され、第２の被切断部位を含む第２の導電体とを含む電気ヒューズと、
を含み、
切断状態において、前記第１の被切断部位および前記第２の被切断部位との間に、前記第１の導電体が外方に流出してなる流出部が形成される半導体装置が提供される。

本発明者は、電気ヒューズの構成や電気ヒューズへの電圧印加方法等を制御することにより、電気ヒューズ切断時に、電気ヒューズの一部で電気ヒューズを構成する導電体を強制的に外方に流出させ、材料の移動・供給のバランスを崩すことにより、他の部分に大きな切断箇所を形成するという電気ヒューズの新たな切断手法を見出した。これにより、切断された電気ヒューズの切断状態を良好に保つことができる。本発明において、このような切断メカニズムを用いて第１の被切断部位および第２の被切断部位を切断する。

本発明において、第１の導電体に電流を流し第１の導電体を加熱して第１の導電体を変形させることにより、第１の導電体における第２の導電体との接続箇所近傍で、当該第１の導電体を外方に流出させて流出部を形成する。ここで、「外方」とは、切断前状態において、第１の導電体が形成されていた領域の外方とすることができ、たとえば、第１の導電体が配線の場合、当該配線が形成されていた配線溝外とすることができる。これに伴い、第１の導電体および第２の導電体が流出部の方向に吸い出され、第１の被切断部位および第２の被切断部位にそれぞれ切断箇所が生じ、切断される。

このようにすれば、一度の処理で、１つの電気ヒューズに２つの切断箇所を形成することができる。これにより、２つの切断箇所の切断状態に基づき、電気ヒューズの切断状態を判定することができる。すなわち、第１の被切断部位を、第２の被切断部位を介して、切断状態を判定する判定回路に接続する構成とすることができる。これにより、第１の被切断部位または第２の被切断部位のいずれか一方が切断されていれば、電気ヒューズが切断されていると判定することができ、判定精度を高めることができる。また、切断された電気ヒューズの切断状態を良好に保つこともできる。なお、第２の導電体は、第１の被切断部位とは異なる箇所で、第１の導電体に分岐して接続される。

本発明によれば、
前記半導体基板上に形成され、第１の被切断部位を含む第１の導電体と、前記第１の導電体に分岐して接続され、第２の被切断部位を含む第２の導電体とを含む電気ヒューズの切断方法であって、
前記第１の導電体に電流を流し、前記第１の導電体における前記第２の導電体との接続箇所近傍で、当該第１の導電体を外方に流出させて前記第１の被切断部位および前記第２の被切断部位を切断する電気ヒューズの切断方法が提供される。

また、本発明によれば、切断対象の電気ヒューズを選択する工程と、選択対象の電気ヒューズを上記電気ヒューズの切断方法により切断する工程と、を含む半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、簡易な方法で電気ヒューズの判定精度を高めることができる。

図１は、本実施の形態における電気ヒューズ２００の構成を示すレイアウト図である。
電気ヒューズ２００は、第１の被切断部位２０１を含む第１の導電体２０２と、第１の導電体２０２に分岐して形成され、第２の被切断部位２０３を含む第２の導電体２０４とを含む。なお、ここで図示していないが、電気ヒューズ２００は半導体基板上に形成されるとともに、半導体基板上に積層された絶縁膜中に形成される。本実施の形態において、電気ヒューズ２００を構成する第１の導電体２０２および第２の導電体２０４は、銅を主成分として含む銅含有金属膜により構成することができる。また、第１の導電体２０２および第２の導電体２０４は、側壁や底面等がバリアメタル膜で覆われた構成とすることができる。

第１の導電体２０２の一端および他端には、第１の端子２０６および第２の端子２０８がそれぞれ形成される。第１の端子２０６および第２の端子２０８は、それぞれ、第１の被切断部位２０１および第２の被切断部位２０３を切断するための電流流入端子および電流流出端子として機能する。第２の導電体２０４の一端は第１の導電体２０２に接続しており、第２の導電体２０４の他端には第３の端子２１０が形成される。

このような構成の電気ヒューズ２００は、以下の手順で切断される。
まず、第１の端子２０６と第２の端子２０８との間に高電圧を印加して第１の導電体２０２に過剰なパワーを印加する。これにより、第１の導電体２０２に電流が流れ、第１の導電体２０２が加熱される。つづいて、加熱された第１の導電体２０２が膨張して、第１の導電体２０２が外方に流出する。具体的には、膨張した第１の導電体２０２の周囲の絶縁膜やバリアメタル膜にクラックが発生し、第１の導電体２０２が絶縁膜やバリアメタル膜のクラック中に流出し、クラック中に流出部が形成される。本実施の形態において、電気ヒューズ２００は、第１の被切断部位２０１および第２の被切断部位２０３の間で、第１の導電体２０２が外方に流出するように構成される。

第１の導電体２０２が外方に流出すると、材料の移動・供給のバランスが崩れ、移動が追いつかなかった箇所で、切断が生じる。つまり、流出箇所とは異なる部分に大きな切断箇所が形成される。本実施の形態における電気ヒューズ２００において、第１の被切断部位２０１および第２の被切断部位２０３が他の部分よりも切断されやすい構成とすることができる。たとえば、第１の被切断部位２０１は、細幅配線により構成することができる。また、第２の被切断部位２０３は、ビアにより構成することができる。電気ヒューズ２００の詳細な構成は後述する。

このような構成とすることにより、第１の被切断部位２０１および第２の被切断部位２０３の間で第１の導電体２０２が流出すると、第１の被切断部位２０１および第２の被切断部位２０３が切断される。これにより、第１の端子２０６と第２の端子２０８との間に所定の電圧を印加するだけで、２つの切断箇所を形成することができる。以下、この手法による電気ヒューズの切断を、「クラックアシスト型切断」という。

図２は、電気ヒューズ２００を含む半導体装置１００の構成を示す図である。図２（ａ）は、電気ヒューズ２００の切断前状態を示し、図２（ｂ）は、電気ヒューズ２００の切断状態を示す。

半導体装置１００は、トランジスタ２１２および判定回路２１４をさらに含む。トランジスタ２１２のソース・ドレインの一方は接地されており、他方は第２の端子２０８に接続されている。判定回路２１４は、第３の端子２１０に接続されている。第１の端子２０６と第３の端子２１０との間において、第１の被切断部位２０１と第２の被切断部位２０３とは直列に接続されている。また、第１の被切断部位２０１は、第２の被切断部位２０３を介して、判定回路２１４に接続されている。

まず、図２（ａ）および図２（ｂ）を参照して、電気ヒューズ２００の切断処理を説明する。
本実施の形態において、電気ヒューズ２００切断処理時には、第１の端子２０６に所定の電位Ｖ_ｃｃを付与するとともに、トランジスタ２１２をオンとして第２の端子２０８を接地する。これにより、第１の端子２０６と第２の端子２０８との間に所定の電圧が印加され、図中破線で示したように、第１の導電体２０２に電流が流れる。これにより、第１の被切断部位２０１と第２の被切断部位２０３との間で、第１の導電体２０２が外方に流出して流出部１１４が形成される。これに伴い、第１の被切断部位２０１および第２の被切断部位２０３に第１の空隙部１１２ａおよび第２の空隙部１１２ｂがそれぞれ形成され、これらが切断される。本実施の形態において、電気ヒューズ２００切断処理時には、第１の端子２０６と第２の端子２０８との間に、たとえば２〜５Ｖ程度の電圧を印加する。これにより、電気ヒューズ２００に流出部１１４、第１の空隙部１１２ａおよび第２の空隙部１１２ｂを形成するようにすることができる。

本実施の形態において、電気ヒューズ２００切断処理時には、第１の端子２０６と第２の端子２０８との間に電圧を印加するだけで、第３の端子２１０には電圧を印加しない。すなわち、図２（ａ）に示すように、電気ヒューズ２００切断処理時には第２の導電体２０４には電流を流す必要がない。この点で、図８に示した従来のヒューズレイアウト１０１０と異なる。従来は、ヒューズ部１０１１およびヒューズ部１０１２を切断する場合、ヒューズパッド１０１３とヒューズパッド１０１４との間、ヒューズパッド１０１５とヒューズパッド１０１４との間にそれぞれ電圧を印加する必要があった。本実施の形態における電気ヒューズ２００においては、クラックアシスト型切断を用いて、第１の被切断部位２０１と第２の被切断部位２０３との間に流出部１１４を形成させて第１の空隙部１１２ａおよび第２の空隙部１１２ｂを同時に形成することができる。これにより、簡易な方法で電気ヒューズ２００に２つの切断箇所を形成することができる。

次に、図２（ｂ）を参照して、電気ヒューズ２００の判定処理を説明する。
本実施の形態において、電気ヒューズ２００の切断状態の判定時には、第１の端子２０６を接地するとともに、判定回路２１４により、第３の端子２１０に所定の電位を付与する。判定回路２１４は、この状態で第３の端子２１０における電位の高低を検出し、第３の端子２１０の電位が高い場合に電気ヒューズ２００が切断されていると判定するとともに当該電位が低い場合に当該電気ヒューズが切断されていないと判定する。具体的には、判定回路２１４は、接地電位を検出した場合、電位が低いと判定することができ、第３の端子２１０に付与したのと同程度の電位を検出した場合、電位が高いと判定することができる。また、判定回路２１４は、所定の基準電位を設定しておき、検出電位が所定の基準電位よりも低い場合に電位が低いと判定し、検出電位が所定の基準電位よりも高い場合に電位が高いと判定することもできる。

このようにすれば、電気ヒューズ２００の切断状態を判定する際に、第１の被切断部位２０１または第２の被切断部位２０３のいずれか一方が切断されていれば、電気ヒューズ２００が切断されていると判定することができ、判定精度を高めることができる。また、切断された電気ヒューズ２００の切断状態を良好に保つこともできる。

次に、本実施の形態における電気ヒューズ２００の具体的な構成を説明する。本実施の形態においては、電気ヒューズ２００を多層配線構造により構成する。

図３および図４は、本実施の形態における半導体装置１００の構成を示す上面模式図である。図３は電気ヒューズ２００の切断前の状態、図４は電気ヒューズ２００の切断状態をそれぞれ示す。

ここでは絶縁膜は記載していないが、半導体装置１００は絶縁膜を含み、電気ヒューズ２００は絶縁膜中に形成された構成とすることができる。電気ヒューズ２００は、半導体基板（不図示）上において、それぞれ異なる層に形成された第１の配線１０２と、第１の配線１０２に接続されたビア１０６と、ビア１０６に接続された第２の配線１０４とにより構成される。本実施の形態においては、第１の配線１０２が上層に形成され、第２の配線１０４が下層に形成された例を示すが、これらは逆であってもよい。

第１の配線１０２は、第１の導電体２０２により構成される。また、第１の配線１０２は、細幅配線２０２ｂと、細幅配線２０２ｂに接続され、細幅配線２０２ｂよりも配線幅が広く形成された太幅配線２０２ａとを含む。

本実施の形態において、第１の端子２０６および第２の端子２０８は、それぞれ、第１の配線１０２と同層に形成されたパッド電極により構成される。細幅配線２０２ｂは第１の端子２０６に接続され、太幅配線２０２ａは第２の端子２０８に接続される。第１の端子２０６および第２の端子２０８は、第１の配線１０２よりも幅広に形成することができる。一例として、細幅配線２０２ｂの配線幅を０．１μｍ、太幅配線２０２ａの配線幅を０．１５μｍ、第１の端子２０６および第２の端子２０８の幅を０．４μｍとすることができる。

また、本実施の形態において、太幅配線２０２ａは、折り返しにより複数の直線部が並行配置された折り返し領域を有する。図３および図４に示した構成では、太幅配線２０２ａは、第２の端子２０８に接続された第１直線部、第１直線部に略平行に配置された第２直線部、第２直線部に略平行に配置された第３直線部、第３直線部に略平行に配置された第４直線部、第１直線部と第２直線部とを接続する第１接続部、第２直線部と第３直線部とを接続する第２接続部、第３直線部と第４直線部とを接続する第３接続部、および第４直線部と細幅配線２０２ｂとを接続する第４接続部とを有する。第１直線部、第２直線部、第３直線部、第４直線部、第１接続部、第２接続部、および第３接続部により折り返し領域が構成される。

このような構成において、電気ヒューズ２００の切断処理時に第１の配線１０２（第１の導電体２０２）に電流を流したときに、第１の導電体２０２は、折り返し領域で加熱されやすくなる。そのため、折り返し領域に流出部１１４が形成されやすくなる。つまり、電気ヒューズ２００の切断時に流出部１１４が形成される流出予定領域１１５が太幅配線２０２ａの折り返し領域に形成される。

また、太幅配線２０２ａの折り返し領域に流出部１１４が形成されると、第１の導電体２０２が流出部１１４の方向に移動し、配線幅の狭い細幅配線２０２ｂで切断が生じやすくなる。そのため、細幅配線２０２ｂにおける太幅配線２０２ａとの接続箇所近傍に第１の空隙部１１２ａが形成されやすくなる。つまり、第１の被切断部位２０１は、細幅配線２０２ｂにおける太幅配線２０２ａとの接続箇所近傍に形成される。

なお、細幅配線２０２ｂは、折り返し領域外で太幅配線２０２ａに接続される。これにより、流出予定領域１１５と第１の被切断部位２０１とを離隔して設けることができる。このようにすれば、電気ヒューズ２００切断時に、流出部１１４と第１の空隙部１１２ａとを離隔することができる。流出部１１４と第１の空隙部１１２ａの位置が近いと、本来電気的に切断されているべき第１の導電体２０２間に流出部１１４がブリッジして形成されてしまうおそれがある。このようなことが起こると、たとえば切断処理を行った電気ヒューズ２００が流出部１１４により接続されて切断歩留まり低下（切断後低抵抗）や切断後の抵抗変動（経時変化）等が生じる。本実施の形態において、第４直線部と細幅配線２０２ｂとを接続する第４接続部の長さを調整することにより、第１の被切断部位２０１を流出予定領域１１５から離隔して配置することができる。これにより、上記のようなブリッジが生じるのを防ぐことができ、第１の被切断部位２０１の切断状態を良好に保つことができる。

ビア１０６および第２の配線１０４は、第２の導電体２０４により構成される。本実施の形態において、第３の端子２１０は、第２の配線１０４と同層に形成されたパッド電極により構成される。第３の端子２１０は、第２の配線１０４よりも幅広に形成することができる。一例として、第２の配線１０４の配線幅を０．１５μｍ、第３の端子２１０の幅を０．４μｍとすることができる。

ビア１０６は、第１の配線１０２の太幅配線２０２ａに接続される。より詳細には、ビア１０６は、折り返し領域で太幅配線２０２ａに接続される。このようにすると、電気ヒューズ２００の切断処理時に第１の配線１０２に電流を流したときに、第１の配線１０２において、ビア１０６との接続箇所近傍で第１の導電体２０２が外方へ流出して流出部１１４が形成されやすくなる。そのため、第１の配線１０２に流出部１１４が形成されると、ビア１０６を構成する第２の導電体２０４が流出部１１４の方向に吸い上げられ、ビア１０６部分に第２の空隙部１１２ｂ（図４では不図示）が形成されやすくなる。つまり、第２の被切断部位２０３は、ビア１０６に形成される。

また、ビア１０６を第１の配線１０２の折り返し領域で接続させることにより、ビア１０６を構成する第２の導電体２０４も加熱され、これによってもビア１０６から第２の導電体２０４を吹き出させやすくすることができる。

本実施の形態において、第２の空隙部１１２ｂと流出部１１４とが異なる層に形成されるため、第２の空隙部１１２ｂにおいて、上記のブリッジの問題を防ぐことができる。

また、半導体装置１００は、電気ヒューズ２００の上方、下方および側方を、カバー部材４０４により覆った構成を有する。カバー部材４０４は、ビア４０２、電極４００、および図示しないプレートにより構成される。電極４００は、第１の配線１０２や第２の配線１０４と同層に形成されたパッド電極とすることができる。また、ビア４０２は、電極４００の上層および下層に形成され、さらにその上層および下層に形成されたプレート（不図示）と電極４００を互いに接続する。ビア４０２は、スリットビアとすることができ、ビア４０２と電極４００とで、電気ヒューズ２００の周囲を壁状に覆う構成とすることができる。これにより、第１の端子２０６と第２の端子２０８との間に電流を流したときに、第１の導電体２０２に発生する熱をカバー部材４０４により反射させてカバー部材４０４内部に閉じ込めることができ、電気ヒューズ２００において、流出部１１４が形成されやすいようにすることができる。また、流出部１１４が形成されるときに、電気ヒューズ２００の構成材料が周囲に飛散するのをカバー部材４０４によりブロックすることができる。これにより、電気ヒューズ２００の構成材料の飛散物が他の素子に達しないようにすることができる。

第１の配線１０２は、図示したものに限られず、種々の形状とすることができるが、いずれの場合も、第１の配線１０２に電流を流したときに、加熱されやすく流出部１１４が形成されやすい領域と、流出部１１４が形成されたときに切断されやすい領域を有するように形成される。また、ビア１０６は、第１の配線１０２の最も加熱されやすい箇所に接続される。

以上のような構成により、第１の配線１０２の加熱された部分で第１の導電体２０２が流出して流出部１１４が形成される。これに伴い、第１の導電体２０２が流出部１１４の方向に移動して第１の配線１０２の切断されやすい箇所である細幅配線２０２ｂが切断されるとともに、ビア１０６を構成する第２の導電体２０４も流出部１１４の方向に吸い上げられ、ビア１０６も切断される。これにより、電気ヒューズ２００に２つの切断箇所が略同時に形成される。

図５は、図３および図４のＡ−Ａ’断面図の一例を示す図である。
図５（ａ）は、図３のＡ−Ａ’断面図、図５（ｂ）は、図４のＡ−Ａ’断面図である。ここでは、シングルダマシン構造の配線構造を示す。

図５（ａ）に示すように、半導体装置１００は、半導体基板（不図示）と、半導体基板上に、以下の順で形成された第１のエッチング阻止膜３０２、第１の層間絶縁膜３０４、第１の保護膜３０６、第２のエッチング阻止膜３０８、第２の層間絶縁膜３１０、第３のエッチング阻止膜３１２、第３の層間絶縁膜３１４、第２の保護膜３１６および第４のエッチング阻止膜３１８を含む。

切断前状態において、ビア１０６は、第１の配線１０２と第２の配線１０４とに電気的に接続して形成される。ここで、第２の配線１０４は、第１のエッチング阻止膜３０２、第１の層間絶縁膜３０４および第１の保護膜３０６内に形成される。また、ビア１０６は、第２のエッチング阻止膜３０８、第２の層間絶縁膜３１０および第３のエッチング阻止膜３１２内に形成される。また、第１の配線１０２は、第３のエッチング阻止膜３１２、第３の層間絶縁膜３１４および第２の保護膜３１６内に形成される。

第２の配線１０４、ビア１０６、および第１の配線１０２は、銅を主成分として含む銅含有金属膜により構成することができる。銅含有金属膜は、銀を含むことができる。さらに、銅含有金属膜は、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、または、Ｓｎから選択される一又は二以上の異種元素を含む構成とすることもできる。銅含有金属膜は、たとえばめっき法により形成することができる。また、銅含有金属膜の表面は、たとえばシリサイド膜が形成された構成とすることもできる。

さらに、第２の配線１０４、ビア１０６、および第１の配線１０２の側面および底面には、それぞれ、これらに接してこれらを覆うように設けられたバリアメタル膜３２０が形成されている。バリアメタル膜３２０は、高融点金属を含む構成とすることができる。バリアメタル膜３２０は、たとえば、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ等により構成することができる。

つまり、切断前の状態において、第２の配線１０４とビア１０６との間には、バリアメタル膜３２０がこれらに接して設けられる。また、ビア１０６と第１の配線１０２との間にも、バリアメタル膜３２０がこれらに接して設けられる。

第１の層間絶縁膜３０４および第３の層間絶縁膜３１４は、ＳｉＯＣ等の低誘電率膜により構成することができる。低誘電率膜としては、ＳｉＯＣの他に、ＨＳＱ（ハイドロジェンシルセスキオキサン）、ＭＳＱ（メチルシルセスキオキサン）、またはＭＨＳＱ（メチル化ハイドロジェンシルセスキオキサン）等のポリハイドロジェンシロキサン、ポリアリールエーテル（ＰＡＥ）、ジビニルシロキサンービスーベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、またはＳｉｌｋ（登録商標）等の芳香族含有有機材料、ＳＯＧ、ＦＯＸ(ｆｌｏｗａｂｌｅ ｏｘｉｄｅ)、サイトップ、またはＢＣＢ（Ｂｅｎｓｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）等を用いることもできる。また、低誘電率膜としては、これらのポーラス膜を用いることもできる。第１の層間絶縁膜３０４および第３の層間絶縁膜３１４は、同じ材料により構成しても、異なる材料により構成してもいずれでもよい。

また、第２の層間絶縁膜３１０は、第１の層間絶縁膜３０４や第３の層間絶縁膜３１４について上述したのと同様の材料により構成することができる。ただし、第２の層間絶縁膜３１０は、第１の層間絶縁膜３０４や第３の層間絶縁膜３１４との関係において、第１の層間絶縁膜３０４や第３の層間絶縁膜３１４よりもかたい材料により構成することが好ましい。たとえば、第２の層間絶縁膜３１０は、第１の層間絶縁膜３０４や第３の層間絶縁膜３１４よりもヤング率の高い材料により構成することができる。このような構成とすることにより、配線部分に流出部１１４を形成しやすくすることができるとともに、ビア１０６に第２の空隙部１１２ｂを形成しやすくすることができる。

一例として、ビア１０６が形成される第２の層間絶縁膜３１０をＳｉＯＣ（Black Diamond）により構成し、第１の配線１０２が形成される第３の層間絶縁膜３１４をＳｉＯＣ（Aurora）により構成することができる。ここで、Black DiamondおよびAuroraはいずれもＳｉＯＣのポーラス膜であるが、Auroraの方がBlack Diamondよりも比誘電率が低く、膜密度が低く、柔らかい膜である。

なお、このような構成に限られず、第２の層間絶縁膜３１０は、第１の層間絶縁膜３０４や第３の層間絶縁膜３１４と同じ材料により構成してもよい。この場合も、第１の配線１０２は電流印加により自己発熱し膨張量が大きいことに対して、ビア１０６は導体体積が小さく熱伝導による膨張量が小さいため、第１の配線１０２に流出部１１４を、ビア１０６に第２の空隙部１１２ｂを選択的に形成することができる。

第２のエッチング阻止膜３０８および第４のエッチング阻止膜３１８は、ビアホールや配線溝を形成する際のエッチング阻止膜として機能するとともに、第２の配線１０４や第１の配線１０２を構成する銅の拡散を防止する機能を有する。また、本実施の形態において、電気ヒューズ２００の被覆膜としても機能する。第２のエッチング阻止膜３０８および第４のエッチング阻止膜３１８は、第１の層間絶縁膜３０４や第３の層間絶縁膜３１４よりもかたい材料により構成することができる。第２のエッチング阻止膜３０８および第４のエッチング阻止膜３１８は、第１の層間絶縁膜３０４や第３の層間絶縁膜３１４よりもヤング率の高い材料により構成することができる。第２のエッチング阻止膜３０８および第４のエッチング阻止膜３１８は、たとえば、ＳｉＣＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＦまたはＳｉＯＮ等により構成することができる。

第１の保護膜３０６および第２の保護膜３１６は、第２の配線１０４および第１の配線１０２をそれぞれＣＭＰにより研磨する際に、第１の層間絶縁膜３０４および第３の層間絶縁膜３１４を保護する機能を有する。第１の保護膜３０６および第２の保護膜３１６は、たとえば、ＳｉＯ_２膜により構成することができる。

第１のエッチング阻止膜３０２および第３のエッチング阻止膜３１２は、第２のエッチング阻止膜３０８および第４のエッチング阻止膜３１８と同様の材料により構成することができる。また、ここでは図示していないが、第１のエッチング阻止膜３０２および第３のエッチング阻止膜３１２は、第２のエッチング阻止膜３０８および第４のエッチング阻止膜３１８と同様の材料により構成された第１の絶縁膜と、その上に形成され第１の保護膜３０６および第２の保護膜３１６と同様の材料に構成された第２の絶縁膜との積層膜とすることもできる。

なお、以上の構成の第２の配線１０４、ビア１０６、および第１の配線１０２等は、通常の多層配線構造と同工程で形成することができる。これにより、特別な工程を追加することなく、電気ヒューズ２００を形成することができる。

以上により、たとえば第１の配線１０２の周囲がバリアメタル膜３２０および第４のエッチング阻止膜３１８等の被覆膜で覆われ、さらにその周囲に被覆膜よりも柔らかい材料である第３の層間絶縁膜３１４が形成された構成とすることができる。

次に、このような構成の電気ヒューズ２００を切断する手順を説明する。
第１の端子２０６と第２の端子２０８との間に所定の電圧を印加して第１の配線１０２に過剰なパワーが印加されると、第１の配線１０２を構成する第１の導電体２０２が加熱されて膨張する。第１の導電体２０２は、柔らかい膜である第３の層間絶縁膜３１４の方向に膨張する。このとき、第１の導電体２０２は、第１の配線１０２の太幅配線２０２ａの折り返し領域である流出予定領域１１５で最も加熱され膨張する。そのため、第１の導電体２０２の膨張に伴い、流出予定領域１１５で、第１の配線１０２周囲に形成されたバリアメタル膜３２０等にクラックが生じ、第１の導電体２０２がクラックから第３の層間絶縁膜３１４中に流出する。つまり、第１の配線１０２を構成する第１の導電体２０２が、配線溝外部に流出する。これにより、図４および図５（ｂ）に示すように、流出部１１４が形成される。

さらに、第１の導電体２０２が流出部１１４の方向に急激に移動するため、導電体の移動が追いつかなかった箇所で導電体が切断される。本実施の形態において、第１の被切断部位２０１およびビア１０６部分で導電体が切断され、第１の空隙部１１２ａおよび第２の空隙部１１２ｂがそれぞれ形成される。このようなメカニズムにより、流出部１１４と第１の空隙部１１２ａおよび第２の空隙部１１２ｂとをそれぞれ離れた箇所に形成することができる。

また、本実施の形態において、ビア１０６と第２の配線１０４との間にバリアメタル膜３２０が設けられているため、バリアメタル膜３２０が第２の配線１０４から剥離しやすく、バリアメタル膜３２０と第２の配線１０４との間に第２の空隙部１１２ｂが形成されやすくなる。

さらに、切断状態において、ビア１０６を構成する第２の導電体２０４がバリアメタル膜３２０とともに移動してバリアメタル膜３２０と第２の配線１０４との間に第２の空隙部１１２ｂが形成される。そのため、この後の工程で熱処理等が行われても、バリアメタル膜３２０により、銅含有金属膜が再び移動してビア１０６と第２の配線１０４との間で再接続が生じるのを防ぐことができる。これにより、半導体装置１００の耐熱性を向上することができる。流出部１１４と第２の空隙部１１２ｂとの間には、バリアメタル膜３２０が二重で形成されるため、銅含有金属膜の移動をより阻止することができる。

なお、以上では、バリアメタル膜３２０等にクラックが生じる例を説明したが、第１の配線１０２が加熱されて膨張すると、第４のエッチング阻止膜３１８が第１の配線１０２や第２の保護膜３１６から剥離して、これらの間に隙間が生じることもある。この場合、隙間部分に第１の導電体２０２が流れ込み、流出部１１４が形成される。この場合でも、第１の導電体２０２が流出部１１４の方向に移動することにより、第１の被切断部位２０１およびビア１０６部分に第２の空隙部１１２ｂが形成される。

図６は、図３および図４のＡ−Ａ’断面図の他の例を示す図である。
図６（ａ）は、図３のＡ−Ａ’断面図、図６（ｂ）は、図４のＡ−Ａ’断面図である。

ここでは、配線構造がデュアルダマシン構造を有する点で図５に示した例と異なる。また、ビア１０６と第１の配線１０２とがデュアルダマシン配線として一体に形成される。ビア１０６は、第２のエッチング阻止膜３０８、第２の層間絶縁膜３１０および第３のエッチング阻止膜３１２内に形成される。また、第１の配線１０２は、第３のエッチング阻止膜３１２、第３の層間絶縁膜３１４および第２の保護膜３１６内に形成される。

ビア１０６および第１の配線１０２により構成されるデュアルダマシン配線は、側面および底面がバリアメタル膜３２０で覆われた構成を有する。切断前の状態において、ビア１０６と第２の配線１０４との間には、バリアメタル膜３２０がこれらに接して設けられる。

以上のような構成の電気ヒューズ２００において、第１の配線１０２に過剰なパワーが印加されると、第１の配線１０２を構成する第１の導電体２０２が膨張して、柔らかい膜である第３の層間絶縁膜３１４の方向に膨張する。第１の導電体２０２の膨張に伴い、バリアメタル膜３２０にクラックが生じ、第１の導電体２０２が第３の層間絶縁膜３１４内に流出する。これにより、図６（ｂ）に示すように、流出部１１４が形成される。第１の配線１０２は、第１の導電体２０２の移動が追いつかなかった箇所で切断される。本実施の形態において、細幅配線２０２ｂの第１の被切断部位２０１で第１の導電体２０２が切断され、第１の空隙部１１２ａが形成される。

さらに、これに伴い、第２の導電体２０４も流出部１１４の方向に急激に移動するため、第２の導電体２０４の移動が追いつかなかった箇所で第２の導電体２０４が切断される。本実施の形態において、ビア１０６部分で第２の導電体２０４が切断され、第２の空隙部１１２ｂが形成される。また、本実施の形態において、ビア１０６と第２の配線１０４との間にバリアメタル膜３２０が設けられているため、バリアメタル膜３２０が第２の配線１０４から剥離しやすく、バリアメタル膜３２０と第２の配線１０４との間に第２の空隙部１１２ｂが形成されやすくなる。

さらに、切断状態において、ビア１０６を構成する第２の導電体２０４がバリアメタル膜３２０とともに移動してバリアメタル膜３２０と第２の配線１０４との間に第２の空隙部１１２ｂが形成される。そのため、この後の工程で熱処理等が行われても、バリアメタル膜３２０により、銅含有金属膜が再び移動してビア１０６と第２の配線１０４との間で再接続が生じるのを防ぐようにすることができる。これにより、半導体装置１００の耐熱性を向上することができる。

以上のように、本実施の形態における電気ヒューズ２００を含む半導体装置１００によれば、一度の処理で、２つの切断箇所を形成することができる。これにより、２つの切断箇所の切断状態に基づき、電気ヒューズ２００の切断状態を判定することができる。これにより、第１の被切断部位２０１または第２の被切断部位２０３のいずれか一方が切断されていれば、電気ヒューズ２００が切断されていると判定することができ、判定精度を高めることができる。また、切断された電気ヒューズ２００の切断状態を良好に保つこともできる。また、第２の被切断部位２０３において、ビアが切断されるため、電気ヒューズ２００の再接続率を低減することができ、切断状態をより良好に保つことができる。

さらに、本実施の形態における半導体装置１００によれば、電気ヒューズ２００が多層配線構造により構成されるため、積層方向に配置することができ、電気ヒューズの形成面積を低減することもできる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

本発明の実施の形態における電気ヒューズの構成を示すレイアウト図である。 電気ヒューズを含む半導体装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の構成を示す上面模式図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の構成を示す上面模式図である。 図３および図４のＡ−Ａ’断面図の一例を示す図である。 図３および図４のＡ−Ａ’断面図の他の例を示す図である。 従来の電気ヒューズの一例を示す平面図である。 従来のヒューズレイアウトを示す図である。

符号の説明

１００ 半導体装置
１０２ 第１の配線
１０４ 第２の配線
１０６ ビア
１１２ａ 第１の空隙部
１１２ｂ 第２の空隙部
１１４ 流出部
１１５ 流出予定領域
２００ 電気ヒューズ
２０１ 第１の被切断部位
２０２ 第１の導電体
２０２ａ 太幅配線
２０２ｂ 細幅配線
２０３ 第２の被切断部位
２０４ 第２の導電体
２０６ 第１の端子
２０８ 第２の端子
２１０ 第３の端子
２１２ トランジスタ
２１４ 判定回路
３０２ 第１のエッチング阻止膜
３０４ 第１の層間絶縁膜
３０６ 第１の保護膜
３０８ 第２のエッチング阻止膜
３１０ 第２の層間絶縁膜
３１２ 第３のエッチング阻止膜
３１４ 第３の層間絶縁膜
３１６ 第２の保護膜
３１８ 第４のエッチング阻止膜
３２０ バリアメタル膜
４００ 電極
４０２ ビア
４０４ カバー部材
１０１０ ヒューズレイアウト
１０１１ ヒューズ部
１０１１ 溶断型ヒューズ部
１０１２ ヒューズ部
１０１３ ヒューズパッド
１０１４ ヒューズパッド
１０１５ ヒューズパッド
１１００ ヒューズ
１１０１ 電流流入端子
１１０２ 電流流出端子
１１０３ 第１往路直線部
１１０４ 復路直線部
１１０６ 第１直角接続部
１１０７ 第２直角接続部
１１０８ 斜線部
１１０９ 斜線部
１１１３ 第２往路直線部

Claims (13)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板上に形成され、第１の被切断部位を含む第１の導電体と、前記第１の導電体に分岐して接続され、第２の被切断部位を含む第２の導電体とを含む電気ヒューズと、
   を含み、
   切断状態において、前記第１の被切断部位および前記第２の被切断部位との間に、前記第１の導電体が外方に流出してなる流出部が形成される半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記電気ヒューズの前記第１の被切断部位および前記第２の被切断部位を切断するための電流流入端子および電流流出端子が、前記第１の導電体の一端および他端にそれぞれ設けられた半導体装置。
3. 請求項１または２に記載の半導体装置において、
   前記電気ヒューズは、前記半導体基板上において、それぞれ異なる層に形成された第１の配線と、前記第１の配線に接続されたビアと、前記ビアに接続された第２の配線とにより構成され、
   前記第１の配線は、前記第１の導電体により構成されるとともに前記第１の被切断部位を含み、
   前記ビアは、前記第２の導電体により構成されるとともに前記第２の被切断部位を含み、
   切断前状態において、前記ビアは、前記第１の配線と前記第２の配線とに電気的に接続して形成され、
   切断状態において、前記第１の配線に第１の空隙部が形成されるとともに前記ビアと前記第２の配線との間または前記ビアに第２の空隙部が形成される半導体装置。
4. 請求項３に記載の半導体装置において、
   前記第１の配線、前記第２の配線および前記ビアは、銅を主成分として含む銅含有金属膜により構成され、
   切断前状態において、前記第２の配線と前記ビアとの間にこれらに接して設けられた第１のバリアメタル膜をさらに含み、
   切断状態において、前記第１のバリアメタル膜と前記第２の配線との間に前記第２の空隙部が形成される半導体装置。
5. 請求項３または４に記載の半導体装置において、
   前記半導体基板上において、前記第１の配線、前記ビア、および前記第２の配線の周囲に形成された絶縁膜をさらに含み、
   前記第１の配線は、前記絶縁膜に形成された配線溝内に形成され、前記流出部は、前記第１の導電体が前記配線溝外に流出して形成される半導体装置。
6. 請求項５に記載の半導体装置において、
   切断状態において、前記第１の配線の周囲に形成された前記絶縁膜にはクラックが設けられ、前記流出部は、前記第１の導電体が前記クラック内に流出して形成される半導体装置。
7. 請求項３から６いずれかに記載の半導体装置において、
   前記第１の配線は、細幅配線と、当該細幅配線に接続され、当該細幅配線よりも配線幅が広く形成された太幅配線とを含み、
   前記第１の被切断部位は、前記細幅配線における前記太幅配線との接続箇所近傍に形成され、前記流出部は、前記太幅配線に形成される半導体装置。
8. 請求項７に記載の半導体装置において、
   前記太幅配線は、折り返しにより複数の直線部が並行配置された折り返し領域を有し、前記流出部は、前記折り返し領域に形成される半導体装置。
9. 請求項８に記載の半導体装置において、
   前記細幅配線は、前記折り返し領域外で前記太幅配線に接続された半導体装置。
10. 請求項８または９に記載の半導体装置において、
    前記ビアは、前記折り返し領域で前記第１の配線の前記太幅配線に接続された半導体装置。
11. 請求項７から１０いずれかに記載の半導体装置において、
    前記ビアは、前記第１の配線の前記太幅配線に接続された半導体装置。
12. 請求項１から１１いずれかに記載の半導体装置において、
    前記第１の被切断部位は、前記第２の被切断部位を介して、切断状態を判定する判定回路に接続された半導体装置。
13. 半導体基板上に形成され、第１の被切断部位を含む第１の導電体と、前記第１の導電体に分岐して接続され、第２の被切断部位を含む第２の導電体とを含む電気ヒューズの切断方法であって、
    前記第１の導電体に電流を流し、前記第１の導電体における前記第２の導電体との接続箇所近傍で、当該第１の導電体を外方に流出させて前記第１の被切断部位および前記第２の被切断部位を切断する電気ヒューズの切断方法。
    

Images