JP2009141266A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気ヒューズを切断する際のショートを防ぐことができる。
【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、それぞれ異なる層に形成された第１の配線１２２と、第２の配線１３４と、第１の配線１２２と第２の配線１３４の間の層に設けられ、第２の配線１３４の一端部分に接続されるとともに第１の配線１２２に接続されたビア１２８とを含む電気ヒューズ２００と、第２の配線１３４と同層に形成され、第２の配線１３４の一端部分の周囲を取り囲むように形成されたガード配線部１６０とを含む。平面視において、第２の配線１３４は、他端から一端部分の方向に延在して形成され、ガード配線部１６０は、第２の配線１３４の一端部分を中心として、当該一端部分の周囲三方を取り囲むように形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置に関し、とくに電気ヒューズを含む半導体装置に関する。

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１〜４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２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１２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、内側の斜線部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、ヒューズ溶断部の下方および上方がプレートで覆われ、側方がビアで覆われた構成が記載されている。これにより、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なっている。

特許文献４（特開２００６−２５３２３７号公報）には、第１の配線と、第１の配線の上方に絶縁膜を挟んで形成された第２の配線と、第１の配線と第２の配線とを接続するように絶縁膜中に形成された第１のビアとからなるヒューズ素子が記載されている。ここで、第１のビアの主要部は、第１の配線および第２の配線のそれぞれの主要部と比べてエレクトロマイグレーションを起こしやすい材料により構成されている。また、ビアの周囲にビアを加熱するヒータ配線を設けた構成が記載されている。これにより、ビア切断時におけるビア周囲の温度を上げることができ、効率的にビアを切断できるとされている。
米国特許４０６４４９３号 特開２００５−３９２２０号公報 特開２００５−５７１８６号公報 特開２００６−２５３２３７号公報

しかし、従来の電気ヒューズの構成では、ヒューズが切断された際に、ヒューズ内でのショートやヒューズ周囲の素子とのショートが生じ得るという問題があった。特許文献３に記載された技術では、配線の側方にはビアが形成されているが、ヒューズを構成する配線の端部同士が隣接配置されているため、配線間でのショートが生じるという問題があった。また、特許文献４に記載された技術では、ビア部分の周囲にヒータ配線が設けられているが、配線の周囲に保護する部材がないため、配線を構成する材料が溶断した場合に、ショートが生じるという問題がある。

ところで、本出願人は、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。

特許文献１〜４に記載されたように、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ヒューズを切断した場合、ヒューズ切断後に半導体装置に熱処理が施されると、材料がエレクトロマイグレーションにより再度移動して、切断箇所で再接続が生じる可能性が考えられる。もし、このような再接続が生じてしまうと、切断対象の電気ヒューズを切断しておいても、その電気ヒューズが切断されているか否かを検知する際に、正しい結果が得られないことになる。以上のような再接続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。

しかし、本出願人が見出したヒューズの切断方法によれば、導電体が流出する箇所とは異なる位置に切断箇所を大きく形成することができる。これにより、切断された電気ヒューズが再接続される可能性を大幅に低減することができる。一方、導電体の流出量が多くなるため、流出した導電体のショートを防ぐことが重要になる。

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、それぞれ異なる層に形成された第１の配線と、第２の配線と、前記第１の配線と前記第２の配線の間の層に設けられ、前記第２の配線の一端部分に接続されるとともに前記第１の配線に接続されたビアとを含む電気ヒューズと、
前記第２の配線と同層に形成され、前記第２の配線の前記一端部分の周囲を取り囲むように形成されたガード配線部と、
を含み、
平面視において、前記第２の配線は、他端から前記一端部分の方向に延在して形成され、前記ガード配線部は、前記第２の配線の前記一端部分を中心として、当該一端部分の周囲三方を取り囲むように形成された半導体装置が提供される。

このような構成とすることにより、電気ヒューズの切断時に、第２の配線の一端部分から電気ヒューズを構成する導電体が流出等する際にも、導電体がガード配線部によりガードされるので、他の素子等とのショートを防ぐことができる。

なお、本発明の電気ヒューズは以下の手順で切断することができる。
第１の配線と第２の配線との間に所定の電圧を印加して電気ヒューズに電流を流し、電気ヒューズを構成する導電体を第２の配線から外方に流出させて、導電体をビアから第２の配線の方向に移動させることにより、ビアと第１の配線との間またはビアに切断箇所を形成する。このとき、第２の配線の一端部分から導電体が流出しやすく、一端部分の先方に流出部が形成される。本発明の半導体装置の構成によれば、第２の配線の一端部分の先方に流出部が形成されても、流出部がガード配線部によりガードされるので、流出部が他の素子等とショートを起こすのを効果的に防ぐことができる。

本発明によれば、電気ヒューズを切断する際のショートを防ぐことができる。

以下の実施の形態において、同様の構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
本発明の実施の形態において、電気ヒューズは、配線、ビアおよび配線の積層構造により構成することができる。これらの配線およびビアは、それぞれ絶縁膜中に形成された構成とすることができる。また、配線およびビアを構成する導電体は、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。さらに、配線およびビアの側壁および底面がそれぞれバリアメタル膜で覆われた構成とすることができる。また、配線表面には、バリア絶縁膜が形成された構成とすることができる。

本実施の形態において、このような構成の電気ヒューズは、以下の手順で切断される。
（１）電気ヒューズに過剰なパワーを印加して、たとえば上層配線から電子を過剰に注入することで、配線およびビアを加熱する。
（２）加熱された配線およびビアを構成する導電体が膨張し、周囲の絶縁膜やバリアメタル膜にクラックが発生する。このとき、半導体基板の面内方向の面積が大きい配線（すなわち体積の大きい配線）周囲にクラックが発生する。
（３）絶縁膜やバリアメタル膜のクラック中に導電体が流出し、電気ヒューズを構成する導電体の密度が下がる。
（４）これに伴い、半導体基板の面内方向の面積が小さいビア部分（すなわち体積の小さいビア部分）の導電体が導電体が流出した方向に吸い上げられる。これにより、ビア部分に切断箇所が生じ、電気ヒューズが切断される。

なお、以上の手法による電気ヒューズの切断方法を、「クラックアシスト型」という。まず、図６から図１０を参照して、クラックアシスト型で電気ヒューズを切断する際の動作を説明する。図６は、本実施の形態における電気ヒューズ２００の構成を示す上面模式図である。図７は、図６のＣ−Ｃ’断面図、図８は、図６のＤ−Ｄ’断面図である。図７（ａ）および図８（ａ）は電気ヒューズ２００の切断前の状態、図７（ｂ）および図８（ｂ）は電気ヒューズ２００の切断後の状態をそれぞれ示す。

電気ヒューズ２００は、半導体基板上のそれぞれ異なる層に形成された第１の配線１２２と、第２の配線１３４と、第１の配線１２２と第２の配線１３４との間の層に形成され、第２の配線１３４の一端部分に接続されるとともに第１の配線１２２に接続されたビア１２８とを含む。図７および図８に示すように、本実施の形態において、第１の配線１２２、ビア１２８、および第２の配線１３４がこの順に下から形成される。切断前の状態では、第１の配線１２２と第２の配線１３４とは、これらの間に形成されたビア１２８により電気的に接続される。

本実施の形態において、第２の配線１３４の方が第１の配線１２２よりも体積が大きく形成される。たとえば、第１の配線１２２と第２の配線１３４との膜厚を略同一として、第２の配線１３４は、第１の配線１２２よりも半導体基板の面内方向における平面配置において、面積が広く形成される。

本実施の形態において、電気ヒューズ２００は、第１の配線１２２からビア１２８を介して第２の配線１３４の方向に電流を流すことにより、電気ヒューズ２００を構成する導電体が切断される電気ヒューズ（Ｅヒューズ）である。ここで、電気ヒューズ２００の切断時には、第１の配線１２２を高電圧（たとえばＶｃｃ）とするとともに、第２の配線１３４を低電圧（たとえば接地）とする。第１の配線１２２と第２の配線１３４との間には、たとえば２〜５Ｖ程度の電圧を印加する。これにより、第１の配線１２２と第２の配線１３４との間に過剰なパワーが印加され、第１の配線１２２から第２の配線１３４の方向に電流が流れる。その結果、第１の配線１２２、ビア１２８、および第２の配線１３４を構成する導電体が膨張する。ここで、体積が大きい第２の配線１３４において、加熱された導電体が周囲に及ぼす力が最も大きくなる。そのため、第２の配線１３４周囲にクラックが形成され、電気ヒューズ２００を構成する導電体がクラックから外方に流出してなる流出部１４２が形成される。

また、このとき、電子は第２の配線１３４から第１の配線１２２の方向に移動している（図７（ａ）および図８（ａ）参照）。そのため、第２の配線１３４において加熱された導電体が周囲に及ぼす力は、電子の移動方向において最も大きくなる。その結果、図８（ｂ）に示すように、第２の配線１３４がビア１２８と接続される一端部分の先方に最も流出部１４２が形成されやすくなる。また、図７（ｂ）に示すように、第２の配線１３４の側方および側方上方にも流出部１４２が形成されることがある。

さらに、第２の配線１３４において流出部１４２が形成されると、導電体が流出部１４２の方向に移動し、ビア１２８を構成する導電体が流出部１４２の方向に吸い上げられる。この結果、ビア１２８部分に切断箇所（空隙部）１４０が形成される（（図７（ｂ）および図８（ｂ）参照）。

図９は、図８に示した電気ヒューズ２００が組み込まれた半導体装置１００の構成を具体的に示す断面図である。図９（ａ）は切断前、図９（ｂ）は切断後の状態を示す。ここでは、電気ヒューズ２００がシングルダマシン構造の配線構造を有する場合を例として示す。

図９（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１０２、第１の層間絶縁膜１０４、第１の保護膜１０６、第２のエッチング阻止膜１０８、第２の層間絶縁膜１１０、第３のエッチング阻止膜１１２、第３の層間絶縁膜１１４、第２の保護膜１１６および第４のエッチング阻止膜１１８を含む。

第１の配線１２２は、第１のエッチング阻止膜１０２、第１の層間絶縁膜１０４および第１の保護膜１０６内に形成される。また、ビア１２８は、第２のエッチング阻止膜１０８、第２の層間絶縁膜１１０および第３のエッチング阻止膜１１２内に形成される。また、第２の配線１３４は、第３のエッチング阻止膜１１２、第３の層間絶縁膜１１４および第２の保護膜１１６内に形成される。

第１の配線１２２、ビア１２８、および第２の配線１３４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１の配線１２２、ビア１２８、および第２の配線１３４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第１のバリアメタル膜１２０、第２のバリアメタル膜１２６、および第３のバリアメタル膜１３２が形成されている。バリアメタル膜は、高融点金属を含む構成とすることができる。第１のバリアメタル膜１２０、第２のバリアメタル膜１２６、および第３のバリアメタル膜１３２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１の配線１２２とビア１２８との間には、第２のバリアメタル膜１２６がこれらに接して設けられる。また、ビア１２８と第２の配線１３４との間には、第３のバリアメタル膜１３２がこれらに接して設けられる。

第１の層間絶縁膜１０４および第３の層間絶縁膜１１４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−ビス−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（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）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１０４および第３の層間絶縁膜１１４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１１０は、第１の層間絶縁膜１０４や第３の層間絶縁膜１１４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１１０は、第１の層間絶縁膜１０４や第３の層間絶縁膜１１４との関係において、第１の層間絶縁膜１０４や第３の層間絶縁膜１１４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１１０は、第１の層間絶縁膜１０４や第３の層間絶縁膜１１４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１４２を形成しやすくすることができる。

なお、このような構成に限られず、第２の層間絶縁膜１１０は、第１の層間絶縁膜１０４や第３の層間絶縁膜１１４と同じ材料により構成してもよい。この場合も、ビア１２８は、半導体基板の面内方向における面積が配線に比べて非常に狭いので、配線部分に選択的に流出部１４２を形成することができる。

第２のエッチング阻止膜１０８および第４のエッチング阻止膜１１８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１の配線１２２や第２の配線１３４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１０８および第４のエッチング阻止膜１１８は、第１の層間絶縁膜１０４や第３の層間絶縁膜１１４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１０８および第４のエッチング阻止膜１１８は、第１の層間絶縁膜１０４や第３の層間絶縁膜１１４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１０８および第４のエッチング阻止膜１１８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１０６および第２の保護膜１１６は、第１の配線１２２および第２の配線１３４をそれぞれＣＭＰにより研磨する際に、第１の層間絶縁膜１０４および第３の層間絶縁膜１１４を保護する機能を有する。第１の保護膜１０６および第２の保護膜１１６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１０２および第３のエッチング阻止膜１１２は、第２のエッチング阻止膜１０８および第４のエッチング阻止膜１１８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１０２および第３のエッチング阻止膜１１２は、第２のエッチング阻止膜１０８および第４のエッチング阻止膜１１８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１０６および第２の保護膜１１６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１の配線１２２、ビア１２８、および第２の配線１３４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２の配線１３４の周囲が第３のバリアメタル膜１３２および第４のエッチング阻止膜１１８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１１４が形成された構成とすることができる。また、第２の配線１３４は、ビア１２８や第１の配線１２２よりも、半導体基板の面内方向における面積が広く形成される。

このような構成の電気ヒューズ２００において、第１の配線１２２と第２の配線１３４との間に所定の電圧を印加して電気ヒューズ２００に過剰なパワーが印加されると、電気ヒューズ２００の第２の配線１３４を構成する導電体が膨張して、柔らかい膜である第３の層間絶縁膜１１４の方向に膨張する。導電体の膨張に伴い、第３のバリアメタル膜１３２等にクラックが生じ、第２の配線１３４を構成する導電体がクラックから第３の層間絶縁膜１１４中に流出する。つまり、第２の配線１３４を構成する導電体が、配線溝外部に流出する。これにより、図９（ｂ）に示すように、流出部１４２が形成される。

さらに、導電体が流出部１４２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、ビア１２８部分で導電体が切断され、切断箇所１４０が形成される。このようなメカニズムにより、流出部１４２からある程度離れた箇所に大きな切断箇所１４０が形成される。

また、本実施の形態において、ビア１２８と第１の配線１２２との間に第２のバリアメタル膜１２６が設けられているため、第２のバリアメタル膜１２６が第１の配線１２２から剥離しやすく、第２のバリアメタル膜１２６と第１の配線１２２との間に切断箇所１４０が形成されやすくなる。

さらに、切断状態において、ビア１２８を構成する導電体が第２のバリアメタル膜１２６とともに移動して第２のバリアメタル膜１２６と第１の配線１２２との間に切断箇所１４０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、第２のバリアメタル膜１２６が銅含有金属膜により構成された導電体が再び移動して第１の配線１２２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１４２と切断箇所１４０との間には、第２のバリアメタル膜１２６と第３のバリアメタル膜１３２が二重で形成されるため、導電体の移動をより阻止することができる。

本実施の形態で説明したような構成の電気ヒューズ２００を、エレクトロマイグレーションにより導電体が移動する現象を用いて切断しようとすると、バリアメタル膜の存在により、エレクトロマイグレーションが抑えられて電気ヒューズを効率よく切断するのが困難である。しかし、このような構成の電気ヒューズ２００をクラックアシスト型で切断することにより、電気ヒューズ２００切断時には、導電体が超高温となり、高融点金属であるバリアメタル膜も移動して電気ヒューズ２００を良好に切断することができるとともに、その後の工程での移動を阻止して再接続を効果的に抑えることができる。

本実施の形態において、電気ヒューズ２００は、以上のようなメカニズムのクラックアシスト型で切断されるため、必然的に切断箇所１４０が流出部１４２とは異なる領域に形成される。これによって、電気ヒューズ２００の再接続を防ぐことができる。

図１０は、図８に示した電気ヒューズ２００が組み込まれた半導体装置１００の構成を具体的に示す断面図である。図１０（ａ）は切断前、図１０（ｂ）は切断後の状態を示す。ここでは、電気ヒューズ２００がデュアルダマシン構造を有する点で図９に示した例と異なる。

ここでは、ビア１２８と第２の配線１３４とがデュアルダマシン配線１５４として一体に形成される。切断前において、電気ヒューズ２００は、第１の配線１２２および第１の配線１２２に電気的に接続されたデュアルダマシン配線１５４（ビア１２８および第２の配線１３４）により構成される。ビア１２８は、第２のエッチング阻止膜１０８、第２の層間絶縁膜１１０および第３のエッチング阻止膜１１２内に形成される。また、第２の配線１３４は、第３のエッチング阻止膜１１２、第３の層間絶縁膜１１４および第２の保護膜１１６内に形成される。

また、デュアルダマシン配線１５４は、側面および底面が第５のバリアメタル膜１５０で覆われた構成を有する。第５のバリアメタル膜１５０も第２のバリアメタル膜１２６や第３のバリアメタル膜１３２等と同様の材料により構成することができる。切断前の状態において、ビア１２８と第１の配線１２２との間には、第５のバリアメタル膜１５０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に過剰なパワーが印加されると、第２の配線１３４を構成する導電体が膨張して、柔らかい膜である第３の層間絶縁膜１１４の方向に膨張する。導電体の膨張に伴い、第５のバリアメタル膜１５０等にクラックが生じ、第２の配線１３４を構成する導電体が第３の層間絶縁膜１１４中に流出する。これにより、図１０（ｂ）に示すように、流出部１４２が形成される。

さらに、導電体が流出部１４２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、ビア１２８部分で導電体が切断され、切断箇所１４０が形成される。また、本実施の形態において、ビア１２８と第１の配線１２２との間に第５のバリアメタル膜１５０が設けられているため、第５のバリアメタル膜１５０が第１の配線１２２から剥離しやすく、第５のバリアメタル膜１５０と第１の配線１２２との間に切断箇所１４０が形成されやすくなる。

さらに、切断状態において、ビア１２８を構成する導電体が第５のバリアメタル膜１５０とともに移動して第５のバリアメタル膜１５０と第１の配線１２２との間に切断箇所１４０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、第５のバリアメタル膜１５０が銅含有金属膜により構成された導電体が再び移動して第１の配線１２２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。

以上の構成により、以下の効果が得られる。
（１）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ができる。
（２）また、ビアが切断されるため、切断後の導電体の再接続確率を低減させることができる。
（３）電気ヒューズ２００が一平面に形成されている場合、本来電気的に切断されているべき導電体間に流出部１４２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、たとえば切断した電気ヒューズが流出部１４２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、切断箇所である切断箇所１４０と流出部１４２とが異なる層に形成されるため、このようなブリッジの問題も防ぐことができる。

ところで、以上で説明したように、クラックアシスト型で電気ヒューズ２００を切断する際に、電気ヒューズ２００を構成する導電体が変形して周囲に多量に流出して流出部１４２が形成される。このとき、流出部１４２が周囲の素子と接続する等して周囲の素子に影響を与え、ショートが生じる危険がある。そこで、本実施の形態においては、電気ヒューズ２００の周囲、とくに第２の配線１３４の一端部分の先方にガードメタルを配置することとした。さらに、以下においては、第２の配線１３４の側方および側方上方に流出部１４２が生じた場合でも、ショートを防ぐことのできるガード部材を設けた構成を示す。

図１は、電気ヒューズ２００の周囲にガード配線部１６０を設けた半導体装置１００の構成を示す上面模式図である。図１では、わかりやすくするために絶縁膜の記載を省略している。図２は、図１のＡ−Ａ’断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ’断面図である。図２（ａ）および図３（ａ）は電気ヒューズの切断前の状態、図２（ｂ）および図３（ｂ）は電気ヒューズの切断後の状態をそれぞれ示す。

電気ヒューズ２００の構成は、図６から図１０を参照して説明したのと同様とすることができる。なお、本実施の形態において、ビア１２８が第２の配線１３４の一端部分に接続されるとしているが、ここで一端部分とは、第２の配線１３４の一端の端面だけでなく、端面から多少の幅を隔てた部分も含む。すなわち、ビア１２８は、第２の配線１３４の一端の端面から多少の幅を隔てた部分に設けられていてもよい。また、とくに限定されないが、第１の配線１２２および第２の配線１３４は、ビア１２８との接続部分において、ビア１２８のビア径よりも広めに形成する必要はない。すなわち、通常の多層配線構造においては、ビアと配線との電気的接続を確実にするために、ビアとの接続部分において、配線幅を広くする必要があるが、本実施の形態の電気ヒューズ２００においては、とくにそのような構成とする必要はない。

半導体装置１００は、電気ヒューズ２００に加え、第２の配線１３４と同層に形成され、第２の配線１３４の一端部分の周囲を取り囲むように形成されたガード配線部１６０をさらに含む。ここで、図１に示すように、第２の配線１３４は、他端から一端部分の方向に延在して形成され、ガード配線部１６０は、第２の配線１３４の一端部分を中心として、当該一端部分の周囲三方を取り囲むように形成される。ガード配線部１６０は、電気ヒューズ２００とは電気的に接続されない構成とすることができる。

具体的には、ガード配線部１６０は、第２の配線１３４の両側方に第２の配線１３４に略平行に延在するとともに第２の配線１３４より一端部分の先方方向に長く延在して設けられた第３の配線１６０ａおよび第４の配線１６０ｂと、第２の配線１３４の他端とは反対側の一端部分の先方に、第２の配線１３４に略垂直な方向に延在して設けられた第５の配線１６０ｃとを含む。本実施の形態において、ガード配線部１６０は、第３の配線１６０ａおよび第４の配線１６０ｂが、第５の配線１６０ｃを介して接続されたコの字形状を有している。

このような構成とすることにより、図２（ｂ）に示すように、電気ヒューズ２００の切断時に、第２の配線１３４の一端部分の先方に流出部１４２が形成されても、流出部１４２が第５の配線１６０ｃによりガードされるので、流出部１４２が他の素子等とショートを起こすのを効果的に防ぐことができる。

なお、第３の配線１６０ａ、第４の配線１６０ｂ、および第５の配線１６０ｃは、流出部１４２による周囲の素子とのショートを防げるようになっていればよく、他の例において、たとえば図１１に示したように、互いに接続されていなくてもよい。この場合でも同様の効果が得られる。

さらに、図２に示すように、本実施の形態において、半導体装置１００は、第２の配線１３４が形成された層の上層の第３の配線１６０ａおよび第４の配線１６０ｂの上にそれぞれこれらに接続して形成された周囲ビア１６８ａおよび周囲ビア１６８ｂと、周囲ビア１６８ａおよび周囲ビア１６８ｂの上層にこれらに接続して形成されるとともに、平面視においてガード配線部１６０を覆うように形成された上部プレート１６６と、を含む。このような構成とすることにより、第２の配線１３４の側方および側方上方に流出部１４２が生じた場合でも、ショートを防ぐことができる。なお、ここでは、絶縁膜を１０１として模式的に示しているが、半導体装置１００の絶縁膜は、図９および図１０を参照して説明したように、多層構造とすることができる。

さらに、本実施の形態において、半導体装置１００は、第１の配線１２２と同層に形成され、第３の配線１６０ａおよび第４の配線１６０ｂの下方にそれぞれ形成された第６の配線１６２ａおよび第７の配線１６２ｂと、ビア１２８と同層に形成され、第３の配線１６０ａと第６の配線１６２ａとを接続する周囲ビア１６４ａおよび第４の配線１６０ｂと第７の配線１６２ｂとを接続する周囲ビア１６４ｂと、を含む。このような構成とすることにより、より確実に流出部１４２によるショートを防ぐことができる。

図４は、各層の構成を示す上面図である。
最下層のＭ１層には、第１の配線１２２が形成される。Ｍ１層上のｖｉａ１層には、ビア１２８が形成される。ｖｉａ１層の上のＭ２層には、第２の配線１３４と、第３の配線１６０ａ、第４の配線１６０ｂ、および第５の配線１６０ｃを含むガード配線部１６０とが形成される。なお、ここでは、Ｍ１層の第６の配線１６２ａおよび第７の配線１６２ｂ、ｖｉａ１の周囲ビア１６４ａおよび周囲ビア１６４ｂを省略しているが、第６の配線１６２ａおよび周囲ビア１６４ａはＭ２層の第３の配線１６０ａに対応する位置、第７の配線１６２ｂおよび周囲ビア１６４ｂはＭ２層の第４の配線１６０ｂに対応する位置に、それぞれ設けられる。

さらに、Ｍ２層上のｖｉａ２層には、周囲ビア１６８ａおよび周囲ビア１６８ｂが、それぞれＭ２層の第３の配線１６０ａおよび第４の配線１６０ｂに対応する位置に形成される。ｖｉａ２層上のＭ３層には、上部プレート１６６が形成される。

図５は、図１に示した半導体装置１００の具体的な構成を示す上面図である。
第１の配線１２２は、一端がビア１２８と接続され、他端が第１の端子２０２と接続される。また、第２の配線１３４は、一端がビア１２８と接続され、他端が第２の端子２０４と接続される。

第１の端子２０２および第２の端子２０４は、第１の配線１２２や第２の配線１３４よりも幅広に形成することができる。一例として、第１の配線１２２や第２の配線１３４の幅を０．１μｍ、第１の端子２０２および第２の端子２０４の幅を０．３μｍとすることができる。ただし、配線幅を広くすると放熱しやすくなるため、流出部を形成するための配線近傍に幅広の第１の端子２０２や第２の端子２０４を設けると、流出部が形成されづらくなったり、電気ヒューズ２００が切断されづらくなるおそれがある。そのため、第１の端子２０２や第２の端子２０４を第１の配線１２２や第２の配線１３４より幅広に形成した場合、第１の端子２０２および第２の端子２０４は、流出部や切断箇所からある程度離れた位置に設けることができる。また、第１の端子２０２や第２の端子２０４は、第１の配線１２２や第２の配線１３４と同幅に形成することもできる。

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、図６から図１０を参照して示した効果に加え、電気ヒューズ２００を切断する際および切断後のショートを防ぐことができる。

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。

また、以上では、第２の配線１３４が第１の配線１２２よりも上層に設けられた例を説明したが、第２の配線１３４が第１の配線１２２よりも下層に設けられた場合でも同様となる。すなわち、第２の配線１３４の体積を第１の配線１２２の体積よりも大きくすることにより、第２の配線１３４が下層に設けられた場合でも、第２の配線１３４に流出部１４２が形成されるようにすることができる。この場合も、第２の配線１３４の一端部分の周囲を取り囲むようにガード配線部１６０を形成することができる。

さらに、以上の実施の形態においては、第２の配線１３４と同層にガード配線部１６０を設ける構成を説明した。しかし、他の例において、第１の配線１２２と同層にも、第１の配線１２２がビア１２８と接続される一端部分の周囲を取り囲むように形成されたガード配線部を設けることもできる。この場合のガード配線部は、上述したガード配線部１６０と同様の構成を有するようにすることができる。

なお、以上の実施の形態においては、クラックアシスト型で電気ヒューズを切断する場合を例として説明したが、本発明は、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により電気ヒューズを切断する従来の場合に適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を含む半導体装置の構成を示す上面模式図である。 図１のＡ−Ａ’断面図である。 図１のＢ−Ｂ’断面図である。 各層の構成を示す上面図である。 図１に示した半導体装置の具体的な構成を示す上面図である。 クラックアシスト型で電気ヒューズを切断する際の動作を説明するための図である。 クラックアシスト型で電気ヒューズを切断する際の動作を説明するための図である。 クラックアシスト型で電気ヒューズを切断する際の動作を説明するための図である。 クラックアシスト型で電気ヒューズを切断する際の動作を説明するための図である。 クラックアシスト型で電気ヒューズを切断する際の動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態における電気ヒューズを含む半導体装置の構成の他の例を示す上面模式図である。 従来の電気ヒューズの一例を示す上面図である。

符号の説明

１００ 半導体装置
１０２ 第１のエッチング阻止膜
１０４ 第１の層間絶縁膜
１０６ 第１の保護膜
１０８ 第２のエッチング阻止膜
１１０ 第２の層間絶縁膜
１１２ 第３のエッチング阻止膜
１１４ 第３の層間絶縁膜
１１６ 第２の保護膜
１１８ 第４のエッチング阻止膜
１２０ 第１のバリアメタル膜
１２２ 第１の配線
１２６ 第２のバリアメタル膜
１２８ ビア
１３２ 第３のバリアメタル膜
１３４ 第２の配線
１４０ 切断箇所
１４２ 流出部
１５０ 第５のバリアメタル膜
１５４ デュアルダマシン配線
１６０ ガード配線部
１６０ａ 第３の配線
１６０ｂ 第４の配線
１６０ｃ 第５の配線
１６２ａ 第６の配線
１６２ｂ 第７の配線
１６４ａ 周囲ビア
１６４ｂ 周囲ビア
１６６ 上部プレート
１６８ａ 周囲ビア
１６８ｂ 周囲ビア
２００ 電気ヒューズ
２０２ 第１の端子
２０４ 第２の端子
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 外側の 斜線部
１１０９ 内側の斜線部
１１１３ 第２往路直線部

Claims (10)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板上に形成され、それぞれ異なる層に形成された第１の配線と、第２の配線と、前記第１の配線と前記第２の配線の間の層に設けられ、前記第２の配線の一端部分に接続されるとともに前記第１の配線に接続されたビアとを含む電気ヒューズと、
   前記第２の配線と同層に形成され、前記第２の配線の前記一端部分の周囲を取り囲むように形成されたガード配線部と、
   を含み、
   平面視において、前記第２の配線は、他端から前記一端部分の方向に延在して形成され、前記ガード配線部は、前記第２の配線の前記一端部分を中心として、当該一端部分の周囲三方を取り囲むように形成された半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記ガード配線部は、前記第２の配線の両側方に当該第２の配線に略平行に延在するとともに当該第２の配線より前記一端部分の先方方向に長く延在して設けられた第３および第４の配線と、前記第２の配線の前記他端とは反対側の前記一端部分の先方に、当該第２の配線に略垂直な方向に延在して設けられた第５の配線と、を含む半導体装置。
3. 請求項１または２に記載の半導体装置において、
   前記ガード配線部は、平面視においてコの字形状を有する半導体装置。
4. 請求項１から３いずれかに記載の半導体装置において、
   前記電気ヒューズは導電体により構成され、
   切断状態において、前記導電体が前記第２の配線から外方に流出してなる流出部が形成されるとともに、前記第１の配線と前記ビアとの間または前記ビアに切断箇所が形成された半導体装置。
5. 請求項４に記載の半導体装置において、
   前記流出部は、前記第２の配線の前記一端部分の先方に流出してなる半導体装置。
6. 請求項４または５に記載の半導体装置において、
   前記電気ヒューズは、切断前状態において、前記第１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、
   前記切断状態において、前記第１のバリアメタル膜と前記第１の配線との間に前記切断箇所が形成される半導体装置。
7. 請求項４から６いずれかに記載の半導体装置において、
   前記電気ヒューズは、切断前状態において、前記第２の配線の側面に当該第２の配線に接して設けられた第２のバリアメタル膜をさらに含み、
   前記切断状態において、前記第２のバリアメタル膜にクラックが形成され、前記流出部は、前記導電体が前記クラックから流出して形成された半導体装置。
8. 請求項１から７いずれかに記載の半導体装置において、
   前記第２の配線は、前記第１の配線よりも上層に設けられ、
   前記第２の配線および前記ビアは、デュアルダマシン配線構造を有する半導体装置。
9. 請求項１から８いずれか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２の配線は、前記第１の配線よりも体積が大きい半導体装置。
10. 請求項１から９いずれかに記載の半導体装置において、
    前記電気ヒューズは、前記第１の配線から前記ビアを介して前記第２の配線の方向に電流が流れることにより切断される半導体装置。

Images