JP2010098185A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】面積の増加なしに、印加電圧の揺らぎの許容範囲を広くする。
【解決手段】半導体装置２００は、電気ヒューズ１００と、電気ヒューズ１００に電圧を印加するための第１の大面積配線１１６および第２の大面積配線１２６とを含む。電気ヒューズ１００は、上層ヒューズ配線１１２と、下層ヒューズ配線１２２と、上層ヒューズ配線１１２および下層ヒューズ配線１２２とを接続するビア１３０と、から構成されるヒューズユニット１０２と、上層ヒューズ配線１１２と第１の大面積配線１１６とを接続するとともに、屈曲したパターンを有する上層引出配線１１４と、下層ヒューズ配線１２２と第２の大面積配線１２６とを接続するとともに、屈曲したパターンを有する下層引出配線１２４とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気ヒューズを含む半導体装置に関する。

近年、クラックアシスト型と呼ばれる、新たな電気ヒューズの切断方法が提案されている。この方法では、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、すなわち導電体の周囲の絶縁膜中に流出させ、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。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、切断状態を良好に保つことができる（たとえば特許文献１（特開２００７−７３６２４号公報）、特許文献２（特開２００７−３０５６９３号公報）、特許文献３（特開２００７−３０５９３９号公報））。

特許文献１には、ヒューズが折り返された構成が記載されている。このような構成において、ヒューズが折り返された箇所ではヒューズ構成材料が加熱されやすくなり、切断を促進できるとともに、それ以外の箇所でヒューズが切断されるようにでき、切断されたヒューズの切断状態を良好に保つことができる。

なお、特許文献２および特許文献３に記載のヒューズでは、電気ヒューズは、下層配線と、上層配線と、これらを接続するビアとにより構成されている。このような構成において、たとえば上層配線で電気ヒューズを構成する導電体が外部に放出されると、その導電体の移動に伴い、ビアの導電体も移動してビアに切断箇所が形成されるようになっている。このように、ビアに切断箇所が形成されるようにすることで、電気ヒューズを切断した後に、再接続が生じるのを防ぐことができる。

また、特許文献４（特開平６−１４０５１０号公報）、特許文献５（特開２００７−５４２４号公報）、特許文献６（特開２００５−３９２２０号公報）、および特許文献７（特開２００５−１９７４１６号公報）にも、ヒューズが折り曲げられた構成が記載されている。特許文献４から特許文献６には、ヒューズに電流を流すことにより、ヒューズを構成する材料を溶融して切断する従来の電気ヒューズが記載されている。このような構成において、ヒューズの切断部位を折り曲げておくことにより、電流の密集によってヒューズリンクの湾曲部に電流密集が集中し、溶融しやすくなるとされている。特許文献７には、レーザで切断するヒューズが記載されている。このような構成において、ヒューズの切断部位を折り曲げておくことにより、レーザビームがずれても切断の確立を向上できるとされている。
特開２００７−７３６２４号公報 特開２００７−３０５６９３号公報 特開２００７−３０５９３９号公報 特開平６−１４０５１０号公報 特開２００７−５４２４号公報 特開２００５−３９２２０号公報 特開２００５−１９７４１６号公報

ところで、本発明者は、特許文献２や特許文献３に記載されたような構成の電気ヒューズをクラックアシスト型で切断する際にも以下に述べる課題があることを見出した。クラックアシスト型で電気ヒューズを切断する場合、従来の材料を溶融して切断する場合に比べて、高い電圧を印加する必要がある。そのため、印加する電圧も高く設定される。しかし、プロセス揺らぎに由来するトランジスタの電流ばらつき等の揺らぎにより、印加する電圧が変動することがある。本発明者は、特許文献２や特許文献３に記載されたような構成の電気ヒューズにおいて、とくに、印加する電圧が低くなる方向に変動した場合の切断不良が生じない下限側の許容範囲が狭いという問題を見出した。

本発明者の検討によれば、印加する電圧が低くなる方向に変動した場合の切断不良は、電気ヒューズに電圧を印加するための共通配線やパッド配線等の大面積配線が、電気ヒューズの切断時にヒートシンクとして機能して、電気ヒューズに生じた熱が放熱されるためと考えられる。

本発明によれば、
基板と、
前記基板上に形成された電気ヒューズと、
少なくとも前記基板上の第１の層に設けられ、前記電気ヒューズに電圧を印加するための第１の大面積配線と、
少なくとも前記基板上の前記第１の層とは異なる第２の層に設けられ、前記電気ヒューズに電圧を印加するための第２の大面積配線と、
を含み、
前記電気ヒューズは、
前記第１の層に設けられた第１のヒューズ配線と、前記第２の層に設けられた第２のヒューズ配線と、前記第１のヒューズ配線と前記第２のヒューズ配線とを接続するビアと、から構成され、切断時に前記電気ヒューズを構成する導電体が外方に流出してなる流出部が形成されるとともに切断箇所が形成されるヒューズユニットと、
前記第１の層に設けられ、前記第１のヒューズ配線と前記第１の大面積配線とを接続するとともに、屈曲したパターンを有する第１の引出配線と、
前記第２の層に設けられ、前記第２のヒューズ配線と前記第２の大面積配線とを接続するとともに、屈曲したパターンを有する第２の引出配線と、
を含む半導体装置が提供される。

このような構成により、電気ヒューズに電圧を印加するための共通配線やパッド配線等の大面積配線から、電気ヒューズのヒューズユニットまでの電流が流れる経路（以下、単に電流経路という。）を長くすることができる。そのため、ヒューズユニットに生じた熱が、ヒートシンクとして機能し得る大面積配線により放熱されるのを防ぐことができる。これにより、印加する電圧が揺らぎにより低くなる方向に変動した場合でも、切断不良が生じないようにできる下限側の許容範囲を広くすることができる。

また、大面積配線とヒューズリンクとを屈曲したパターンを有する引出配線で接続することにより、ヒートシンクとして機能し得る大面積配線とヒューズリンクとの距離自体をほとんど変えることなく、大面積配線とヒューズリンクとの電流経路を長くすることができる。これにより、面積の増加なしに、印加電圧の揺らぎの下限側の許容範囲を広くすることができる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、面積の増加なしに、印加電圧の揺らぎの許容範囲を広くすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１および図２は、本実施の形態における半導体装置の構成の一例を示す平面図である。図３は、図１のＡ−Ａ’断面図である。
半導体装置２００は、シリコン基板等の半導体基板である基板（不図示）と、その上に形成された電気ヒューズ１００と、電気ヒューズ１００に電圧を印加するための第１の大面積配線１１６および第２の大面積配線１２６と、を含む。

第１の大面積配線１１６は、少なくとも基板上の第１の層に設けられる。第２の大面積配線１２６は、少なくとも基板上の第１の層とは異なる第２の層に設けられる。本実施の形態において、第１の層は、第２の層よりも上層に設けられる。図２（ａ）は、上層に形成された配線の構成を示す。図２（ｂ）は、下層に形成された配線の構成を示す。第１の大面積配線１１６および第２の大面積配線１２６は、共通配線やパッド配線等とすることができる。

電気ヒューズ１００は、第１の層に設けられた上層ヒューズ配線１１２（第１のヒューズ配線）と、第２の層に設けられた下層ヒューズ配線１２２（第２のヒューズ配線）と、上層ヒューズ配線１１２と下層ヒューズ配線１２２とを接続するビア１３０とから構成されるヒューズユニット１０２を含む。切断時において、ヒューズユニット１０２には、電気ヒューズ１００を構成する導電体が外方に流出してなる流出部が形成されるとともに切断箇所が形成される。本実施の形態において、流出部は、電気ヒューズ１００を構成する導電体が上層ヒューズ配線１１２から外方に流出して形成される。また、本実施の形態においては、ビア１３０に切断箇所が形成されて電気ヒューズ１００が切断される。

電気ヒューズ１００は、さらに、第１の層に設けられ、上層ヒューズ配線１１２と第１の大面積配線１１６とを接続するとともに、屈曲したパターンを有する上層引出配線１１４（第１の引出配線）と、第２の層に設けられ、下層ヒューズ配線１２２と第２の大面積配線１２６とを接続するとともに、屈曲したパターンを有する下層引出配線１２４（第２の引出配線）とを含む。

図３に示すように、本実施の形態において、半導体装置２００は、基板（不図示）上に層間絶縁膜２０２、エッチング阻止膜２０４、層間絶縁膜２０６、および層間絶縁膜２１０がこの順で積層した構成を有する。図３（ａ）は、切断前の状態、図３（ｂ）は切断後の状態を示す。なお、ここでは、すべての層を示しているとは限らず、各層の間には、適宜保護膜やエッチング阻止膜が形成された構成とすることができる。また、ビア１３０が形成された層および上層ヒューズ配線１１２が形成される層は、異なる層間絶縁膜で形成することもできる。層間絶縁膜は、たとえばＳｉＯＣ等の低誘電率膜により構成することができる。

下層ヒューズ配線１２２は、層間絶縁膜２０２中に設けられる。ビア１３０は、エッチング阻止膜２０４および層間絶縁膜２０６中に設けられる。上層ヒューズ配線１１２は、層間絶縁膜２０６中に設けられる。また、ビア１３０と上層ヒューズ配線１１２とはデュアルダマシンプロセスで形成してもよく、またシングルダマシンプロセスで形成してもよい。

上層ヒューズ配線１１２、上層引出配線１１４、第１の大面積配線１１６、下層ヒューズ配線１２２、下層引出配線１２４、第２の大面積配線１２６、およびビア１３０は、銅を主成分とする銅含有金属膜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、上層ヒューズ配線１１２、上層引出配線１１４、第１の大面積配線１１６、下層ヒューズ配線１２２、下層引出配線１２４、第２の大面積配線１２６、およびビア１３０をそれぞれ構成する銅含有金属膜の側面および底面には、バリアメタル膜が設けられた構成とすることができる。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。バリアメタル膜は、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、下層ヒューズ配線１２２とビア１３０との間には、これらを構成する銅含有金属膜に接してバリアメタル膜が設けられている。

次に、本実施の形態における電気ヒューズ１００を切断する手順を説明する。
まず、第１の大面積配線１１６と第２の大面積配線１２６との間に所定の電圧を印加して電気ヒューズ１００に適切なパワーを印加する。とくに限定されないが、たとえば、第第２の大面積配線１２６に高電圧（Ｖｄｄ）を印加し、第１の大面積配線１１６を接地することにより、電気ヒューズ１００に適切なパワーを印加する。

これにより、電気ヒューズ１００を構成する導電体が加熱されて膨張する。このとき、ヒートシンクとして機能し得る第１の大面積配線１１６や第２の大面積配線１２６からの電流経路が遠い箇所がより高温になりやすい。そのため、第１の大面積配線１１６や第２の大面積配線１２６からの電流経路が遠いヒューズユニット１０２で、周囲の絶縁膜にクラックが生じ、導電体の流出が起こる。

本実施の形態において、上層ヒューズ配線１１２は、下層ヒューズ配線１２２よりも平面視における長さが長くなるように設けることができる。つまり、ヒューズユニット１０２全体の長さの中心部が上層ヒューズ配線１１２中に存在するような構成とすることができる。これにより、最も高温となる箇所を上層ヒューズ配線１１２中に設けることができる。また、上層ヒューズ配線１１２は、下層ヒューズ配線１２２よりも体積が大きくなるように設けることができる。たとえば、上層ヒューズ配線１１２の方が、下層ヒューズ配線１２２よりも、電気ヒューズ１００の電流の流れる方向と直交する方向の幅（以下、単に配線幅という。）が広くなるように形成することができる。たとえば、下層ヒューズ配線１２２の配線幅を９０ｎｍ程度として、上層ヒューズ配線１１２の配線幅を１４０ｎｍ程度とすることができる。これにより、上層ヒューズ配線１１２の周囲にクラックが生じ、導電体の流出が生じるように制御することができるとともに、最も高温になる場所を上層ヒューズ配線１１２中のビア１３０寄りに制御することができる。

ただし、この構成は一例であって、上層ヒューズ配線１１２が下層ヒューズ配線１２２よりもより加熱され、膨張しやすくなっていれば、どのような構成とすることもできる。これにより、電気ヒューズ１００を切断する際に、上層ヒューズ配線１１２周囲にクラックが生じやすいように選択的に制御することができる。

図３（ｂ）に示すように、導電体の膨張に伴い、上層ヒューズ配線１１２周囲の層間絶縁膜２０６にクラックが生じ、上層ヒューズ配線１１２を構成する導電体が層間絶縁膜２０６中に流出する。これにより、上層ヒューズ配線１１２に流出部１７０が形成される。さらに、導電体が流出部１７０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。ビア１３０は、基板の面内方向における面積が上層ヒューズ配線１１２や下層ヒューズ配線１２２に比べて非常に狭いので、ビア１３０部分で導電体が切断され、切断箇所１７２が形成される。

本実施の形態において、上層ヒューズ配線１１２と下層ヒューズ配線１２２とは、ビア１３０と接続された領域を除いて、平面視で互いに重ならないように形成することができる。これにより、流出部１７０が形成されたときに、流出部１７０を介して上層ヒューズ配線１１２と下層ヒューズ配線１２２とが接続しないようにすることができる。なお、ビア１３０との接続を確実にするために、上層ヒューズ配線１１２および下層ヒューズ配線１２２は、平面視でビア１３０のビア径よりも幅広に設けられるとともに、ビア１３０からひさし状に延在して設けることができる。ここで、「ビア１３０と接続された領域」は、このような領域も含む。

また、本実施の形態において、ビア１３０と下層ヒューズ配線１２２との間にバリアメタル膜が設けられているため、バリアメタル膜が下層ヒューズ配線１２２から剥離しやすく、バリアメタル膜と上層ヒューズ配線１１２との間に切断箇所１７２が形成されやすくなる。さらに、切断状態において、ビア１３０を構成する導電体がバリアメタル膜とともに移動してバリアメタル膜と下層ヒューズ配線１２２との間に切断箇所１７２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、バリアメタル膜や銅含有金属膜により構成された導電体が再び移動して下層ヒューズ配線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２００の耐熱性を向上することができる。

電気ヒューズ１００を、以上のようなメカニズムのクラックアシスト型で切断することにより、必然的に切断箇所１７２が流出部１７０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１００の再接続を防ぐことができる。

クラックアシスト型で切断する電気ヒューズ１００では、電流によって発生するジュール熱が切断を支配する。そのため、切断したい箇所以外での好ましくない配線の断線を防ぐために、第１の大面積配線１１６や第２の大面積配線１２６は、大電流を流しても発熱しないような構成とする必要がある。本実施の形態において、たとえば、第１の大面積配線１１６や第２の大面積配線１２６は、太い配線やメッシュ型の大面積の配線等、低抵抗な配線により構成することができる。また、第１の大面積配線１１６および第２の大面積配線１２６は、複数層にわたって形成することもできる。本実施の形態において、第１の大面積配線１１６および第２の大面積配線１２６は、それぞれたとえば配線幅が２５０ｎｍ〜４００ｎｍ程度の配線をメッシュ状に配置して形成した大面積の配線とすることができる。

しかし、このような低抵抗な配線は、電気ヒューズ１００を切断するために必要な熱を放熱するヒートシンクの働きをしてしまう。そのため、本実施の形態において、第１の大面積配線１１６や第２の大面積配線１２６から、切断箇所であるビア１３０までの電流経路が長くなるような配置パターンとすることができる。これにより、電気ヒューズ１００に電流を流した際に発生するジュール熱を効果的に切断に使用することができるようになり、投入パワーの揺らぎの下限を下げることができる。

図１および図２に戻り、第１の大面積配線１１６と第２の大面積配線１２６とは、それぞれ第１の方向（図中縦方向）に長軸を有する構成とすることができる。たとえば、第１の大面積配線１１６および第２の大面積配線１２６は、それぞれ第１の方向（図中縦方向）に１０００ｎｍ程度以上の長さに延在した構成とすることができる。本実施の形態において、第１の大面積配線１１６および第２の大面積配線１２６は、矩形形状とすることができる。つまり、第１の大面積配線１１６と第２の大面積配線１２６とは、それぞれ第１の方向に延在して設けられる。本実施の形態において、第１の大面積配線１１６と第２の大面積配線１２６とは、平面視で互いに距離を隔てて対向して設けられている。電気ヒューズ１００は、平面視で第１の大面積配線１１６と第２の大面積配線１２６との間に設けられている。

上層ヒューズ配線１１２、ビア１３０、および下層ヒューズ配線１２２は、平面視で、第１の方向に延在して同一直線上に形成される。また、上層引出配線１１４は、第１の大面積配線１１６から第１の方向と直交する第２の方向（図中横方向）に延在した後直角に屈曲して第１の方向に延在して上層ヒューズ配線１１２に接続する。また、下層引出配線１２４は、第２の大面積配線１２６から第２の方向に延在した後直角に屈曲して第１の方向に延在して下層ヒューズ配線１２２に接続する。このような構成により、面積の増加を抑えるとともに、ヒューズユニット１０２と第１の大面積配線１１６や第２の大面積配線１２６との電流経路を長くすることができる。

本実施の形態において、上層引出配線１１４は、ヒューズユニット１０２の上層ヒューズ配線１１２よりも、配線幅を広く形成することができる。下層引出配線１２４は、ヒューズユニット１０２の下層ヒューズ配線１２２よりも配線幅が広く形成することができる。

本実施の形態においては、特許文献１および特許文献４から特許文献７に記載した技術とは異なり、電気ヒューズの切断箇所がビア１３０となる設計となっている。本実施の形態においては、従来の構成とは異なり、配線が加熱されやすくなるように配線に屈曲したパターンを設けるのではなく、第１の大面積配線１１６や第２の大面積配線１２６とヒューズユニット１０２との電流経路を長くするために屈曲したパターンを有する上層引出配線１１４や下層引出配線１２４を設けている。そのため、上層引出配線１１４および下層引出配線１２４は、電気ヒューズ１００の切断時に電流を流す際に、屈曲したパターンが過度に加熱されることなく、上層引出配線１１４や下層引出配線１２４が切断されない程度の広い配線幅を有するように構成することができる。

一方、上層引出配線１１４および下層引出配線１２４の配線幅を広くしすぎると、電気ヒューズ１００の切断時に電流を流す際に、上層引出配線１１４や下層引出配線１２４がヒートシンクとして機能してしまい、切断効率が悪くなる。そのため、上層引出配線１１４および下層引出配線１２４は、電気ヒューズ１００の切断時に電流を流す際に、ヒートシンクとしてヒューズユニット１０２に影響を与えない程度の狭い配線幅を有するように構成することができる。

上層引出配線１１４の配線幅は、たとえば１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下程度とすることができる。下層引出配線１２４の配線幅は、たとえば１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下程度とすることができる。上層引出配線１１４および下層引出配線１２４の配線幅は、等しくすることもでき、また異ならせることもできる。たとえば、上層引出配線１１４の配線幅が下層引出配線１２４の配線幅より広くなるようにしてもよい。

次に、本実施の形態における半導体装置２００の効果を説明する。
図４は、本実施の形態における半導体装置２００に電圧を印加して電気ヒューズ１００を切断した際の初期カット不良と印加電圧との関係を示す図である。ここでは、比較として、図１１に示した半導体装置５０に電圧を印加して電気ヒューズ８を切断した際の初期カット不良と印加電圧との関係も示す。

図１１に示すように、電気ヒューズ８は、上層引出配線１４、上層ヒューズ配線１２、ビア３０、下層ヒューズ配線２２、および下層引出配線２４により構成される。半導体装置５０において、第１の大面積配線１１６と第２の大面積配線１２６との距離は、本実施の形態における半導体装置２００の第１の大面積配線１１６と第２の大面積配線１２６との距離と等しくなっている。一方、半導体装置５０において、上層ヒューズ配線１２、ビア３０、および下層ヒューズ配線２２から構成されるヒューズユニットは、第１の大面積配線１１６および第２の大面積配線１２６の延在方向とは異なる方向に延在している。また、半導体装置５０の上層引出配線１４および下層引出配線２４は、屈曲したパターンを有しない構成となっている。そのため、図１１の半導体装置５０の上層引出配線１４および下層引出配線２４は、本実施の形態における半導体装置２００の上層引出配線１１４および下層引出配線１２４よりもそれぞれ長さが短くなっている。

図４に戻り、図中「ａ」が図１の半導体装置２００、「ｂ」が図１１の半導体装置５０の結果を示す。半導体装置５０では、印加電圧が３Ｖ程度で２割程度の初期カット不良が生じたが、半導体装置２００では、印加電圧が３Ｖでは初期カット不良はほとんど生じなかった。半導体装置２００では、印加電圧が２．５Ｖ程度で２割程度の初期カット不良が生じ、半導体装置５０に比べて、０．５Ｖも印加電圧の揺らぎの下限側の許容範囲を広くすることができている。

図５は、図１の半導体装置２００および図１１の半導体装置５０それぞれの、投入パワー（印加電圧）と不良率との関係を示す図である。図中「ａ」が半導体装置２００、「ｂ」が半導体装置５０の結果を示す。図４に示したように、半導体装置２００においては、半導体装置５０に比べて、印加電圧の揺らぎの下限側の許容範囲を広くすることができた。

一方、クラックアシスト型で電気ヒューズを切断する際には、過度にパワーを投入すると、たとえばビア１３０側方の絶縁膜の消失等が生じ、いったんビアに切断箇所が形成されても、その後の組立工程での熱履歴や経時変化によって絶縁膜の消失した箇所に導電体が移動する等して電気ヒューズの抵抗が低くなるという不良が発生することがある。そのため、電気ヒューズの特性を判断するためには、印加電圧の揺らぎの上限側の許容範囲も考慮する必要がある。図５では、投入パワーを増加させた場合の不良率の結果も示す。図示したように、投入パワーの上限側では、半導体装置５０の方が半導体装置２００よりもわずかに許容範囲が広くなっているが、その差は大きくない。半導体装置２００や半導体装置５０のような上層配線−ビア−下層配線により構成される電気ヒューズにおいては、印加電圧の揺らぎの上限側の許容範囲は、ヒューズユニットの局所的なレイアウトに依存する。そのため、ヒューズユニットが同じレイアウトであれば、印加電圧の揺らぎの上限側の許容範囲はほとんど変わらない。そのため、半導体装置２００と半導体装置５０とで、投入パワーの上限の許容範囲にほとんど差がなかったと考えられる。

以上のように、半導体装置２００の構成としてヒューズユニット１０２と第１の大面積配線１１６や第２の大面積配線１２６との電流経路を長くすることにより、半導体装置５０よりも、カット不良が生じない投入パワーの許容範囲の幅（カットウィンドウ）を広くすることができる。これにより、プロセス揺らぎに由来するトランジスタの電流ばらつき等、揺らぎに強いシステムを供給することができる。

また、本実施の形態における半導体装置２００によれば、面積の増加なしで、印加電圧の揺らぎの許容範囲を広くすることができる。本発明者は、ヒートシンクとなる第１の大面積配線１１６や第２の大面積配線１２６が電気ヒューズ１００の切断効率に与える影響の大きさは、ヒューズユニット１０２と第１の大面積配線１１６や第２の大面積配線１２６との距離ではなく、ヒューズユニット１０２と第１の大面積配線１１６や第２の大面積配線１２６との電流経路に依存することを見出した。

たとえば、配線を構成する銅含有金属膜の主成分である銅の熱伝導率は３．９×１０^−４（Ｗ／μｍ・Ｋ）である。一方、代表的な絶縁膜材料であるＳｉＯ_２の熱伝導率は１．５×１０^−６（Ｗ／μｍ・Ｋ）である。低誘電率膜を構成する材料の熱伝導率は、ＳｉＯ_２よりもさらに小さい。そのため、ヒートシンクとなる第１の大面積配線１１６や第２の大面積配線１２６からの距離が多少近くても、間に絶縁膜が存在していれば、ヒートシンクによる放熱の影響は少ない。一方、ジュール熱で発生した熱量はほとんどが配線を経由して放熱される。そのため、本実施の形態において、第１の大面積配線１１６や第２の大面積配線１２６からヒューズユニット１０２までの電流経路が、平面視で一直線上にない構成としている。具体的には、本実施の形態において、屈曲したパターンを有する上層引出配線１１４や下層引出配線１２４で第１の大面積配線１１６や第２の大面積配線１２６とヒューズユニット１０２とを接続している。これにより、大面積配線とヒューズユニットとの距離自体は変えることなく、面積の増加をすることなく、第１の大面積配線１１６や第２の大面積配線１２６とヒューズユニット１０２との電流経路を長くすることができる。そのため、放熱を効果的に低くすることができ、印加電圧の揺らぎの下限側の許容範囲を広くすることができる。

図６は、図１に示した半導体装置２００の寸法を説明するための平面図である。
ここで、平面視における第１の大面積配線１１６と第２の大面積配線１２６との間の距離をＬ、下層引出配線１２４の第２の大面積配線１２６との接続箇所から屈曲箇所までの長さをＡ、上層引出配線１１４の第１の大面積配線１１６との接続箇所から屈曲箇所までの長さをＣとする。この場合、Ｌ＝Ａ＋Ｃとなる。また、上層ヒューズ配線１１２および下層ヒューズ配線１２２を含む、上層引出配線１１４の屈曲箇所から下層引出配線１２４の屈曲箇所までの直線領域の長さをＢとする。また、ヒューズユニット１０２の長さをＤとする。

ここで、長さＢは、電気ヒューズ１００を切断するために用いるトランジスタの大きさや、読み出し回路の大きさ等に依存して設定する必要があり、ある程度の長さが必要となる。本実施の形態において、Ｌ／Ｂの値が、たとえば０．５以上２以下程度に設定すると、面積節約の効果が大きくなる。また、ヒューズユニット１０２の長さＤも、電気ヒューズ１００の電気特性を満たすように設定により決定される。本実施の形態において、全体の長さ（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）をヒューズユニット１０２の長さＤで除した（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／Ｄの値が、たとえば３以上６以下程度となるように設計すると、面積節約の効果が大きくなる。これにより、面積の増加なしで、印加電圧の揺らぎの許容範囲を広くすることができる。

図１１に示した例でも、第１の大面積配線１６と第２の大面積配線２６との距離は、図６に示した本実施の形態における電気ヒューズ１００と同様のＬである。本実施の形態において、面積の増加をすることなく、第１の大面積配線１１６および第２の大面積配線１２６からヒューズユニット１０２までの電流経路を長くすることができる。

（他の形態）
図７および図８は、電気ヒューズ１００のヒューズユニット１０２周囲にガード部１５０を設けた構成を示す図である。

図７に示した例では、ガード部１５０は、平面視で直線形状に設けられる。ガード部１５０は、電気ヒューズ１００のヒューズユニット１０２の両側方に設けることができる。また、ガード部１５０は、下層ヒューズ配線１２２と同層に設けられたガード下層配線と、ビア１３０と同層に設けられたガード下層ビア１５３と、上層ヒューズ配線１１２と同層に設けられたガード上層配線１５２と、ガード上層配線１５２の上層に設けられたガード上層ビアと、ガード上層ビアの上層に設けられた上部プレートとを含む構成とすることができる。上部プレートは、２つのガード部１５０の間の領域全面を覆う構成とすることができる。互いに積層されたガード部１５０のガード上層配線１５２、ガード下層ビア１５３、およびガード下層配線は、上層ヒューズ配線１１２が形成された層、ビア１３０が形成された層、および下層ヒューズ配線１２２が形成された層にわたって連続して形成されている。また、互いに積層されたガード部１５０のガード上層配線１５２、ガード下層ビア１５３、およびガード下層配線は、平面視で同形状に形成されている。ここで、ガード部１５０は、他の素子等と電気的に接続しないフローティングの状態とすることができる。

このような構成により、上層ヒューズ配線１１２に流出部１７０が形成される際に、上層ヒューズ配線１１２を構成する導電体が噴き出した場合でも、導電体が周囲へ飛び散るのを防止することができる。また、本実施の形態において、ガード部１５０は、平面視で第１の大面積配線１１６や第２の大面積配線１２６と同じ方向に延在する構成とすることができる。つまり、ガード部１５０は、第１の大面積配線１１６や第２の大面積配線１２６と略平行に設けられる。これにより、流出した導電体が第１の大面積配線１１６や第２の大面積配線１２６と接続するのを防ぐことができ、流出物のドリフトによるリーク発生の可能性を激減することもできる。また、本例において、ガード部１５０は、フローティングの状態であるため、上層ヒューズ配線１１２がガード部１５０と接触しても、電気ヒューズ１００の抵抗は変わらず、電気ヒューズ１００の切断状態の判定には影響を及ぼさない。

図８に示した例では、ヒューズユニット１０２の両側方に形成された２つのガード部１５０は直線状ではなく、平面視で上層ヒューズ配線１１２が形成された部分では、他の領域よりも電気ヒューズ１００に近い位置に配置されるように、屈曲した形状を有する。

本例でも、ガード部１５０は、下層ヒューズ配線１２２と同層に設けられたガード下層配線と、ビア１３０と同層に設けられたガード下層ビア１５３と、上層ヒューズ配線１１２と同層に設けられたガード上層配線１５２と、ガード上層配線１５２の上層に設けられたガード上層ビアと、ガード上層ビアの上層に設けられた上部プレートとを含む構成とすることができる。互いに積層されたガード部１５０のガード上層配線１５２、ガード下層ビア１５３、およびガード下層配線は、上層ヒューズ配線１１２が形成された層、ビア１３０が形成された層、および下層ヒューズ配線１２２が形成された層にわたって連続して形成されている。また、互いに積層されたガード部１５０のガード上層配線１５２、ガード下層ビア１５３、およびガード下層配線は、平面視で同形状に形成されている。ここで、ガード部１５０は、他の素子等と電気的に接続しないフローティングの状態とすることができる。

なお、本例においても、ガード部１５０は、フローティングの状態であるため、上層ヒューズ配線１１２がガード部１５０と接触しても、電気ヒューズ１００の抵抗は変わらず、電気ヒューズ１００の切断状態の判定には影響を及ぼさない。一方、電気ヒューズ１００を切断した後に、上層ヒューズ配線１１２と下層ヒューズ配線１２２とがそれぞれガード部１５０に接触すると、上層ヒューズ配線１１２と下層ヒューズ配線１２２とがガード部１５０を介して電気的に接続されるので、電気ヒューズ１００の切断状態が誤判定されるおそれがある。

本例において、上層ヒューズ配線１１２が形成された層におけるガード上層配線１５２と上層ヒューズ配線１１２との距離が、下層ヒューズ配線１２２が形成された層におけるガード下層配線と下層ヒューズ配線１２２との距離よりも狭くなっている。このような構成とすることにより、上層ヒューズ配線１１２の近くにガード上層配線１５２を配置する一方、下層ヒューズ配線１２２とガード下層配線との間の距離を広くすることにより、万一下層ヒューズ配線１２２を構成する導電体が流出しても、ガード下層配線と接触しないようにすることができる。これにより、ガード部１５０を介した上層ヒューズ配線１１２と下層ヒューズ配線１２２との間のショートを防ぐことができる。

図９および図１０は、他の例を示す。
図１に示した例では、第１の大面積配線１１６と第２の大面積配線１２６とが平面視で互いに距離を隔てて対向して設けられた構成を示したが、第１の大面積配線１１６と第２の大面積配線１２６とは、平面視で積層された構成とすることもできる。このような構成においても、本実施の形態における電気ヒューズ１００のレイアウトとすることにより、面積の増加なしで、印加電圧の揺らぎの許容範囲を広くすることができる。

なお、本実施の形態において、上述したように、上層引出配線１１４や下層引出配線１２４は、電気ヒューズ１００の切断時に電流を流す際に、屈曲したパターンが過度に加熱されないような構成とする必要がある。そのため、上層引出配線１１４や下層引出配線１２４は、一度屈曲した後、再度屈曲して折り返すことにより、平行して延在する領域を有しない構成とすることが好ましい。

図１２は、上層ヒューズ配線１２が、折り返すことにより、平行して延在する領域を有する半導体装置５０の例を示す図である。図１１に示したのと同様、電気ヒューズ８は、上層引出配線１４、上層ヒューズ配線１２、ビア３０、下層ヒューズ配線２２、および下層引出配線２４により構成される。上層引出配線１４は、折り返すことにより、平行して延在する領域を有する。このような構成とした場合、折り返し部分および平行に延在する箇所で上層引出配線１４が加熱されやすくなる。そのため、ビア３０部分ではなく、上層引出配線１４部分で電気ヒューズ８が切断される危険が高まる。上層引出配線１４で電気ヒューズ８が切断されると、ビアで切断された場合の再接続が生じにくいという利点が得られなくなる。また、平行に延在する箇所で上層引出配線１４に流出部７０が形成されると、切断したにも関わらず接続してしまうリークパス（ショート）発生の危険度が増加してしまう。以上から、本実施の形態において、上層引出配線１１４および下層引出配線１２４は、折り返して平行して延在する領域を有しない構成とすることが好ましい。

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。

以上の実施の形態においては、第１の層が第２の層より上層にあり、上層側の上層ヒューズ配線１１２に流出部１７０が形成される構成としたが、第２の層が第１の層より上層にあるようにして、下層側の下層ヒューズ配線１２２に流出部１７０が形成される構成とすることもできる。

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の一例を示す平面模式図である。 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一例を示す平面模式図である。 図１の断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置に電圧を印加して電気ヒューズを切断した際の初期カット不良と印加電圧との関係を示す図である。 本発明の実施の形態における半導体装置および参照例それぞれの、投入パワー（印加電圧）と不良率との関係を示す図である。 図１に示した半導体装置２００の寸法を説明するための平面模式図である。 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平面模式図である。 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平面模式図である。 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平面模式図である。 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平面模式図である。 参照例の電気ヒューズを含む半導体装置の構成のを示す平面模式図である。 参照例の電気ヒューズを含む半導体装置の構成のを示す平面模式図である。

符号の説明

８ 電気ヒューズ
１２ 上層ヒューズ配線
１４ 上層引出配線
１６ 第１の大面積配線
２２ 下層ヒューズ配線
２４ 下層引出配線
２６ 第２の大面積配線
３０ ビア
５０ 半導体装置
７０ 流出部
１００ 電気ヒューズ
１０２ ヒューズユニット
１１２ 上層ヒューズ配線
１１４ 上層引出配線
１１６ 第１の大面積配線
１２２ 下層ヒューズ配線
１２４ 下層引出配線
１２６ 第２の大面積配線
１３０ ビア
１５０ ガード部
１５２ ガード上層配線
１５３ ガード下層ビア
１７０ 流出部
１７２ 切断箇所
２００ 半導体装置
２０２ 層間絶縁膜
２０４ エッチング阻止膜
２０６ 層間絶縁膜
２１０ 層間絶縁膜

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板上に形成された電気ヒューズと、
   少なくとも前記基板上の第１の層に設けられ、前記電気ヒューズに電圧を印加するための第１の大面積配線と、
   少なくとも前記基板上の前記第１の層とは異なる第２の層に設けられ、前記電気ヒューズに電圧を印加するための第２の大面積配線と、
   を含み、
   前記電気ヒューズは、
   前記第１の層に設けられた第１のヒューズ配線と、前記第２の層に設けられた第２のヒューズ配線と、前記第１のヒューズ配線と前記第２のヒューズ配線とを接続するビアと、から構成され、切断時に前記電気ヒューズを構成する導電体が外方に流出してなる流出部が形成されるとともに切断箇所が形成されるヒューズユニットと、
   前記第１の層に設けられ、前記第１のヒューズ配線と前記第１の大面積配線とを接続するとともに、屈曲したパターンを有する第１の引出配線と、
   前記第２の層に設けられ、前記第２のヒューズ配線と前記第２の大面積配線とを接続するとともに、屈曲したパターンを有する第２の引出配線と、
   を含む半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記ヒューズユニットにおいて、前記流出部は、前記電気ヒューズを構成する導電体が前記第１のヒューズ配線から外方に流出して形成される半導体装置。
3. 請求項１または２に記載の半導体装置において、
   前記ヒューズユニットにおいて、前記ビアに切断箇所が形成される半導体装置。
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、
   前記第１の引出配線は、前記第１のヒューズ配線よりも配線幅が広く形成され、
   前記第２の引出配線は、前記第２のヒューズ配線よりも配線幅が広く形成された半導体装置。
5. 請求項１から４いずれかに記載の半導体装置において、
   前記第１の大面積配線と前記第２の大面積配線とは、それぞれ第１の方向に延在して設けられ、
   前記第１のヒューズ配線、前記ビア、および前記第２のヒューズ配線は、平面視で、前記第１の方向に延在して同一直線上に形成された半導体装置。
6. 請求項５に記載の半導体装置において、
   前記第１の引出配線は、前記第１の大面積配線から前記第１の方向と直交する第２の方向に延在した後直角に屈曲して前記第１の方向に延在して前記第１のヒューズ配線に接続し、
   前記第２の引出配線は、前記第２の大面積配線から前記第２の方向に延在した後直角に屈曲して前記第１の方向に延在して前記第２のヒューズ配線に接続する半導体装置。
7. 請求項５または６に記載の半導体装置において、
   前記第１の大面積配線と前記第２の大面積配線とは、平面視で互いに距離を隔てて対向して設けられ、
   前記第１のヒューズ配線、前記ビア、および前記第２のヒューズ配線は、平面視で、前記第１の大面積配線と前記第２の大面積配線との間に設けられた半導体装置。
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１のヒューズ配線は、前記第２のヒューズ配線よりも体積が大きく形成された半導体装置。
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、
   前記第１の層は、前記第２の層よりも上層に設けられ、前記第１のヒューズ配線、前記第２のヒューズ配線、および前記ビアは、それぞれ、銅含有金属膜と、当該銅含有金属膜の側面および底面を覆うバリアメタル膜とにより構成され、切断前において、前記第２のヒューズ配線と前記ビアとの間には、前記第２のヒューズ配線および前記ビアを構成する銅含有金属膜に接して前記バリアメタル膜が設けられている半導体装置。
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、
    前記第１のヒューズ配線と前記第２のヒューズ配線とは、前記ビアと接続された領域を除いて、平面視で互いに重ならないように形成された半導体装置。

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