JP2012138443A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve characteristics of a semiconductor device.SOLUTION: A semiconductor device of the present invention comprises a semiconductor element formed above a semiconductor substrate, a first insulation film formed above the semiconductor element, and a fuse element F formed on the first insulation film and composed of a first conductive film containing aluminium (Al). The semiconductor device further comprises: first wiring formed on the first insulation film and composed of the first conductive film; and a second insulation film formed on the first wiring. A program region of the fuse element F is exposed on an opening OA1 provided in the second insulation film. During a period other than a program period of the fuse element F and a reading period of data programmed in the fuse element, both ends of the fuse element F are kept at ground potential. For example, one end of the fuse element F is connected to a ground potential and the other end is connected to a ground potential via a switching element.

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、ヒューズが設けられた半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device provided with a fuse.

半導体装置においては、トリミング技術が用いられる。このトリミングとは、ヒューズ(パターンの一部)を切断し、装置の特性の向上を図ることである。例えば、冗長回路を設け、冗長回路との接続が必要な場合には、ヒューズを切断し、不良箇所と置き換えを行なうためのプログラミングを行なう。また、ヒューズの切断の有無によるプログラミングにより、各種回路の接続関係を変更し、使用する周波数や対応電圧の変更などを行なうことができる。   In a semiconductor device, a trimming technique is used. This trimming is to cut the fuse (a part of the pattern) to improve the characteristics of the device. For example, when a redundant circuit is provided and a connection with the redundant circuit is necessary, the fuse is cut and programming is performed to replace the defective portion. In addition, it is possible to change the connection relationship of various circuits and change the frequency to be used and the corresponding voltage by programming based on whether or not the fuse is cut.

例えば、下記特許文献1(特開2007−317882号公報)には、ヒューズプログラム回路において、スキャンフリップフロップを用いてプログラム情報およびヒューズ選択情報を順次転送して、選択的に一本ずつヒューズを電気的に切断する技術が開示されている。これにより、低消費電力かつ低占有面積で、パッケージ実装後においてもプログラムを行うことができるヒューズ素子を有するヒューズプログラム回路を実現している。   For example, in the following Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-317882), in a fuse program circuit, program information and fuse selection information are sequentially transferred using a scan flip-flop, and the fuses are selectively electrically connected one by one. A technique for automatically cutting is disclosed. As a result, a fuse program circuit having a fuse element that has a low power consumption and a small occupied area and that can be programmed even after package mounting is realized.

また、下記特許文献2(特開2000−57933号公報)には、銅からなるヒューズの両端間にかかる電圧差を0(ゼロ)とすることにより、ヒューズが溶断した後に、銅が再成長することを防止する技術が開示されている。   Further, in the following Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-57933), the voltage difference applied to both ends of the fuse made of copper is set to 0 (zero), so that the copper regrows after the fuse is blown. A technique for preventing this is disclosed.

また、下記特許文献3(特開2005−11935号公報)には、AlCu合金膜の側面表面をAl被膜で覆うことによりAlの腐食を防止する技術が開示されている。 Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-11935) discloses a technique for preventing Al corrosion by covering the side surface of an AlCu alloy film with an Al 2 O 3 coating.

特開2007−317882号公報JP 2007-317882 A 特開2000−57933号公報JP 2000-57933 A 特開2005−11935号公報JP 2005-11935 A

上記のようなヒューズを有する半導体装置においては、ヒューズのブロー性(切断容易性)を向上させるため、ヒューズ上の絶縁膜を薄膜化することが好ましい。一方、ヒューズの信頼性を向上させるためには、ヒューズ上を絶縁膜で覆うことが好ましい。   In the semiconductor device having the fuse as described above, it is preferable to reduce the thickness of the insulating film on the fuse in order to improve the blowability (easy to cut) of the fuse. On the other hand, in order to improve the reliability of the fuse, it is preferable to cover the fuse with an insulating film.

しかしながら、ヒューズ上の絶縁膜の膜厚が厚すぎると、ヒューズの溶断に高エネルギーが必要となり、他の素子への影響が懸念される。また、ヒューズ上の絶縁膜を薄膜化するには、高度なエッチング制御が必要となる。特に、後述するように、パッド領域とヒューズ上の開口部を同時に形成する場合には、エッチング制御がさらに複雑化する。   However, if the insulating film on the fuse is too thick, high energy is required for fusing the fuse, and there is a concern about the influence on other elements. Further, in order to reduce the thickness of the insulating film on the fuse, a high degree of etching control is required. In particular, as will be described later, when the pad region and the opening on the fuse are formed simultaneously, the etching control is further complicated.

また、次世代の製品においては、微細化に対応するため、配線層(ヒューズ)自身の薄膜化やその上の絶縁膜の薄膜化の要請も大きい。即ち、配線幅や配線ピッチの縮小化に伴い、配線層(ヒューズ)自身を薄膜化せざるを得ない。また、配線幅や配線ピッチの縮小化に伴い、コンタクト孔径も縮小化する。この場合、配線層(ヒューズ)上の絶縁膜の膜厚が大きいとコンタクト孔のアスペクト比が大きくなり、開孔不良が生じ得る。微細なコンタクト孔の加工精度を向上させるためには、配線層(ヒューズ)上の絶縁膜の薄膜化が必要となる。このように、配線層(ヒューズ)上の絶縁膜自身が薄膜化した場合には、ヒューズ上の絶縁膜を所定の膜厚の範囲内となるようエッチングにおいて調整することが益々困難となる。   In the next-generation products, in order to cope with miniaturization, there is a great demand for thinning the wiring layer (fuse) itself and thinning the insulating film thereon. That is, as the wiring width and wiring pitch are reduced, the wiring layer (fuse) itself must be thinned. As the wiring width and wiring pitch are reduced, the contact hole diameter is also reduced. In this case, if the thickness of the insulating film on the wiring layer (fuse) is large, the aspect ratio of the contact hole becomes large, and a hole opening defect may occur. In order to improve the processing accuracy of fine contact holes, it is necessary to reduce the thickness of the insulating film on the wiring layer (fuse). As described above, when the insulating film on the wiring layer (fuse) itself is thinned, it becomes increasingly difficult to adjust the insulating film on the fuse so as to be within a predetermined film thickness range.

そこで、本発明者は、ヒューズ自身を露出可能な半導体装置の構成について検討したところ、追って詳細に説明するように、特に、電源電位(VDD)側で、配線(Al、Ti、TiN)の変質が確認され、かかる変質による特性劣化を低減する技術について種々の検討を行った。   Therefore, the present inventor examined the configuration of the semiconductor device capable of exposing the fuse itself. As described in detail later, the alteration of the wiring (Al, Ti, TiN) particularly on the power supply potential (VDD) side. As a result, various studies have been conducted on techniques for reducing characteristic deterioration due to such alteration.

本発明の目的は、半導体装置の特性を向上させることができる半導体装置の構成を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a configuration of a semiconductor device that can improve the characteristics of the semiconductor device.

本発明の上記目的およびその他の目的と新規な特徴は、本願明細書の記載および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態に示される半導体装置は、半導体基板の上方に形成された半導体素子と、前記半導体素子の上方に形成された第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に形成されたアルミニウム(Al)を含有する第1導電性膜よりなるヒューズ素子と、を有する。さらに、前記第1絶縁膜上に形成され、前記第1導電性膜よりなる第1配線と、前記第1配線上に形成された第2絶縁膜と、を有し、前記ヒューズ素子のプログラム領域は、前記第2絶縁膜に設けられた第1開口部から露出している。   Among the inventions disclosed in this application, a semiconductor device shown in a representative embodiment includes a semiconductor element formed above a semiconductor substrate, a first insulating film formed above the semiconductor element, And a fuse element made of a first conductive film containing aluminum (Al) formed on the first insulating film. The fuse element has a first wiring formed on the first insulating film and made of the first conductive film, and a second insulating film formed on the first wiring. Is exposed from the first opening provided in the second insulating film.

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態に示される半導体装置は、アルミニウムを含有する導電性膜よりなるヒューズ素子を有する半導体装置において、前記ヒューズ素子のプログラム期間および前記ヒューズ素子にプログラムされたデータの読み出し期間以外の期間において、前記ヒューズ素子の両端を接地電位に維持する。例えば、前記ヒューズ素子の一端は、接地電位に接続され、他端は、スイッチング素子を介して前記接地電位に接続されている。   Among the inventions disclosed in the present application, a semiconductor device shown in a typical embodiment includes a fuse element made of a conductive film containing aluminum, and includes a program period of the fuse element and a fuse element. In a period other than the programmed data reading period, both ends of the fuse element are maintained at the ground potential. For example, one end of the fuse element is connected to the ground potential, and the other end is connected to the ground potential via a switching element.

本願において開示される発明のうち、以下に示す代表的な実施の形態に示される半導体装置によれば、半導体装置の特性を向上させることができる。   Among the inventions disclosed in the present application, according to the semiconductor device described in the following representative embodiment, the characteristics of the semiconductor device can be improved.

実施の形態1の半導体装置の構成を示す要部断面図である。1 is a main part sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a first embodiment; 実施の形態1の半導体装置のヒューズ素子の構成を示す平面図である。3 is a plan view showing a configuration of a fuse element of the semiconductor device of First Embodiment. FIG. 実施の形態1の半導体装置のヒューズ素子の構成を示す断面図である。3 is a cross-sectional view showing a configuration of a fuse element of the semiconductor device of First Embodiment. FIG. 実施の形態1の半導体装置のヒューズ素子の構成を示す断面図である。3 is a cross-sectional view showing a configuration of a fuse element of the semiconductor device of First Embodiment. FIG. 実施の形態1の半導体装置のヒューズ素子が接続される回路を示す回路図である。3 is a circuit diagram showing a circuit to which the fuse element of the semiconductor device of the first embodiment is connected. FIG. 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。7 is a fragmentary cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device of First Embodiment; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図6に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 7 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 1, which is subsequent to FIG. 6 in the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図7に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 8 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 1, which is subsequent to FIG. 7 in the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図8に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 9 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 1, which is subsequent to FIG. 8 in the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図9に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 10 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 1, which is subsequent to FIG. 9 in the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図10に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 11 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 1, which is subsequent to FIG. 10 in the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図11に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 12 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 1, which is subsequent to FIG. 11 in the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図12に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 13 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 1, which is subsequent to FIG. 12 in the manufacturing process of the semiconductor device; ダイシング後の半導体チップの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the semiconductor chip after dicing. 図14のトリミング領域の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the trimming area | region of FIG. 実施の形態1の半導体装置の製造工程(実装工程)を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process (mounting process) of the semiconductor device of First Embodiment; FIG. 初期設定期間と通常動作期間との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an initial setting period and a normal operation period. 判定回路の第1例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 1st example of a determination circuit. 判定回路の第2例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 2nd example of a determination circuit. 図18に示す判定回路のRIN信号の生成回路の一例を示す回路図である。FIG. 19 is a circuit diagram illustrating an example of a RIN signal generation circuit of the determination circuit illustrated in FIG. 18. 図18に示す判定回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating operation | movement of the determination circuit shown in FIG. 実施の形態2の半導体装置の構成を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a second embodiment. 実施の形態2の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。FIG. 10 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device of Embodiment 2; 実施の形態2の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図23に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 24 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 2, which is subsequent to FIG. 23 in the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態2の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図24に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 25 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 2, which is subsequent to FIG. 24 in the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態2の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図25に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 26 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 2, which is subsequent to FIG. 25 in the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態2の半導体装置の製造工程を示す要部断面図であって、図26に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 27 is a main-portion cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 2, which is subsequent to FIG. 26 in the manufacturing process of the semiconductor device; 実施の形態3の半導体装置のヒューズ素子が接続される回路を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing a circuit to which a fuse element of a semiconductor device according to a third embodiment is connected. 本発明者が検討した比較例のヒューズ素子の写真である。It is a photograph of the fuse element of the comparative example which this inventor examined. 図29の写真の一部を模写した図である。It is the figure which copied a part of photograph of FIG. 比較例の回路図である。It is a circuit diagram of a comparative example.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. Are partly or entirely modified, application examples, detailed explanations, supplementary explanations, and the like. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等(個数、数値、量、範囲等を含む)についても同様である。   Furthermore, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numbers and the like (including the number, numerical value, quantity, range, etc.).

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same or related reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted. In the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.

また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。   In the drawings used in the embodiments, hatching may be omitted even in a cross-sectional view so as to make the drawings easy to see. Further, even a plan view may be hatched to make the drawing easy to see.

(実施の形態1)
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体装置の構成および製造方法について詳細に説明する。図1は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す要部断面図である。図2〜図4は、本実施の形態の半導体装置のヒューズ素子の構成を示す平面図又は断面図である。図3は、例えば、図2のB−B断面に、図4は、例えば、図2のC−C断面に対応する。図5は、本実施の形態の半導体装置のヒューズ素子が接続される回路を示す回路図である。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the configuration and manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of the main part showing the configuration of the semiconductor device of this embodiment. 2 to 4 are plan views or cross-sectional views showing the configuration of the fuse element of the semiconductor device of the present embodiment. 3 corresponds to, for example, the BB cross section of FIG. 2, and FIG. 4 corresponds to, for example, the CC cross section of FIG. FIG. 5 is a circuit diagram showing a circuit to which the fuse element of the semiconductor device of the present embodiment is connected.

[構造説明]
まず、図1〜図5を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の特徴的な構成について説明する。
[Description of structure]
First, a characteristic configuration of the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図1に示すように、本実施の形態の半導体装置は、半導体基板(基板)1上に形成された半導体素子として、例えばpチャネル型MISFETQpおよびnチャネル型MISFETQnを有する。かかるMISFETの他、他の素子、例えば、抵抗素子やメモリセルなど、種々の素子を有していてもよい。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device of the present embodiment includes, for example, a p-channel MISFET Qp and an n-channel MISFET Qn as semiconductor elements formed on a semiconductor substrate (substrate) 1. In addition to the MISFET, other elements such as a resistance element and a memory cell may be included.

これらMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor、電界効果トランジスタ)上には、層間絶縁膜TH1が形成されている。また、上記MISFETのソース、ドレイン領域(3n、3p)上には、プラグP1を介して第1層配線M1が形成されている。さらに、第1層配線M1上には、複数の配線層(第2層配線M2〜第5層配線M5)が形成されている。各配線層間は、プラグP2〜プラグP5により電気的に接続され、それ以外の領域は層間絶縁膜TH2〜TH5により電気的に絶縁されている。また、第5層配線M5と同層には、ヒューズ素子(フューズ素子)Fが形成されている。最上層配線である第6層配線M6と第5層配線M5との間は、プラグP6により電気的に接続され、それ以外の領域は層間絶縁膜TH6により電気的に絶縁されている。   On these MISFETs (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistors), an interlayer insulating film TH1 is formed. A first layer wiring M1 is formed on the source / drain regions (3n, 3p) of the MISFET via a plug P1. Further, a plurality of wiring layers (second layer wiring M2 to fifth layer wiring M5) are formed on the first layer wiring M1. Each wiring layer is electrically connected by plugs P2 to P5, and other regions are electrically insulated by interlayer insulating films TH2 to TH5. A fuse element (fuse element) F is formed in the same layer as the fifth layer wiring M5. The sixth layer wiring M6 and the fifth layer wiring M5 which are the uppermost layer wirings are electrically connected by the plug P6, and the other regions are electrically insulated by the interlayer insulating film TH6.

第1層配線M1〜第6層配線M6は、Al配線(アルミニウムを含有する導電性膜を有する配線)である。なお、アルミニウム(Al)膜の上層および下層にバリア膜を設け、Al膜および上下のバリア膜を含めてAl配線としてもよい。   The first layer wiring M1 to the sixth layer wiring M6 are Al wirings (wirings having a conductive film containing aluminum). A barrier film may be provided on the upper layer and the lower layer of the aluminum (Al) film, and the Al film and the upper and lower barrier films may be included in the Al wiring.

なお、第1層配線M1〜第4層配線M4を他の導電性膜(例えば、銅(Cu)など)を用いて構成してもよい。   Note that the first-layer wiring M1 to the fourth-layer wiring M4 may be configured using other conductive films (for example, copper (Cu)).

この第6層配線M6上には第1保護膜(12、13)および第2保護膜(感光性ポリイミド膜16)が形成され、これらの膜(12、13、16)の開口部OA2から第6層配線(Al膜)M6が露出している。また、第1保護膜(12、13)、第2保護膜(感光性ポリイミド膜16)および層間絶縁膜TH6の開口部OA1からヒューズ素子F(Fp)が露出している。このように、本実施の形態においては、ヒューズ素子Fを剥き出し構造としている。但し、ヒューズ素子F上は、後述する封止工程において封止樹脂で覆われることとなる。上記第6層配線M6の露出部がパッド領域Pdとなる。このパッド領域Pd上のワイヤ(導電性部材)Wを介して半導体装置(半導体チップ)と外部端子との電気的接続を図ることができる。また、後述するように、ヒューズ素子Fの露出部の一部が、プログラム領域(切断可能領域)Fpとなる。   A first protective film (12, 13) and a second protective film (photosensitive polyimide film 16) are formed on the sixth layer wiring M6, and the second protective film (photosensitive polyimide film 16) is formed from the opening OA2 of these films (12, 13, 16). Six-layer wiring (Al film) M6 is exposed. Further, the fuse element F (Fp) is exposed from the opening OA1 of the first protective film (12, 13), the second protective film (photosensitive polyimide film 16), and the interlayer insulating film TH6. Thus, in the present embodiment, the fuse element F has a bare structure. However, the fuse element F is covered with a sealing resin in a sealing process described later. The exposed portion of the sixth layer wiring M6 becomes a pad region Pd. Electrical connection between the semiconductor device (semiconductor chip) and the external terminals can be achieved via the wire (conductive member) W on the pad region Pd. Further, as will be described later, a part of the exposed portion of the fuse element F becomes a program area (cuttable area) Fp.

次いで、ヒューズ素子Fの構成について詳細に説明する。図2に示すように、一のヒューズ素子Fは、ライン状に形成された導電性膜(配線)の一部である。複数のヒューズ素子F(ライン状の導電性膜)が、一定の間隔を置いて複数配置されている。   Next, the configuration of the fuse element F will be described in detail. As shown in FIG. 2, one fuse element F is a part of a conductive film (wiring) formed in a line shape. A plurality of fuse elements F (line-shaped conductive films) are arranged at regular intervals.

前述したように、ヒューズ素子Fは、配線(本実施の形態においては、第5層配線M5)の一部であり、プログラム領域(溶断可能領域)Fpを含む一定の領域(長さ)を指すものとする。言い換えれば、上記領域以外の部分は、配線(ここでは、第5層配線M5である)。このプログラム領域(溶断可能領域)Fpは、後述する溶断回路(93)により過電流を流すなどして切断される領域をいう(図5参照)。   As described above, the fuse element F is a part of the wiring (the fifth layer wiring M5 in the present embodiment) and indicates a certain region (length) including the program region (meltable region) Fp. Shall. In other words, the portion other than the region is a wiring (here, the fifth layer wiring M5). The program area (meltable area) Fp is an area that is cut by flowing an overcurrent by a fusing circuit (93) described later (see FIG. 5).

図2に示す5つのヒューズ素子Fのプログラム領域(Fp)において、未切断状態であるものをFaと、切断状態であるものをFbと示す。図3は、切断状態であるヒューズ素子Fの断面図であり、プログラム領域(Fp)において、導電性膜が断線している。図4は、未切断状態であるヒューズ素子Fの断面図であり、プログラム領域(Fp)において、導電性膜が繋がったままの状態である。   In the program area (Fp) of the five fuse elements F shown in FIG. 2, an uncut state is indicated as Fa, and a disconnected state is indicated as Fb. FIG. 3 is a cross-sectional view of the fuse element F in a cut state, and the conductive film is disconnected in the program region (Fp). FIG. 4 is a cross-sectional view of the fuse element F in an uncut state, in which the conductive film remains connected in the program region (Fp).

ヒューズ素子Fに接続された溶断回路(93)によりプログラム領域(溶断可能領域)Fpを切断するか否かによって、ヒューズ素子Fに、異なる情報(データ)を記憶(プログラム)することができる(図5参照)。   Different information (data) can be stored (programmed) in the fuse element F depending on whether or not the program area (meltable area) Fp is cut by the fusing circuit (93) connected to the fuse element F (FIG. 5).

また、ヒューズ素子Fに接続された判定回路(95)によって、ヒューズ素子Fに記憶(プログラム)されたデータを読み出すことができる(図5参照)。例えば、“切断状態”を“1”データ、“未切断状態”を“0”データとする。図3に示すように、図中左から並ぶヒューズ素子Fが、Fb(切断)、Fa(未切断)、Fa(未切断)、Fb(切断)、Fa(未切断)である場合には、判定回路によって、“0”、“1”、“1”、“0”、“1”のデータが出力されることとなる。   Further, the data stored (programmed) in the fuse element F can be read out by the determination circuit (95) connected to the fuse element F (see FIG. 5). For example, the “disconnected state” is “1” data, and the “uncut state” is “0” data. As shown in FIG. 3, when the fuse elements F arranged from the left in the figure are Fb (cut), Fa (uncut), Fa (uncut), Fb (cut), Fa (uncut), The data of “0”, “1”, “1”, “0”, “1” is output by the determination circuit.

次いで、図5を参照しながら、ヒューズ素子Fおよびその周辺の回路(溶断回路93、判定回路95など)の構成について説明する。   Next, the configuration of the fuse element F and its peripheral circuits (melting circuit 93, determination circuit 95, etc.) will be described with reference to FIG.

図5に示すように、ヒューズ素子Fの一端(ノードn1)は、接地電位(GND、接地電位配線、接地電位端子)に接続され、ヒューズ素子Fの他端(ノードn2)は、トランジスタ91を介して電源電位(VDD、電源電位配線)に接続されている。また、ヒューズ素子の他端(ノードn2)には、判定回路(読み出し回路、テスト回路)95が接続されている。また、上記トランジスタ91のゲート電極は、溶断回路93に接続されている。   As shown in FIG. 5, one end (node n1) of the fuse element F is connected to the ground potential (GND, ground potential wiring, ground potential terminal), and the other end (node n2) of the fuse element F is connected to the transistor 91. To the power supply potential (VDD, power supply potential wiring). A determination circuit (read circuit, test circuit) 95 is connected to the other end (node n2) of the fuse element. The gate electrode of the transistor 91 is connected to the fusing circuit 93.

ここで、本実施の形態のヒューズ素子Fの他端(ノードn2)は、トランジスタ(スイッチング素子)Tsを介して(GND、接地電位配線、接地電位端子)に接続されている。   Here, the other end (node n2) of the fuse element F of the present embodiment is connected to (GND, ground potential wiring, ground potential terminal) via a transistor (switching element) Ts.

溶断回路93により、所定のヒューズ素子Fの切断(溶断)を行う。かかる工程をプラグラム工程という。このプログラム工程においては、上記トランジスタ(スイッチング素子)Tsをオフ(OFF)状態とし、トランジスタ(MISFET)91をオン(ON)状態とし、過電流をヒューズ素子Fに流すなどして、ヒューズ素子Fの電気溶断を行う。   The fusing circuit 93 cuts (fuses) a predetermined fuse element F. Such a process is called a program process. In this programming step, the transistor (switching element) Ts is turned off, the transistor (MISFET) 91 is turned on, an overcurrent is passed through the fuse element F, etc. Perform electrical fusing.

また、判定回路95により、ヒューズ素子Fに記憶されたデータを読み出す。かかる工程を読み出し工程という。この読み出し工程においては、上記トランジスタ(スイッチング素子)Tsをオフ(OFF)状態とする。   Further, the data stored in the fuse element F is read by the determination circuit 95. Such a process is called a reading process. In this reading step, the transistor (switching element) Ts is turned off.

そして、例えば、当該ヒューズ素子Fが切断されている場合(Fb)には、ヒューズ素子Fの他端(ノードn2)がHレベル(高電位レベル)となり、これに対応した信号を判定回路95から出力し、切断を判定する。即ち、“切断状態”を“0”データとした場合、“0”データを認識する。一方、当該ヒューズ素子Fが未切断の場合(Fa)には、ヒューズ素子Fの他端(ノードn2)がLレベル(低電位レベル)となり、これに対応した信号を判定回路95から出力し、未切断を判定する。即ち、“未切断状態”を“1”データとした場合、“1”データを認識する。   For example, when the fuse element F is cut (Fb), the other end (node n2) of the fuse element F becomes H level (high potential level), and a signal corresponding to this is sent from the determination circuit 95. Output and determine disconnection. That is, when the “cut state” is “0” data, “0” data is recognized. On the other hand, when the fuse element F is not cut (Fa), the other end (node n2) of the fuse element F becomes L level (low potential level), and a signal corresponding to this is output from the determination circuit 95, Judge uncut. That is, when the “uncut state” is “1” data, “1” data is recognized.

ここで、本実施の形態においては、上記プログラム工程(期間)および読み出し工程(期間)以外の工程(期間)においては、トランジスタ(スイッチング素子)Tsをオン(ON)状態とし、ヒューズ素子Fの両端(ノードn1、ノードn2)を接地電位(GND、接地電位配線、接地電位端子)に接続する。このように、ヒューズ素子Fの両端(ノードn1、ノードn2)を接地電位(GND、接地電位配線、接地電位端子)に接続することで、ヒューズ素子Fを保護膜(12、13、16)および層間絶縁膜TH6から露出させていても、ヒューズ素子Fの変質を低減することができる。   Here, in the present embodiment, in the process (period) other than the program process (period) and the read process (period), the transistor (switching element) Ts is turned on and both ends of the fuse element F are turned on. (Node n1, Node n2) is connected to the ground potential (GND, ground potential wiring, ground potential terminal). Thus, by connecting both ends (node n1, node n2) of the fuse element F to the ground potential (GND, ground potential wiring, ground potential terminal), the fuse element F is protected by the protective film (12, 13, 16) and Even if it is exposed from the interlayer insulating film TH6, alteration of the fuse element F can be reduced.

よって、半導体装置の特性を向上させることができる。当該特性の向上に関する、具体的な内容は、追って詳細に説明する(後述の<1>〜<3>参照)。   Therefore, the characteristics of the semiconductor device can be improved. Specific contents regarding the improvement of the characteristics will be described in detail later (see <1> to <3> below).

[製造方法説明]
次いで、図1〜図13を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造工程を説明するとともに、当該半導体装置の構成をより明確にする。図6〜図13は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
[Production method explanation]
Next, the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 13 and the configuration of the semiconductor device will be clarified. 6 to 13 are main-portion cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment.

まず、図1に示すような半導体素子(nチャネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFETQp)を形成し、その上方に複数の配線(M1〜M4)を形成する。   First, semiconductor elements (n-channel MISFET Qn and p-channel MISFET Qp) as shown in FIG. 1 are formed, and a plurality of wirings (M1 to M4) are formed thereon.

半導体素子(nチャネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFETQp)および複数の配線(M1〜M4)の形成方法に制限はないが、例えば、以下に示す工程により、これらを形成することができる。   There are no limitations on the method for forming the semiconductor elements (n-channel type MISFETQn and p-channel type MISFETQp) and the plurality of wirings (M1 to M4). For example, these can be formed by the following steps.

[Qn、Qp形成工程]
例えばp型の単結晶シリコンからなる半導体基板1をエッチングすることにより溝を形成し、溝の内部に絶縁膜として例えば酸化シリコン膜を埋め込むことにより素子分離領域2を形成する。この素子分離領域2により、nチャネル型MISFETQnが形成される活性領域およびpチャネル型MISFETQpが形成される活性領域が区画される。
[Qn, Qp formation process]
For example, a trench is formed by etching a semiconductor substrate 1 made of p-type single crystal silicon, and an element isolation region 2 is formed by embedding, for example, a silicon oxide film as an insulating film in the trench. The element isolation region 2 defines an active region where the n-channel MISFET Qn is formed and an active region where the p-channel MISFET Qp is formed.

次いで、半導体基板1のnチャネル型MISFETQnが形成される活性領域にp型不純物をイオン打ち込みした後、熱処理により不純物を拡散させることにより、p型ウエルを形成する。また、半導体基板1のpチャネル型MISFETQpが形成される活性領域にn型不純物をイオン打ち込みした後、熱処理により不純物を拡散させることにより、n型ウエルを形成する。次いで、例えば、半導体基板1(p型ウエルおよびn型ウエル)の表面を熱酸化することにより、ゲート絶縁膜を形成する。   Next, after ion-implanting p-type impurities into the active region of the semiconductor substrate 1 where the n-channel MISFET Qn is to be formed, the impurities are diffused by heat treatment to form a p-type well. In addition, an n-type well is formed by ion-implanting an n-type impurity into the active region of the semiconductor substrate 1 where the p-channel MISFET Qp is formed, and then diffusing the impurity by heat treatment. Next, for example, the surface of the semiconductor substrate 1 (p-type well and n-type well) is thermally oxidized to form a gate insulating film.

次いで、ゲート絶縁膜上に、例えば導電性膜として、不純物をドープした多結晶シリコン膜を堆積し、この多結晶シリコン膜をエッチングすることにより、ゲート電極Gを形成する。   Next, a polycrystalline silicon film doped with impurities is deposited on the gate insulating film, for example, as a conductive film, and the polycrystalline silicon film is etched to form the gate electrode G.

次いで、ゲート電極Gの両側のp型ウエルにn型不純物をイオン打ち込みすることによってn型半導体領域を形成し、ゲート電極Gの両側のn型ウエルにp型不純物をイオン打ち込みすることによってp型半導体領域を形成する。 Next, n type semiconductor regions are formed by ion-implanting n-type impurities into the p-type wells on both sides of the gate electrode G, and p-type impurities are ion-implanted into the n-type wells on both sides of the gate electrode G. - -type semiconductor regions.

次いで、半導体基板1の全面上に絶縁膜として例えば窒化シリコン膜を堆積した後、異方的にエッチングすることによって、ゲート電極Gの側壁にサイドウォールスペーサを形成する。   Next, after depositing, for example, a silicon nitride film as an insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate 1, side wall spacers are formed on the side walls of the gate electrode G by anisotropic etching.

次いで、ゲート電極Gおよびサイドウォールスペーサをマスクにp型ウエルにn型不純物をイオン打ち込みすることによってn型半導体領域よりも不純物濃度の高いn型半導体領域を形成し、ゲート電極Gおよびサイドウォールスペーサをマスクにn型ウエルにp型不純物をイオン打ち込みすることによってp型半導体領域よりも不純物濃度の高いp型半導体領域を形成する。 Next, an n + -type semiconductor region having an impurity concentration higher than that of the n -type semiconductor region is formed by ion-implanting n-type impurities into the p-type well using the gate electrode G and the side wall spacer as a mask. A p + type semiconductor region having an impurity concentration higher than that of the p type semiconductor region is formed by ion implantation of p type impurities into the n type well using the wall spacer as a mask.

以上の工程により、n型半導体領域およびn型半導体領域よりなるLDD(lightly Doped Drain)構造のソース、ドレイン領域3nを備えたnチャネル型MISFETQn、およびp型半導体領域およびp型半導体領域よりなるLDD構造のソース、ドレイン領域3pを備えたpチャネル型MISFETQpが形成される。 Through the above steps, the source of the LDD (lightly Doped Drain) structure composed of the n type semiconductor region and the n + type semiconductor region, the n channel MISFET Qn having the drain region 3n, and the p type semiconductor region and the p + type semiconductor A p-channel MISFET Qp having a source / drain region 3p having an LDD structure composed of regions is formed.

次いで、半導体基板1の表面の清浄化を行った後、必要に応じて、ゲート電極Gおよびソース、ドレイン領域3n、3pに、サリサイド(Salicide:Self Aligned Silicide)技術により、金属シリサイド層(例えば、コバルトシリサイド層、図示せず)を形成する。   Next, after the surface of the semiconductor substrate 1 is cleaned, a metal silicide layer (for example, a salicide (Salicide: Self Aligned Silicide) technique is applied to the gate electrode G and the source and drain regions 3n and 3p as necessary. A cobalt silicide layer (not shown) is formed.

[M1〜M4形成工程]
次いで、nチャネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFETQpの上方に多層配線を形成する。以下、この多層配線のうち、第1層配線M1〜第4層配線M4の形成工程について説明する。
[M1-M4 formation process]
Next, a multilayer wiring is formed above the n-channel MISFET Qn and the p-channel MISFET Qp. Hereinafter, the formation process of the first layer wiring M1 to the fourth layer wiring M4 in the multilayer wiring will be described.

まず、前述の図1に示すようにnチャネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFETQp上に、絶縁膜として例えば酸化シリコン膜をCVD(Chemical Vapor deposition)法で堆積する。その後、必要に応じて、酸化シリコン膜の表面を化学的機械研磨(CMP;Chemical Mechanical Polishing)法で研磨してその表面を平坦化することによって層間絶縁膜TH1を形成する。   First, as shown in FIG. 1, for example, a silicon oxide film is deposited as an insulating film on the n-channel MISFET Qn and the p-channel MISFET Qp by a CVD (Chemical Vapor deposition) method. Thereafter, if necessary, the surface of the silicon oxide film is polished by a chemical mechanical polishing (CMP) method to planarize the surface, thereby forming an interlayer insulating film TH1.

次いで、層間絶縁膜TH1をエッチングすることにより、ソース、ドレイン領域3n、3p上に、それぞれコンタクトホール(接続孔)を形成する。次いで、コンタクトホール内を含む層間絶縁膜TH1上に、導電性膜として例えば、タングステン(W)膜をCVD法で堆積し、このW膜を層間絶縁膜TH1が露出するまでCMP法により研磨することによって、コンタクトホール内に導電性膜を埋め込む。この工程により、プラグ(コンタクトプラグ)P1が形成される。なお、W膜の下層に、例えば窒化チタン(TiN)膜、チタン(Ti)膜等の単層膜又はこれらの積層膜からなるバリア膜を設けてもよい。   Next, the interlayer insulating film TH1 is etched to form contact holes (connection holes) on the source and drain regions 3n and 3p, respectively. Next, a tungsten (W) film, for example, is deposited as a conductive film on the interlayer insulating film TH1 including the inside of the contact hole by the CVD method, and this W film is polished by the CMP method until the interlayer insulating film TH1 is exposed. Thus, a conductive film is embedded in the contact hole. By this step, a plug (contact plug) P1 is formed. Note that a barrier film made of a single layer film such as a titanium nitride (TiN) film or a titanium (Ti) film or a laminated film thereof may be provided below the W film.

次いで、層間絶縁膜TH1およびプラグP1上に、バリア膜(図示せず)として、例えば、チタン(Ti)膜および窒化チタン(TiN)膜の積層膜(以下、「TiN/Ti膜」と示す場合がある。)を形成する。まず、層間絶縁膜TH1およびプラグP1上に、Ti膜をスパッタリング法などで成膜し、その上部にTiN膜をスパッタリング法などで成膜する。   Next, as a barrier film (not shown) on the interlayer insulating film TH1 and the plug P1, for example, a laminated film of a titanium (Ti) film and a titanium nitride (TiN) film (hereinafter referred to as “TiN / Ti film”) Form.). First, a Ti film is formed by sputtering or the like on the interlayer insulating film TH1 and the plug P1, and a TiN film is formed thereon by sputtering or the like.

次いで、バリア膜上に、アルミニウム(Al)膜をスパッタリング法により形成する。次いで、Al膜上に、バリア膜として例えば、TiN/Ti膜をスパッタリング法などにより形成する。   Next, an aluminum (Al) film is formed on the barrier film by a sputtering method. Next, for example, a TiN / Ti film is formed as a barrier film on the Al film by a sputtering method or the like.

次いで、バリア膜上に、反射防止膜として、酸窒化シリコン膜(SiON膜、図1においては図示せず)をCVD法などにより成膜する。   Next, a silicon oxynitride film (SiON film, not shown in FIG. 1) is formed as an antireflection film on the barrier film by a CVD method or the like.

上記工程により、TiN/Ti/Al/TiN/Tiが下側から順に積層された積層導電性膜およびその上部の反射防止膜が形成される。   By the above process, a laminated conductive film in which TiN / Ti / Al / TiN / Ti is laminated in order from the lower side and an antireflection film on the upper part thereof are formed.

なお、バリア膜を、Ti膜またはTiN膜の単層膜としてもよい。また、TiN膜を反射防止膜として使用し、SiON膜を省略してもよい。また、ここで言うAl膜は、主成分としてAlを50重量%以上含有していればよく、他の金属を含有していてもよい。例えば、Cu(銅)を数%程度含有する合金であってもよい。   The barrier film may be a single layer film of a Ti film or a TiN film. Further, a TiN film may be used as an antireflection film, and the SiON film may be omitted. Moreover, the Al film said here should just contain 50 weight% or more of Al as a main component, and may contain another metal. For example, an alloy containing about several percent of Cu (copper) may be used.

次いで、上記積層導電性膜および反射防止膜の上部に図示しないフォトレジスト膜を塗布し、露光・現像(フォトリソグラフィ)することにより第1層配線M1の形成領域にフォトレジスト膜を残存させる。このように、反射防止膜を用いることにより、パターン精度の向上を図ることができる。即ち、フォトレジスト膜内において、露光時に照射光がAl膜から反射し、照射光と反射光とが干渉することによる解像不良を防止することができる。   Next, a photoresist film (not shown) is applied on the laminated conductive film and the antireflection film, and exposed and developed (photolithography) to leave the photoresist film in the formation region of the first layer wiring M1. Thus, the use of an antireflection film can improve the pattern accuracy. That is, in the photoresist film, irradiation light is reflected from the Al film at the time of exposure, and it is possible to prevent poor resolution due to interference between the irradiation light and the reflected light.

次いで、このフォトレジスト膜をマスクに上記積層膜および反射防止膜をエッチング(パターニング)することにより、第1層配線(Al配線)M1を形成する。   Next, the first layer wiring (Al wiring) M1 is formed by etching (patterning) the laminated film and the antireflection film using the photoresist film as a mask.

次いで、第1層配線M1上に、絶縁膜として例えば酸化シリコン膜をCVD法で堆積する。その後、必要に応じて、酸化シリコン膜の表面をCMP法で研磨してその表面を平坦化することによって層間絶縁膜TH2を形成する。   Next, a silicon oxide film, for example, is deposited as an insulating film on the first layer wiring M1 by the CVD method. Thereafter, if necessary, the surface of the silicon oxide film is polished by a CMP method to planarize the surface, thereby forming an interlayer insulating film TH2.

次いで、層間絶縁膜TH2をエッチングすることにより、第1層配線M1上に、コンタクトホール(接続孔)を形成する。次いで、コンタクトホール内を含む層間絶縁膜TH2上に、バリア膜(図示せず)として、例えば、TiN/Ti膜をスパッタリング法などを用いて形成した後、W膜をCVD法で堆積する。次いで、W膜等を層間絶縁膜TH2が露出するまでCMP法により研磨することによって、コンタクトホール内に導電性膜を埋め込みプラグP2を形成する。   Next, by etching the interlayer insulating film TH2, a contact hole (connection hole) is formed on the first layer wiring M1. Next, for example, a TiN / Ti film is formed as a barrier film (not shown) on the interlayer insulating film TH2 including the inside of the contact hole by using a sputtering method, and then a W film is deposited by the CVD method. Next, the conductive film is embedded in the contact hole to form the plug P2 by polishing the W film or the like by CMP until the interlayer insulating film TH2 is exposed.

なお、コンタクトホール内を含む層間絶縁膜TH2上に、TiN/Ti/Al/TiN/Tiが下側から順に積層された積層導電性膜および反射防止膜を形成した後、上記フォトレジスト膜をマスクに上記積層導電性膜および反射防止膜をエッチング(パターニング)することにより、プラグP2および第2層配線(Al配線)M2を同時に形成してもよい。   A laminated conductive film and an antireflection film in which TiN / Ti / Al / TiN / Ti are sequentially laminated from the lower side are formed on the interlayer insulating film TH2 including the inside of the contact hole, and then the photoresist film is masked. Alternatively, the plug P2 and the second layer wiring (Al wiring) M2 may be formed simultaneously by etching (patterning) the laminated conductive film and the antireflection film.

次いで、第2層配線M2上に、層間絶縁膜TH3を層間絶縁膜TH2と同様に形成し、この層間絶縁膜TH3中にプラグP3をプラグP2と同様に形成する。さらに、層間絶縁膜TH3およびプラグP3上に、第3層配線(Al配線)M3を第2層配線(Al配線)M2と同様に形成する。   Next, an interlayer insulating film TH3 is formed on the second layer wiring M2 in the same manner as the interlayer insulating film TH2, and a plug P3 is formed in the interlayer insulating film TH3 in the same manner as the plug P2. Further, the third layer wiring (Al wiring) M3 is formed on the interlayer insulating film TH3 and the plug P3 in the same manner as the second layer wiring (Al wiring) M2.

次いで、第3層配線M3上に、層間絶縁膜TH4を層間絶縁膜TH2と同様に形成し、この層間絶縁膜TH4中にプラグP4をプラグP2と同様に形成する。さらに、層間絶縁膜TH4およびプラグP4上に、第4層配線(Al配線)M4を第2層配線(Al配線)M2と同様に形成する。   Next, an interlayer insulating film TH4 is formed in the same manner as the interlayer insulating film TH2 on the third layer wiring M3, and a plug P4 is formed in the interlayer insulating film TH4 in the same manner as the plug P2. Further, a fourth layer wiring (Al wiring) M4 is formed on the interlayer insulating film TH4 and the plug P4 in the same manner as the second layer wiring (Al wiring) M2.

なお、プラグP2および第2層配線(Al配線)M2と同様に、プラグP3および第3層配線(Al配線)M3を同時に形成してもよいし、プラグP4および第4層配線(Al配線)M4を同時に形成してもよい。   As with the plug P2 and the second layer wiring (Al wiring) M2, the plug P3 and the third layer wiring (Al wiring) M3 may be formed simultaneously, or the plug P4 and the fourth layer wiring (Al wiring). M4 may be formed at the same time.

[M5、F、M6、Pd形成工程]
次いで、第5層配線M5およびヒューズ素子Fを形成した後、層間絶縁膜TH6を介して最上層配線となる第6層配線(Al配線)M6を形成し、その上部を保護膜(12、13、16)で覆った後、その一部を露出させ、パッド領域(Alパッド、パッド、ボンディングパッド、開口部)Pdを形成する。その工程を図6〜図11を参照しながら詳細に説明する。なお、図6〜図11は、図1のヒューズ素子およびパッド領域近傍の部分拡大部に対応する。
[M5, F, M6, Pd formation process]
Next, after forming the fifth layer wiring M5 and the fuse element F, the sixth layer wiring (Al wiring) M6 which becomes the uppermost layer wiring is formed through the interlayer insulating film TH6, and the protective film (12, 13) is formed thereon. , 16), and a part thereof is exposed to form a pad region (Al pad, pad, bonding pad, opening) Pd. The process will be described in detail with reference to FIGS. 6 to 11 correspond to a partially enlarged portion in the vicinity of the fuse element and the pad region in FIG.

まず、図1および図6に示すように、第4層配線M4上に、層間絶縁膜TH5を層間絶縁膜TH2と同様に形成し、この層間絶縁膜TH5中にプラグP5をプラグP2と同様に形成する。さらに、層間絶縁膜TH5およびプラグP5上に、第5層配線(Al配線)M5を第2層配線(Al配線)M2と同様に形成するのであるが、この際、ヒューズ素子Fも同時に形成する。   First, as shown in FIGS. 1 and 6, an interlayer insulating film TH5 is formed on the fourth-layer wiring M4 in the same manner as the interlayer insulating film TH2, and a plug P5 is formed in the interlayer insulating film TH5 in the same manner as the plug P2. Form. Further, the fifth-layer wiring (Al wiring) M5 is formed on the interlayer insulating film TH5 and the plug P5 in the same manner as the second-layer wiring (Al wiring) M2. At this time, the fuse element F is also formed at the same time. .

即ち、層間絶縁膜TH5およびプラグP5上に、バリア膜5aとして、例えば、TiN/Ti膜をスパッタリング法などで成膜する。次いで、バリア膜5a上に、Al膜5bをスパッタリング法により成膜し、その上部に、バリア膜5cとして例えば、TiN/Ti膜をスパッタリング法などにより形成する。次いで、バリア膜5c上に、反射防止膜ARとして、酸窒化シリコン膜(SiON膜)をCVD法などにより成膜する。上記工程により、TiN/Ti/Al/TiN/Tiが下側から順に積層された積層導電性膜(5a、5b、5c)およびその上部の反射防止膜ARが形成される。   That is, as the barrier film 5a, for example, a TiN / Ti film is formed on the interlayer insulating film TH5 and the plug P5 by a sputtering method or the like. Next, an Al film 5b is formed on the barrier film 5a by a sputtering method, and a TiN / Ti film, for example, is formed thereon as the barrier film 5c by a sputtering method or the like. Next, a silicon oxynitride film (SiON film) is formed as an antireflection film AR on the barrier film 5c by a CVD method or the like. Through the above steps, the laminated conductive films (5a, 5b, 5c) in which TiN / Ti / Al / TiN / Ti are sequentially laminated from the lower side and the antireflection film AR on the upper side thereof are formed.

次いで、上記積層導電性膜(5a、5b、5c)および反射防止膜ARの上部に図示しないフォトレジスト膜を塗布し、露光・現像(フォトリソグラフィ)することにより第5層配線M5の形成領域およびヒューズ素子Fの形成領域にフォトレジスト膜を残存させる。次いで、このフォトレジスト膜をマスクに上記積層導電性膜(5a、5b、5c)および反射防止膜ARをエッチング(パターニング)することにより、第5層配線(Al配線)M5およびヒューズ素子Fを形成する。   Next, a photoresist film (not shown) is applied on the laminated conductive films (5a, 5b, 5c) and the antireflection film AR, and is exposed and developed (photolithography), thereby forming the formation region of the fifth layer wiring M5 and The photoresist film is left in the formation region of the fuse element F. Next, the fifth layer wiring (Al wiring) M5 and the fuse element F are formed by etching (patterning) the laminated conductive films (5a, 5b, 5c) and the antireflection film AR using the photoresist film as a mask. To do.

このヒューズ素子Fは、前述したようにライン状に形成され(図2参照)、その両端は種々の端子や回路と接続されている(図5参照)。この端子は、配線(M1〜M6)または配線の一部であり、また、回路は、配線および複数の素子(例えば、Qn、Qpなど)により構成される。   The fuse element F is formed in a line shape as described above (see FIG. 2), and both ends thereof are connected to various terminals and circuits (see FIG. 5). This terminal is a wiring (M1 to M6) or a part of the wiring, and the circuit is composed of a wiring and a plurality of elements (for example, Qn, Qp, etc.).

前述したとおり、ヒューズ素子Fは、配線(第5層配線M5)の一部である。即ち、図2に示す、複数のヒューズ素子Fの上部および下部(上記一定の領域以外の部分)は、第5層配線M5である。なお、第5層配線M5については、上記ヒューズ素子Fと接続されるものの他、他の配線、素子や、パッド領域(Pd)に接続されるものがあることは言うまでもない(図1参照)。   As described above, the fuse element F is a part of the wiring (fifth layer wiring M5). That is, the upper part and the lower part (parts other than the certain area) of the plurality of fuse elements F shown in FIG. 2 are the fifth layer wiring M5. Needless to say, the fifth layer wiring M5 is connected to the fuse element F as well as to other wirings, elements, and pad regions (Pd) (see FIG. 1).

次いで、第5層配線M5およびヒューズ素子F上に、絶縁膜として例えば酸化シリコン膜をCVD法で堆積する。その後、必要に応じて、酸化シリコン膜の表面をCMP法で研磨してその表面を平坦化することによって層間絶縁膜TH6を形成する。   Next, a silicon oxide film, for example, is deposited as an insulating film on the fifth layer wiring M5 and the fuse element F by the CVD method. Thereafter, if necessary, the surface of the silicon oxide film is polished by CMP to planarize the surface, thereby forming an interlayer insulating film TH6.

次いで、層間絶縁膜TH6をエッチングすることにより、第5層配線M5上に、コンタクトホール(接続孔)を形成する。次いで、コンタクトホール内を含む層間絶縁膜TH6上に、バリア膜(図示せず)として、例えば、TiN/Ti膜をスパッタリング法などを用いて形成した後、W膜をCVD法で堆積する。次いで、W膜等を層間絶縁膜TH6が露出するまでCMP法により研磨することによって、コンタクトホール内に導電性膜を埋め込むことにより、プラグP6を形成する。   Next, by etching the interlayer insulating film TH6, a contact hole (connection hole) is formed on the fifth layer wiring M5. Next, for example, a TiN / Ti film is formed as a barrier film (not shown) on the interlayer insulating film TH6 including the inside of the contact hole by using a sputtering method or the like, and then a W film is deposited by the CVD method. Next, by polishing the W film or the like by CMP until the interlayer insulating film TH6 is exposed, the plug P6 is formed by embedding a conductive film in the contact hole.

次いで、図7に示すように、層間絶縁膜TH6およびプラグP6上に、バリア膜6aとして、例えば、TiN/Ti膜をスパッタリング法などで形成する。   Next, as shown in FIG. 7, a TiN / Ti film, for example, is formed as a barrier film 6a on the interlayer insulating film TH6 and the plug P6 by a sputtering method or the like.

次いで、バリア膜6a上に、Al膜6bをスパッタリング法により形成する。次いで、Al膜6b上に、バリア膜6cとして例えば、TiN膜(単層膜)をスパッタリング法などにより形成する。   Next, an Al film 6b is formed on the barrier film 6a by a sputtering method. Next, for example, a TiN film (single layer film) is formed as a barrier film 6c on the Al film 6b by a sputtering method or the like.

次いで、バリア膜6c上に、反射防止膜ARとして、酸窒化シリコン膜(SiON膜)をCVD法などにより成膜する。   Next, a silicon oxynitride film (SiON film) is formed as an antireflection film AR on the barrier film 6c by a CVD method or the like.

上記工程により、TiN/Ti/Al/TiNが下側から順に積層された積層導電性膜およびその上部の反射防止膜ARが形成される。   By the above process, a laminated conductive film in which TiN / Ti / Al / TiN is laminated in order from the lower side and an antireflection film AR on the upper side thereof are formed.

次いで、上記積層導電性膜(6a、6b、6c)および反射防止膜ARの上部に図示しないフォトレジスト膜を塗布し、露光・現像(フォトリソグラフィ)することにより第6層配線M6の形成領域にフォトレジスト膜を残存させる。次いで、このフォトレジスト膜をマスクに上記積層導電性膜(6a、6b、6c)および反射防止膜ARをエッチング(パターニング)することにより、第6層配線(Al配線)M6を形成する。   Next, a photoresist film (not shown) is applied on the laminated conductive films (6a, 6b, 6c) and the antireflection film AR, and exposed and developed (photolithography) to form a sixth layer wiring M6 formation region. The photoresist film is left. Next, by using the photoresist film as a mask, the laminated conductive films (6a, 6b, 6c) and the antireflection film AR are etched (patterned) to form a sixth layer wiring (Al wiring) M6.

この第6層配線(Al配線)M6は、最上層配線であり、その膜厚(TiN/Ti/Al/TiNよりなる積層導電性膜のトータル膜厚)は、それより下層の配線(M1〜M5のTiN/Ti/Al/TiN/Tiよりなる積層導電性膜のトータル膜厚)より大きい。特に、第6層配線(Al配線)M6を構成するAl膜6bの膜厚は、それより下層の配線を構成するAlの膜厚より大きい。また、第6層配線(Al配線)M6の配線幅は、それより下層の配線(M1〜M5)の配線幅より大きい。   The sixth layer wiring (Al wiring) M6 is the uppermost layer wiring, and the film thickness (total film thickness of the laminated conductive film made of TiN / Ti / Al / TiN) is lower than the wiring (M1 to M1). It is larger than the total film thickness of the laminated conductive film made of TiN / Ti / Al / TiN / Ti of M5. In particular, the thickness of the Al film 6b constituting the sixth layer wiring (Al wiring) M6 is larger than the thickness of Al constituting the lower layer wiring. Further, the wiring width of the sixth layer wiring (Al wiring) M6 is larger than the wiring width of the lower layer wirings (M1 to M5).

次いで、図8に示すように、第6層配線M6上に第1保護膜(第1絶縁膜)として、例えば、酸化シリコン膜12および窒化シリコン膜13の積層膜を形成する。これらの膜は、それぞれプラズマCVD法により形成することができる。   Next, as illustrated in FIG. 8, for example, a stacked film of a silicon oxide film 12 and a silicon nitride film 13 is formed as a first protective film (first insulating film) on the sixth layer wiring M <b> 6. Each of these films can be formed by a plasma CVD method.

次いで、図9に示すように、窒化シリコン膜13上にフォトレジスト膜Rを塗布する。次いで、図6に示すように、フォトレジスト膜Rを、露光・現像することにより開口部OA1およびOA2のフォトレジスト膜Rを除去する。この開口部OA1は、例えば、上記プログラム領域(切断可能領域)Fpを含む一定の領域である。また、開口部OA2は、後述のパッド領域Pdと対応する。   Next, as shown in FIG. 9, a photoresist film R is applied on the silicon nitride film 13. Next, as shown in FIG. 6, the photoresist film R in the openings OA1 and OA2 is removed by exposing and developing the photoresist film R. The opening OA1 is, for example, a certain area including the program area (cuttable area) Fp. The opening OA2 corresponds to a pad region Pd described later.

次いで、図10に示すように、フォトレジスト膜Rをマスクに第1保護膜(12、13)のうち、窒化シリコン膜13をエッチングする。次いで、その下層の酸化シリコン膜12をエッチングする。次いで、図11に示すように、第6層配線M6上の反射防止膜ARをエッチングし、第6層配線M6の表面、即ち、バリア膜(TiN膜)6cの表面を露出させる。この際、ヒューズ素子Fの上方の酸化シリコン膜12および層間絶縁膜(酸化シリコン膜)TH6がエッチングされ、さらに、ヒューズ素子F上の反射防止膜ARもエッチングされる。よって、ヒューズ素子Fの表面、即ち、バリア膜(TiN膜)5cの表面が露出する。   Next, as shown in FIG. 10, the silicon nitride film 13 of the first protective films (12, 13) is etched using the photoresist film R as a mask. Next, the underlying silicon oxide film 12 is etched. Next, as shown in FIG. 11, the antireflection film AR on the sixth layer wiring M6 is etched to expose the surface of the sixth layer wiring M6, that is, the surface of the barrier film (TiN film) 6c. At this time, the silicon oxide film 12 and the interlayer insulating film (silicon oxide film) TH6 above the fuse element F are etched, and the antireflection film AR on the fuse element F is also etched. Therefore, the surface of the fuse element F, that is, the surface of the barrier film (TiN film) 5c is exposed.

次いで、図12に示すように、第6層配線(Al配線)M6中のバリア膜6cをエッチングすることによりAl膜6bを露出させる。このAl膜6bの露出領域がパッド領域Pdとなる。この際、開口部OA1部においては、ヒューズ素子F中のバリア膜5cがエッチングされ、Al膜5bが露出する。なお、バリア膜5cの一部(例えば、下層のTi膜)が、ヒューズ素子Fの最上層に残存してもよい。   Next, as shown in FIG. 12, the Al film 6b is exposed by etching the barrier film 6c in the sixth layer wiring (Al wiring) M6. The exposed region of the Al film 6b becomes a pad region Pd. At this time, in the opening OA1, the barrier film 5c in the fuse element F is etched, and the Al film 5b is exposed. A part of the barrier film 5c (for example, the lower Ti film) may remain on the uppermost layer of the fuse element F.

ここで、図12等においては、1つのパッド領域Pdしか示していないが、半導体装置(半導体チップ)の内部には、複数のパッド領域Pdが形成される(図14参照)。よって、パッド領域Pdの非開口を防止するため、オーバーエッチングを行ってもよい。即ち、バリア膜6cがエッチングされ、Al膜6bの表面が露出した後も、エッチングを続け、パッド領域PdのAl膜6bの表面を後退させてもよい。次いで、フォトレジスト膜Rをアッシング処理などにより除去する。なお、窒化シリコン膜13のエッチングの後、フォトレジスト膜Rを除去し、窒化シリコン膜13をマスクとして下層の層をエッチングしてもよい。   Here, although only one pad region Pd is shown in FIG. 12 and the like, a plurality of pad regions Pd are formed inside the semiconductor device (semiconductor chip) (see FIG. 14). Therefore, over-etching may be performed to prevent non-opening of the pad region Pd. That is, even after the barrier film 6c is etched and the surface of the Al film 6b is exposed, the etching may be continued to retreat the surface of the Al film 6b in the pad region Pd. Next, the photoresist film R is removed by ashing or the like. Note that after the etching of the silicon nitride film 13, the photoresist film R may be removed, and the lower layer may be etched using the silicon nitride film 13 as a mask.

次いで、図13に示すように、パッド領域Pdを含む第1保護膜上(窒化シリコン膜13上)に、第2保護膜として、例えば、感光性ポリイミド膜(PIQ膜:Polyimide- isoindoloquinazolinedion膜)16を塗布する。次いで、感光性ポリイミド膜16を、露光・現像することにより開口部OA1およびOA2の感光性ポリイミド膜16を除去する。この工程により、開口部OA2からAl膜6b(パッド領域Pd)およびヒューズ素子Fの表面が再び露出する。   Next, as shown in FIG. 13, a photosensitive polyimide film (PIQ film: Polyimide-isoindoloquinazolinedion film) 16 is formed as a second protective film on the first protective film (on the silicon nitride film 13) including the pad region Pd. Apply. Next, the photosensitive polyimide film 16 is exposed and developed to remove the photosensitive polyimide film 16 in the openings OA1 and OA2. By this step, the Al film 6b (pad region Pd) and the surface of the fuse element F are exposed again from the opening OA2.

なお、図13においては、第1保護膜(酸化シリコン膜12、窒化シリコン膜13)の開口部OA2と第2保護膜(感光性ポリイミド膜16)の開口部OA2とを同じ大きさとしたが、第2保護膜の開口部を第1保護膜の開口部OA1より大きくしてもよい。同様に、第1保護膜(12、膜13)および層間絶縁膜の開口部OA1と第2保護膜(感光性ポリイミド膜16)の開口部OA1とを同じ大きさとしたが、第2保護膜の開口部を第1保護膜の開口部OA1より大きくしてもよい。次いで、熱処理(キュア処理)を施すことにより、感光性ポリイミド膜(第2保護膜)16を硬化させる。   In FIG. 13, the opening OA2 of the first protective film (silicon oxide film 12, silicon nitride film 13) and the opening OA2 of the second protective film (photosensitive polyimide film 16) have the same size. The opening of the second protective film may be larger than the opening OA1 of the first protective film. Similarly, the opening OA1 of the first protective film (12, film 13) and the interlayer insulating film and the opening OA1 of the second protective film (photosensitive polyimide film 16) have the same size. The opening may be larger than the opening OA1 of the first protective film. Next, the photosensitive polyimide film (second protective film) 16 is cured by performing heat treatment (curing treatment).

上記工程により、半導体素子(Qn、Qp)、その上部の多層配線(M1〜M6)およびヒューズ素子Fが略完成する。   Through the above process, the semiconductor element (Qn, Qp), the multilayer wiring (M1 to M6) and the fuse element F thereon are substantially completed.

次いで、パッド領域Pdを利用して、半導体装置の動作テストを行う。このように、半導体装置の製造工程の前工程(ダイシング前、ウエハ状態)において、半導体装置(集積回路)などの良否を判定することを「ウエハテスト」と言う。   Next, an operation test of the semiconductor device is performed using the pad region Pd. In this way, determining whether the semiconductor device (integrated circuit) is good or bad in the pre-process (before dicing, wafer state) of the manufacturing process of the semiconductor device is called “wafer test”.

このウエハテストとして、例えば、プローブ針を介してパッド領域Pdに電気的信号を印加し、また、パッド領域Pdから得られる信号を検知することにより、半導体装置の電気的特性をテストすることができる(プローブテスト)。このテスト結果により、半導体装置(集積回路)の良否を判断することができる。   As this wafer test, for example, an electrical signal can be applied to the pad region Pd via a probe needle, and a signal obtained from the pad region Pd can be detected to test the electrical characteristics of the semiconductor device. (Probe test). From this test result, the quality of the semiconductor device (integrated circuit) can be determined.

テスト内容に制限はないが、例えば、メモリセルに対するデータ書込みの可否やデータ保持時間の確認などを行うことができる。これにより、メモリセルに不良が確認された場合は、いわゆる冗長救済を行う。   Although there is no limitation on the content of the test, for example, it is possible to check whether data can be written to the memory cell and the data holding time. Thereby, when a defect is confirmed in the memory cell, so-called redundancy repair is performed.

例えば、あらかじめ冗長回路を形成しておき、冗長回路との接続が必要な場合には、ヒューズを切断し、不良箇所と置き換えを行なうためのプログラミングを行なう。このプログラミングを、ヒューズの切断の有無により行う。即ち、ヒューズ素子(ヒューズROM;Read Only Memory)Fの切断の有無によりデータを記憶しておき、半導体素子の駆動の際、ヒューズ素子Fの導通/非導通を判定する。これにより、ヒューズ素子Fに記録された情報(トリミング情報)を読み出し、この読み出しデータに基き半導体装置(例えば、メモリ)を駆動することにより、正常な冗長回路を動作させることができる。   For example, a redundant circuit is formed in advance, and when connection with the redundant circuit is necessary, the fuse is cut and programming is performed to replace the defective portion. This programming is performed depending on whether or not the fuse is cut. That is, data is stored depending on whether or not a fuse element (fuse ROM; Read Only Memory) F is cut, and whether or not the fuse element F is conductive is determined when the semiconductor element is driven. Thus, information (trimming information) recorded in the fuse element F is read, and a semiconductor device (for example, a memory) is driven based on the read data, whereby a normal redundant circuit can be operated.

なお、ここでは、上記冗長救済を例にヒューズ素子Fに対するプログラミングを説明したが、この他、上記トリミング情報に基づき、使用する周波数や対応電圧の変更を行うなど、上記トリミング情報は、冗長救済以外にも用いることができる。   Here, the programming for the fuse element F has been described by taking the redundancy relief as an example. However, the trimming information other than the redundancy relief, such as changing the frequency to be used and the corresponding voltage based on the trimming information. Can also be used.

[プログラミング工程]
次いで、ヒューズ素子Fにプログラミングを行う。即ち、例えば、プローブテストの結果や、半導体装置の仕様(周波数や対応電圧)に対応して、どのヒューズ素子Fを切断するかを決定し、該当のヒューズ素子Fを切断する。どのヒューズ素子Fを切断するかの情報を、テスト情報という。このテスト情報に基づき、前述の溶断回路(93、図5)から切断すべきヒューズに過電流を流し、ヒューズ素子Fのプログラム領域(切断可能領域)Fpを切断(非導通状態)とする。前述したように、このプログラム工程においては、上記トランジスタ(スイッチング素子)Tsをオフ(OFF)状態とする。
[Programming process]
Next, the fuse element F is programmed. That is, for example, it is determined which fuse element F is to be cut according to the result of the probe test and the specifications (frequency and corresponding voltage) of the semiconductor device, and the corresponding fuse element F is cut. Information on which fuse element F is to be cut is referred to as test information. Based on this test information, an overcurrent is caused to flow from the aforementioned fusing circuit (93, FIG. 5) to the fuse to be cut, and the program area (cuttable area) Fp of the fuse element F is cut (non-conductive state). As described above, in this programming step, the transistor (switching element) Ts is turned off.

[実装工程]
上記プローブテスト工程後においては、半導体基板(ウエハ)1を切断(ダイシング)して複数の半導体チップCHPに分離(個片化)する。なお、ダイシングの前に、半導体基板(ウエハ)1の裏面研削を行い、半導体基板1を薄膜化してもよい。図14に、ダイシング後の半導体チップの一例を示す。図示するように、略矩形の形状に切断された半導体チップCHPは、例えば、CPU(Central Processing Unit;中央演算処理装置)領域50、メモリ領域60、アナログ回路領域70やトリミング領域80などを有する。図15は、図14のトリミング領域の構成を示す平面図である。図15に示すように、トリミング領域80は、テスト情報回路TCや複数のヒューズ素子(ヒューズ回路)Fを有する。
[Mounting process]
After the probe test process, the semiconductor substrate (wafer) 1 is cut (diced) and separated into a plurality of semiconductor chips CHP (divided into individual pieces). Note that the semiconductor substrate 1 may be thinned by performing back surface grinding of the semiconductor substrate (wafer) 1 before dicing. FIG. 14 shows an example of the semiconductor chip after dicing. As illustrated, the semiconductor chip CHP cut into a substantially rectangular shape includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) region 50, a memory region 60, an analog circuit region 70, a trimming region 80, and the like. FIG. 15 is a plan view showing the configuration of the trimming region of FIG. As shown in FIG. 15, the trimming region 80 includes a test information circuit TC and a plurality of fuse elements (fuse circuits) F.

図16は、本実施の形態の半導体装置の実装工程を示す断面図である。次いで、図16に示すように、配線基板WB上に半導体チップCHPを搭載(接着)する(ダイボンディング)。この配線基板WBのチップ搭載面側には端子(外部端子)TEが形成されている。次いで、半導体チップCHPに形成されているパッド領域Pdと、配線基板WBに形成されている端子TEとを、金線などからなるワイヤ(導電性部材)Wで接続する(ワイヤボンディング)。   FIG. 16 is a cross-sectional view showing the mounting process of the semiconductor device of the present embodiment. Next, as shown in FIG. 16, the semiconductor chip CHP is mounted (adhered) on the wiring board WB (die bonding). Terminals (external terminals) TE are formed on the chip mounting surface side of the wiring board WB. Next, the pad region Pd formed on the semiconductor chip CHP and the terminal TE formed on the wiring board WB are connected by a wire (conductive member) W made of a gold wire or the like (wire bonding).

その後、半導体チップCHPおよびワイヤWを覆うように封止樹脂(モールド樹脂)MRで封止する。この封止樹脂MRは、外部からの衝撃や不純物の浸入から半導体チップCHPを保護するために設けられるものである。続いて、配線基板WBの裏面(チップ搭載面とは反対側の面)に外部接続端子となる半田ボールSBを形成する。   Thereafter, the semiconductor chip CHP and the wire W are sealed with a sealing resin (mold resin) MR. This sealing resin MR is provided to protect the semiconductor chip CHP from external impacts and impurities. Subsequently, solder balls SB serving as external connection terminals are formed on the back surface (surface opposite to the chip mounting surface) of the wiring board WB.

[半導体装置の回路動作説明]
次いで、上記半導体装置の回路動作について説明する。上記半導体装置は、例えば、PC(Personal computer)や携帯電話などの各種電子機器に組み込まれる。
[Description of circuit operation of semiconductor device]
Next, circuit operation of the semiconductor device will be described. The semiconductor device is incorporated into various electronic devices such as a PC (Personal computer) and a mobile phone.

例えば、これらの電子機器に電源が投入された際、初期設定期間に、トリミング情報(各種設定情報)を読み出し、当該情報を、半導体装置内部の所定の領域(例えば、図14に示す、メモリ領域やアナログ回路領域など)に書き込む(格納する)。その後、所望の動作(通常動作、典型的には画像処理、半導体装置が組み込まれた各種電子機器の制御処理、アナログデジタル変換処理やセンサー出力処理、等)を行う。   For example, when power is supplied to these electronic devices, trimming information (various setting information) is read during an initial setting period, and the information is stored in a predetermined area (for example, a memory area shown in FIG. 14). Or analog circuit area). Thereafter, desired operations (normal operation, typically image processing, control processing of various electronic devices in which a semiconductor device is incorporated, analog-digital conversion processing, sensor output processing, and the like) are performed.

即ち、初期設定期間に、前述の判定回路95により、ヒューズ素子Fに記憶されたデータを読み出す(図5参照)。以下、読み出し工程における半導体装置の回路動作について図17〜図21を参照しながら説明する。前述したとおり、この読み出し工程においては、上記トランジスタ(スイッチング素子)Tsをオフ(OFF)状態である。   That is, in the initial setting period, the data stored in the fuse element F is read by the above-described determination circuit 95 (see FIG. 5). Hereinafter, the circuit operation of the semiconductor device in the reading process will be described with reference to FIGS. As described above, in this reading process, the transistor (switching element) Ts is in an off state.

図17は、初期設定期間と通常動作期間との関係を示す図である。図18は、判定回路の第1例を示す回路図である。図19は、判定回路の第2例を示す回路図である。図20は、図19に示す判定回路のRIN信号の生成回路の一例を示す回路図である。図21は、図19に示す判定回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。   FIG. 17 is a diagram illustrating the relationship between the initial setting period and the normal operation period. FIG. 18 is a circuit diagram illustrating a first example of the determination circuit. FIG. 19 is a circuit diagram illustrating a second example of the determination circuit. FIG. 20 is a circuit diagram showing an example of a RIN signal generation circuit of the determination circuit shown in FIG. FIG. 21 is a timing chart for explaining the operation of the determination circuit shown in FIG.

図17に示すように、半導体装置の動作においては、初期設定期間T1と、その後の通常動作期間T2とを有する。この初期設定期間T1に、上記読み出し動作が行われる。即ち、読み出し期間Trは、初期設定期間T1に含まれる。   As shown in FIG. 17, the operation of the semiconductor device has an initial setting period T1 and a subsequent normal operation period T2. The read operation is performed during the initial setting period T1. That is, the reading period Tr is included in the initial setting period T1.

<第1例>
図18に示す判定回路において、ヒューズ素子Fの一端(ノードn1)は、接地電位(GND)に接続される。また、ヒューズ素子Fの他端(ノードn2)は、抵抗素子Reおよびnチャネル型MISFETTnを介して電源電位(VDD)に接続される。ヒューズ素子Fと抵抗素子Reとの接続ノードが出力部OUTとなる。
<First example>
In the determination circuit shown in FIG. 18, one end (node n1) of the fuse element F is connected to the ground potential (GND). The other end (node n2) of the fuse element F is connected to the power supply potential (VDD) via the resistance element Re and the n-channel type MISFET Tn. A connection node between the fuse element F and the resistance element Re is an output unit OUT.

例えば、上記図18に示す判定回路において、nチャネル型MISFETTnのゲート電極に印加される信号Sが立ち上がる、即ち、LレベルからHレベルに変化することにより、読み出し期間が開始する。   For example, in the determination circuit shown in FIG. 18, the signal S applied to the gate electrode of the n-channel type MISFET Tn rises, that is, changes from L level to H level, so that the reading period starts.

この信号Sの立ち上がりにより、nチャネル型MISFETTnがオン(ON)状態となる。この際、ヒューズ素子Fが、切断状態である場合には、出力部OUTからはHレベルの信号が出力される。また、ヒューズ素子Fが未切断状態である場合には、出力部OUTからはLレベルの信号が出力される。この読み出しデータを、所定の領域(例えば、図14に示す、メモリ領域やアナログ回路領域など)に書き込んだ(格納した)後、信号Sを立ち下げ(Hレベル→Lレベル)、読み出し期間Trを終了する。このヒューズ素子Fに記録されたデータの読み出しのような初期設定が終了した後、上記通常動作を行う。   As the signal S rises, the n-channel MISFET Tn is turned on. At this time, if the fuse element F is in a cut state, an H level signal is output from the output unit OUT. When the fuse element F is not cut, an L level signal is output from the output unit OUT. After the read data is written (stored) in a predetermined area (for example, a memory area or an analog circuit area shown in FIG. 14), the signal S falls (H level → L level), and the read period Tr is set. finish. After the initial setting such as reading of data recorded in the fuse element F is completed, the normal operation is performed.

上記読み出し期間(信号Sの立ち上がりから立つ下がりの間;Tr)において、nチャネル型MISFET(スイッチング素子)Tsをオフ(OFF)状態とし、読み出し期間終了後においては、nチャネル型MISFET(スイッチング素子)Tsをオン(ON)状態とする。   The n-channel MISFET (switching element) Ts is turned off during the readout period (between the rise and fall of the signal S; Tr), and the n-channel MISFET (switching element) is turned off after the readout period ends. Ts is turned on.

<第2例>
図19に示す判定回路において、ヒューズ素子Fの一端(ノードn1)は、接地電位(GND)に接続される。また、ヒューズ素子Fの他端(ノードn2)は、pチャネル型MISFETTp1、Tp2およびnチャネル型MISFETTn3、Tn4を介して電源電位(VDD)と接続される。pチャネル型MISFETTp2とnチャネル型MISFETTn3の接続ノードを出力ノードNoutとする。
<Second example>
In the determination circuit shown in FIG. 19, one end (node n1) of the fuse element F is connected to the ground potential (GND). The other end (node n2) of the fuse element F is connected to the power supply potential (VDD) via the p-channel type MISFETs Tp1, Tp2 and the n-channel type MISFETs Tn3, Tn4. A connection node between the p-channel type MISFET Tp2 and the n-channel type MISFET Tn3 is defined as an output node Nout.

ヒューズ素子Fの他端(ノードn2)は、nチャネル型MISFETTsを介して接地電位(GND)に接続されている。   The other end (node n2) of the fuse element F is connected to the ground potential (GND) via the n-channel type MISFET Ts.

TSFIN部には、TSFIN信号が入力される。このTSFIN部は、バッファ(バッファ回路)BU1、インバータ(インバータ回路)INV1およびインバータINV2を介してpチャネル型MISFETTp2のゲート電極と接続されている。また、インバータINV1の出力部は、nチャネル型MISFETTn3のゲート電極に接続されている。   A TSFIN signal is input to the TSFIN section. The TSFIN section is connected to the gate electrode of the p-channel type MISFET Tp2 through the buffer (buffer circuit) BU1, the inverter (inverter circuit) INV1, and the inverter INV2. The output part of the inverter INV1 is connected to the gate electrode of the n-channel type MISFET Tn3.

RIN部には、RIN信号が入力される。このRIN部は、バッファBU2およびインバータINV3を介してnチャネル型MISFETTn4のゲート電極と接続されている。また、インバータINV3の入力部は、nチャネル型MISFETTsのゲート電極に接続され、インバータINV3の出力部は、pチャネル型MISFETTp1のゲート電極に接続されている。   The RIN signal is input to the RIN unit. This RIN portion is connected to the gate electrode of the n-channel type MISFET Tn4 through the buffer BU2 and the inverter INV3. The input part of the inverter INV3 is connected to the gate electrode of the n-channel type MISFET Ts, and the output part of the inverter INV3 is connected to the gate electrode of the p-channel type MISFET Tp1.

出力ノード(第1出力ノード)Noutと当該判定回路の出力部(第2出力ノード)であるFOUT部との間には、ラッチ回路が接続されている。   A latch circuit is connected between the output node (first output node) Nout and the FOUT section that is the output section (second output node) of the determination circuit.

即ち、出力ノード(第1出力ノード)Noutと当該判定回路の出力部(第2出力ノード)であるFOUT部とは、インバータINV4およびINV5を介して接続されている。また、ノードn3(出力ノードNout)と電源電位VDDとの間には、pチャネル型MISFETTp5およびTp6が接続されている。ノードn3(出力ノードNout)と接地電位GNDとの間には、nチャネル型MISFETTn7、Tn8およびTn9が接続されている。   That is, the output node (first output node) Nout and the FOUT unit that is the output unit (second output node) of the determination circuit are connected via the inverters INV4 and INV5. In addition, p-channel MISFETs Tp5 and Tp6 are connected between the node n3 (output node Nout) and the power supply potential VDD. N-channel MISFETs Tn7, Tn8, and Tn9 are connected between the node n3 (output node Nout) and the ground potential GND.

pチャネル型MISFETTp5、Tp6、nチャネル型MISFETTn7およびTn8のゲート電極は、インバータINV4の出力部に接続されている。また、nチャネル型MISFETTn9のゲート電極は、インバータINV2の出力部に接続されている。   The gate electrodes of the p-channel type MISFETs Tp5 and Tp6 and the n-channel type MISFETs Tn7 and Tn8 are connected to the output part of the inverter INV4. The gate electrode of the n-channel type MISFET Tn9 is connected to the output part of the inverter INV2.

上記RIN信号およびTSFIN信号は、図20に示す回路により生成される。図20に示すように、SFC信号が入力されるSFC部には、バッファBU3が接続され、このバッファBU3の出力部は、NAND回路の第2入力端子に接続される。このNAND回路の出力部がRIN部に接続される。一方、SFC部とNAND回路の第1入力端子との間には、第1遅延回路D1、第2遅延回路D2およびインバータINV6が接続される。第1遅延回路D1と第2遅延回路D2との接続ノードがバッファBU4を介してTSFIN部に接続される。なお、第1遅延回路D1により規定される遅延時間が後述のt1に対応し、第2遅延回路D2により規定される遅延時間が後述のt2に対応する。   The RIN signal and the TSFIN signal are generated by the circuit shown in FIG. As shown in FIG. 20, the buffer BU3 is connected to the SFC unit to which the SFC signal is input, and the output unit of the buffer BU3 is connected to the second input terminal of the NAND circuit. The output part of this NAND circuit is connected to the RIN part. On the other hand, a first delay circuit D1, a second delay circuit D2, and an inverter INV6 are connected between the SFC unit and the first input terminal of the NAND circuit. A connection node between the first delay circuit D1 and the second delay circuit D2 is connected to the TSFIN section via the buffer BU4. The delay time defined by the first delay circuit D1 corresponds to t1 described later, and the delay time defined by the second delay circuit D2 corresponds to t2 described later.

図21に示すように、読み出し期間前の読み出しスタンバイ状態においては、SFC信号がLレベルであり、このSFC信号がLレベルからHレベルとなる(時刻t0、(a))。このSFC信号がHレベルとなってからt1期間後に、TSFIN信号がHレベルとなる(b)。このSFC信号の立ち上がりの後、t2期間後にRIN信号がHレベルとなる(c)。即ち、t1+t2期間(読み出し期間Tr)の間RIN信号がLレベルとなる(c)。   As shown in FIG. 21, in the read standby state before the read period, the SFC signal is at the L level, and the SFC signal changes from the L level to the H level (time t0, (a)). After t1 period from the time when this SFC signal becomes H level, the TSFIN signal becomes H level (b). After the rise of the SFC signal, the RIN signal becomes H level after the period t2 (c). That is, the RIN signal becomes L level during the period t1 + t2 (reading period Tr) (c).

RIN信号の立ち下がり(Hレベル→Lレベル)に伴って、nチャネル型MISFET(スイッチング素子)Tsが、オフ(OFF)状態となる。また、RIN信号の立ち下がり(Hレベル→Lレベル)に伴って、ヒューズ素子Fが、切断状態の場合には、ノードn2の電位はHレベルとなり、出力ノードNoutの電位はHレベルとなる。この際、出力部FOUTからHレベルの信号が出力される(e)。一方、ヒューズ素子Fが、未切断状態の場合には、ノードn2の電位はLレベルとなり、出力ノードNoutの電位はLレベルとなる。この際、出力部FOUTからLレベルの信号が出力される(e)。   As the RIN signal falls (from H level to L level), the n-channel MISFET (switching element) Ts is turned off. Further, when the fuse element F is in a disconnected state with the fall of the RIN signal (H level → L level), the potential of the node n2 becomes H level and the potential of the output node Nout becomes H level. At this time, an H level signal is output from the output unit FOUT (e). On the other hand, when fuse element F is in an uncut state, the potential of node n2 is at L level and the potential of output node Nout is at L level. At this time, an L level signal is output from the output unit FOUT (e).

なお、時刻t1において、TSFIN信号が立ち上がる(Lレベル→Hレベル)。これに応答して、Tp2およびTn3がオフ(OFF)状態となるが、出力ノードNoutの電位は、その後段のラッチ回路により保存されているため変化しない。また、出力部(FOUT)の電位も変化しない。   At time t1, the TSFIN signal rises (L level → H level). In response to this, Tp2 and Tn3 are turned off, but the potential of the output node Nout is not changed because it is stored by the latch circuit at the subsequent stage. Further, the potential of the output portion (FOUT) does not change.

この後(時刻t1+t2後)、RIN信号が立ち上がる(Lレベル→Hレベル)。これにより、ノードn2は、ヒューズ素子の状態(切断状態が未切断状態か)に関わらず接地電位に接続されるため、その電位がLレベルとなる(d)。但し、前述したとおり、出力ノードNoutおよび出力部(FOUT)の電位は、前述のラッチ回路により維持されている。   After this (after time t1 + t2), the RIN signal rises (L level → H level). Thereby, the node n2 is connected to the ground potential regardless of the state of the fuse element (whether the cut state is the uncut state), so that the potential becomes L level (d). However, as described above, the potentials of the output node Nout and the output unit (FOUT) are maintained by the above-described latch circuit.

上記動作においては、第1読み出し期間(t1)の間にヒューズ素子Fのデータがラッチされ、その後の読み出しマージン期間(t2)を置いて、ノードn2が、ヒューズ素子の状態(切断状態が未切断状態か)に関わらず接地電位に固定される。ここでは、第1読み出し期間(t1)と読み出しマージン期間(t2)との和(t1+t2=Tr)を読み出し期間とする。t1+t2後にはラッチされたデータが出力されている。なお、第1例及び第2例で説明した読み出し期間とは、ヒューズ情報を判定してからラッチ等にデータを格納する期間(判定格納時間)である。   In the above operation, the data of the fuse element F is latched during the first read period (t1), and the node n2 is in the state of the fuse element (the cut state is not cut) after a subsequent read margin period (t2). It is fixed at the ground potential regardless of the state). Here, the sum (t1 + t2 = Tr) of the first reading period (t1) and the reading margin period (t2) is set as the reading period. The latched data is output after t1 + t2. The read period described in the first and second examples is a period (determination storage time) in which data is stored in a latch or the like after fuse information is determined.

このように、この第2例においても、読み出し期間において、nチャネル型MISFET(スイッチング素子)Tsをオフ(OFF)状態とし、読み出し期間終了後においては、nチャネル型MISFET(スイッチング素子)Tsをオン(ON)状態とする。   As described above, also in the second example, the n-channel MISFET (switching element) Ts is turned off in the read period, and the n-channel MISFET (switching element) Ts is turned on after the read period ends. (ON) state.

以上詳細に説明した本実施の形態における効果を以下の<1>〜<3>に示す。   The effects of the present embodiment described in detail above are shown in <1> to <3> below.

<1>図29は、本発明者が検討した比較例のヒューズ素子の写真である。図30は、図29の写真の一部を模写した図である。図31は、比較例の回路図である。   <1> FIG. 29 is a photograph of a comparative fuse element examined by the present inventors. FIG. 30 is a copy of a part of the photograph of FIG. FIG. 31 is a circuit diagram of a comparative example.

本実施の形態のようにヒューズ素子Fの他端(ノードn2)と接地電位(GND、接地電位配線)との間にトランジスタ(スイッチング素子)Tsを設けていない比較例(図31参照)について、本発明者が検討した。この場合、図29および図30に示すように、ヒューズ素子Fの端部において、導電性膜の変質が確認された。図30において、変質領域をzで示す。この変質領域zは、図29および図30に示すように、電源電位(VDD、Vcc)が印加されている側で確認された。   A comparative example (see FIG. 31) in which the transistor (switching element) Ts is not provided between the other end (node n2) of the fuse element F and the ground potential (GND, ground potential wiring) as in the present embodiment. The present inventor examined. In this case, as shown in FIGS. 29 and 30, alteration of the conductive film was confirmed at the end of the fuse element F. In FIG. 30, the altered region is indicated by z. This altered region z was confirmed on the side to which the power supply potential (VDD, Vcc) was applied, as shown in FIGS.

上記変質は、具体的には、残存するバリア膜と半導体装置中の水分との反応による酸化が原因である。Ti膜やTiN膜中のTiの酸化反応により、TiOxが生じ、体積膨張が起こる。このため、Ti膜やTiN膜自体や周辺の膜に対する応力が生じ、クラックが生じる。このクラックにより、膜の剥離が生じる。さらに、クラックが生じると、クラックを介して水分や不純物質が供給され、更なる、変質が生じ、半導体装置(半導体チップ)に欠陥が生じ得ると考えられる。前述したように、この変質は、特に、電源電位(VDD)側で生じている。これは、図31に示すように、比較例の回路では、ヒューズ素子Fの両端(ノードn1とノードn2との間)に電位差(バイアス)が生じ、高電位側(VDD側)において、電荷が継続して供給されるので、上記酸化反応が行なわれると考察される。なお、比較例においては、ヒューズ素子F上に絶縁膜やバリア膜を残存させているため、上記のようにバリア膜の変質にとどまるが、Al膜が露出している場合には、Alの酸化などの変質も生じ得る。   Specifically, the alteration is caused by oxidation due to a reaction between the remaining barrier film and moisture in the semiconductor device. Due to the oxidation reaction of Ti in the Ti film or TiN film, TiOx is generated and volume expansion occurs. For this reason, stress is generated on the Ti film, the TiN film itself, and the surrounding film, and cracks are generated. The crack causes peeling of the film. Further, when a crack is generated, it is considered that moisture and impurities are supplied through the crack, further deterioration occurs, and a defect may occur in the semiconductor device (semiconductor chip). As described above, this alteration occurs particularly on the power supply potential (VDD) side. As shown in FIG. 31, in the circuit of the comparative example, a potential difference (bias) is generated between both ends of the fuse element F (between the node n1 and the node n2), and the charge is increased on the high potential side (VDD side). Since it is continuously supplied, it is considered that the oxidation reaction is performed. In the comparative example, since the insulating film and the barrier film are left on the fuse element F, the barrier film is deteriorated as described above. However, when the Al film is exposed, the oxidation of Al is performed. Such alterations may also occur.

さらに、ヒューズ素子Fの形成(Al膜のエッチング)の際には、塩素(Cl)系のエッチヤント(エッチングガスまたはエッチング液)が用いられることが多い。このため、ヒューズ素子Fの周囲には、種々の洗浄工程を経てもClが残存し得る。また、塩素(Cl)系物質は種々の工程で使用されることもあり、Al膜のエッチングに上記Cl系のエッチャントを使用しない場合においても、ヒューズ素子Fの周囲には、Clが存在し得る。   Further, when forming the fuse element F (etching of the Al film), a chlorine (Cl) -based etchant (etching gas or etchant) is often used. For this reason, Cl can remain around the fuse element F even after various cleaning steps. Further, a chlorine (Cl) -based material may be used in various processes, and even when the above-described Cl-based etchant is not used for etching an Al film, Cl may exist around the fuse element F. .

この場合、Al膜に電位差が生じていると、陽極側では、Al膜近傍の水分(水酸化物)がClレベル-イオンと反応して、可溶性の塩を生成してしまう。このときの反応は、Al(OH)3+Cl-→Al(OH)2Cl+OH-となる。さらに、Al膜はCl-イオンと反応して、Al+4Cl-→AlCl4 -+3e-となる。このAlCl4 -は、さらなる水分と反応により、AlCl4 -+3H2O→Al(OH)3+3H++4Cl-となる。このAl(OH)3の生成によりAl膜の体積が膨張し、クッラク等の要因となる。また、再び生じたCl-イオンが再度反応を繰り返すので少量のCl-イオンでも大量の変質が発生し得る。 In this case, the potential difference occurs in the Al film, at the anode side, Al juxtamembrane water (hydroxide) is Cl level - by reacting with ions, thereby to produce a soluble salt. The reaction at this time becomes Al (OH) 3 + Cl → Al (OH) 2 Cl + OH . Further, the Al film reacts with Cl ions to become Al + 4Cl → AlCl 4 + 3e . This AlCl 4 becomes AlCl 4 + 3H 2 O → Al (OH) 3 + 3H + + 4Cl by further reaction with moisture. The production of Al (OH) 3 causes the volume of the Al film to expand and causes cracks and the like. In addition, since Cl ions generated again repeat the reaction, a large amount of alteration can occur even with a small amount of Cl ions.

これに対し、本実施の形態においては、上記プログラム工程および読み出し工程以外の工程においては、トランジスタ(スイッチング素子)Tsをオン(ON)状態とし、ヒューズ素子Fの両端(ノードn1、ノードn2)を接地電位(GND)に接続する。このように、ヒューズ素子Fの両端(ノードn1、ノードn2)を接地電位(GND)に接続することで、ヒューズ素子Fを保護膜(12、13、16)から露出させていても、ヒューズ素子Fを構成する各種膜(Al、Ti、TiN)の変質を低減することができる。よって、半導体装置の信頼性を向上させることができる。   On the other hand, in the present embodiment, in the steps other than the programming step and the reading step, the transistor (switching element) Ts is turned on and both ends (node n1, node n2) of the fuse element F are connected. Connect to ground potential (GND). Thus, even if the fuse element F is exposed from the protective film (12, 13, 16) by connecting both ends (node n1, node n2) of the fuse element F to the ground potential (GND), the fuse element Alteration of various films (Al, Ti, TiN) constituting F can be reduced. Thus, the reliability of the semiconductor device can be improved.

<2>また、ヒューズ素子F上の絶縁膜のエッチング制御が容易となる。上記比較例においては、ヒューズ素子Fの変質をできるだけ少なくし、品質を向上させるため、ヒューズ素子F上の絶縁膜を残存させることが多い。しかしながら、この絶縁膜の残存量が多いと、ヒューズ素子Fの溶断に要するエネルギーが大きくなるため、この絶縁膜の残存量が所定の膜厚(例えば、膜厚100〜400μm程度の膜厚)となるよう調整することが望まれる。   <2> Further, the etching control of the insulating film on the fuse element F is facilitated. In the comparative example, the insulating film on the fuse element F is often left in order to minimize the alteration of the fuse element F and improve the quality. However, if the remaining amount of the insulating film is large, the energy required for fusing the fuse element F increases, so that the remaining amount of the insulating film is a predetermined film thickness (for example, a film thickness of about 100 to 400 μm). It is desirable to adjust so that

一方、上記工程でも説明したように、ヒューズ素子F上の絶縁膜のエッチングは、パッド領域Pdの開口と同時に行われる。前述したとおり、パッド領域Pdにおいては、完全な開口が必要であるのに対し、上記ヒューズ素子F上の絶縁膜は、所定の膜厚を残存させなければならない。よって、エッチング制御性が困難となる。即ち、エッチングばらつきの少ないエッチャントの選択や、エッチング速度を低下させ、その制御性を良くするなどの工夫が必要である。   On the other hand, as described in the above process, the etching of the insulating film on the fuse element F is performed simultaneously with the opening of the pad region Pd. As described above, in the pad region Pd, a complete opening is required, but the insulating film on the fuse element F must have a predetermined film thickness. Therefore, etching controllability becomes difficult. That is, it is necessary to select an etchant with little etching variation, or to devise measures such as reducing the etching rate and improving its controllability.

これに対し、本実施の形態によれば、ヒューズ素子Fを剥き出し構造としたので、ヒューズ素子F上の絶縁膜の残膜調整が不要となり、エッチングの制御性が向上する。よって、簡易な製造工程で半導体装置を形成することができる。また、半導体装置の製造において、スループットを向上させることができる。また、ヒューズ素子F上の絶縁膜の薄膜化にも対応することができる。   On the other hand, according to this embodiment, since the fuse element F is exposed, it is not necessary to adjust the remaining film of the insulating film on the fuse element F, and the controllability of etching is improved. Thus, a semiconductor device can be formed with a simple manufacturing process. In addition, throughput can be improved in manufacturing a semiconductor device. Further, it is possible to cope with the thinning of the insulating film on the fuse element F.

また、上記比較例において、ヒューズ素子Fの変質は、実装工程の後にも生じ得る。よって、製品出荷時においては、良品であっても、その後の使用中に、上記ヒューズ素子Fの変質による品質劣化が生じ得る。これに対し、本実施の形態においては、製品動作時(使用時)においても、上記プログラム工程以外の工程においては、トランジスタ(スイッチング素子)Tsをオン(ON)状態とし、ヒューズ素子Fの両端(ノードn1、ノードn2)を接地電位(GND)に接続したので、半導体装置の信頼性を向上させることができる。   In the comparative example, the alteration of the fuse element F may occur after the mounting process. Therefore, at the time of product shipment, even if it is a non-defective product, quality deterioration due to alteration of the fuse element F may occur during subsequent use. On the other hand, in the present embodiment, even during product operation (in use), the transistor (switching element) Ts is turned on (ON) in the processes other than the program process, and both ends of the fuse element F ( Since the nodes n1 and n2) are connected to the ground potential (GND), the reliability of the semiconductor device can be improved.

<3>また、本実施の形態においては、ヒューズ素子Fの少なくともプログラム領域(切断可能領域)Fpを剥き出し構造としたので、溶断に要するエネルギーを小さくすることができる。また、溶断に要するエネルギーの制御性が向上する。即ち、前述した比較例のように、ヒューズ素子F上に絶縁膜が残存している場合には、溶断に要するエネルギーが大きくなる。また、ヒューズ素子F上の絶縁膜の膜厚にはばらつきが生じやすく、残存膜厚の許容範囲を大きくすると、必然的に溶断の際のエネルギーを大きくせざるを得ない。この場合、絶縁膜のばらつきにより、その膜厚が小さい部位においては、余分なエネルギーが加わることとなり、隣り合うヒューズ素子Fや下層の配線や素子などにダメージが生じやすく、欠陥の原因となる。また、ヒューズ素子Fの上層部の導電性膜の残渣などが残存しやすく、いわゆる、切れ残りが生じやすくなる。   <3> In the present embodiment, since at least the program area (cuttable area) Fp of the fuse element F is exposed, the energy required for fusing can be reduced. Moreover, the controllability of energy required for fusing is improved. That is, when the insulating film remains on the fuse element F as in the comparative example described above, the energy required for fusing increases. In addition, the film thickness of the insulating film on the fuse element F is likely to vary, and if the allowable range of the remaining film thickness is increased, the energy at the time of fusing is inevitably increased. In this case, due to variations in the insulating film, extra energy is applied to the portion where the film thickness is small, and the adjacent fuse element F, the underlying wiring or element, etc. are likely to be damaged, causing a defect. Further, the residue of the conductive film in the upper layer portion of the fuse element F is likely to remain, and so-called uncut portions are likely to occur.

これに対し、本実施の形態によれば、ヒューズ素子Fを剥き出し構造としたので、溶断に要するエネルギーを小さくすることができ、また、溶断に要するエネルギーを最適化することができる。よって、必要部位を的確に切断することができる。また、過剰なエネルギーの印加による欠陥を低減することができる。このように、半導体装置の信頼性を向上させることができる。また、半導体装置の特性を向上させることができる。   On the other hand, according to the present embodiment, since the fuse element F is exposed, the energy required for fusing can be reduced, and the energy required for fusing can be optimized. Therefore, a necessary site can be accurately cut. In addition, defects due to application of excessive energy can be reduced. Thus, the reliability of the semiconductor device can be improved. In addition, the characteristics of the semiconductor device can be improved.

上記<1>〜<3>に示すように、本実施の形態によれば、半導体装置の特性を向上させることができる。   As shown in <1> to <3> above, according to the present embodiment, the characteristics of the semiconductor device can be improved.

なお、本実施の形態においては、半導体装置の製造工程の前工程(ダイシング前、ウエハ状態)において、ヒューズ素子Fのプログラミングを行ったが(上記[プログラミング工程]の欄参照)、ヒューズ素子Fへのプログラミングを行う工程は、かかる段階に限定されず、例えば、実装工程後に行ってもよい。特に、前述のように、電気溶断でヒューズ素子Fの切断を行う場合には、製品ユーザーにおいても、ヒューズ素子Fのプログラミングを行うことができる。   In the present embodiment, the fuse element F is programmed in the pre-process of the semiconductor device manufacturing process (before dicing, in the wafer state) (see the column “Programming process” above). The programming process is not limited to such a stage, and may be performed after the mounting process, for example. In particular, as described above, when the fuse element F is cut by electric fusing, the product user can also program the fuse element F.

また、本実施の形態においては、ワイヤボンディングを例に説明したが、フェイスダウンボンディングを行っても良い。   In the present embodiment, wire bonding has been described as an example, but face-down bonding may be performed.

例えば、上記プローブテストを行った後、パッド領域Pd上にバンプ電極を形成し、配線基板上に、バンプ電極形成側(フェース側)を下にして搭載し、樹脂封止してもよい。   For example, after performing the probe test, a bump electrode may be formed on the pad region Pd, mounted on the wiring board with the bump electrode formation side (face side) facing down, and sealed with resin.

また、本実施の形態においては、第1〜第6層配線(M1〜M6)を形成したが、配線総数に限定はない。また、本実施の形態においては、第5層配線M5と同層にヒューズ素子Fを形成したが、これに限られるものではなく、例えば、第6層配線(最上層配線)M6と同層でヒューズ素子Fを形成してもよい。但し、前述したように最上層配線は、幅が大きく、厚い配線が用いられることが多く、当該配線と同様にヒューズ素子Fを形成した場合、溶断に要するエネルギーが大きくなる。よって、最上層配線より薄く(例えば、250nm以下)、また、幅狭に形成される、第1〜第5層配線(M1〜M5)と同層でヒューズ素子を形成することが好ましい。また、第1〜4層配線(M1〜M4)と同層でヒューズ素子Fを形成してもよい。但し、下層の配線と同層でヒューズ素子Fを形成する場合、ヒューズ素子Fを剥き出しにする際のエッチング量が多くなる。よって、最上層配線より下層であって、できるだけ上層部に位置する配線(ここでは、第5層配線M5)とヒューズ素子Fを同層に形成することが好ましい。なお、再配置配線を有する半導体装置の場合、この再配置配線は最上層配線としない。   In the present embodiment, the first to sixth layer wirings (M1 to M6) are formed, but the total number of wirings is not limited. In the present embodiment, the fuse element F is formed in the same layer as the fifth layer wiring M5. However, the present invention is not limited to this. For example, in the same layer as the sixth layer wiring (uppermost layer wiring) M6. A fuse element F may be formed. However, as described above, the uppermost wiring layer has a large width and a thick wiring is often used. When the fuse element F is formed in the same manner as the wiring, the energy required for fusing increases. Therefore, it is preferable to form the fuse element in the same layer as the first to fifth layer wirings (M1 to M5) that are thinner (for example, 250 nm or less) and narrower than the uppermost layer wiring. Further, the fuse element F may be formed in the same layer as the first to fourth layer wirings (M1 to M4). However, when the fuse element F is formed in the same layer as the underlying wiring, the etching amount when the fuse element F is exposed increases. Therefore, it is preferable to form the fuse element F in the same layer as the wiring (here, the fifth layer wiring M5) which is lower than the uppermost layer wiring and positioned as high as possible. In the case of a semiconductor device having rearrangement wiring, this rearrangement wiring is not the uppermost layer wiring.

また、上記工程においては、半導体素子としてMISFETの形成工程を例示したが、これに限られるものではなく、他の素子、例えば、抵抗素子やメモリなど、種々の素子を形成することができる。   In the above process, the MISFET formation process is exemplified as the semiconductor element. However, the present invention is not limited to this, and various elements such as a resistance element and a memory can be formed.

(実施の形態2)
上記実施の形態1においては、ヒューズ素子Fの上部の絶縁膜を全て除去し、ヒューズ素子Fを露出させたが、ヒューズ素子F上に絶縁膜を残存させてもよい。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the insulating film above the fuse element F is completely removed and the fuse element F is exposed. However, the insulating film may be left on the fuse element F.

以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体装置の構成および製造方法について詳細に説明する。図22は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す断面図である。   Hereinafter, the configuration and manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 22 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device of this embodiment.

[構造説明]
まず、図22に示す本実施の形態においては、ヒューズ素子(TiN/Ti/Al/TiN/Tiが下側から順に積層された積層導電性膜)F上に層間絶縁膜TH6が膜厚Y分だけ残存している。言い換えれば、ヒューズ素子F上の層間絶縁膜TH5の膜厚は、第5層配線M5上の層間絶縁膜TH5の膜厚より小さい。係る構成以外の構成は、実施の形態1と同様であるため、その詳細な説明を省略する。
[Description of structure]
First, in the present embodiment shown in FIG. 22, an interlayer insulating film TH6 is formed on the fuse element (laminated conductive film in which TiN / Ti / Al / TiN / Ti are sequentially laminated from the lower side) F by the thickness Y. Only remains. In other words, the film thickness of the interlayer insulating film TH5 on the fuse element F is smaller than the film thickness of the interlayer insulating film TH5 on the fifth layer wiring M5. Since the configuration other than the configuration is the same as that of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

[製造方法説明]
次いで、図22〜図27を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造工程を説明するとともに、当該半導体装置の構成をより明確にする。図23〜図27は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
[Production method explanation]
Next, the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 22 to 27, and the configuration of the semiconductor device will be clarified. 23 to 27 are main-portion cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment.

図22に示す半導体素子(nチャネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFETQp)およびその上方に複数の配線(M1〜M4)の形成工程については実施の形態1と同様であるため、その説明を省略する(実施の形態1の[Qn、Qp形成工程]および[M1〜M4形成工程]の欄参照)。   The semiconductor element (n-channel type MISFET Qn and p-channel type MISFET Qp) shown in FIG. 22 and a plurality of wirings (M1 to M4) formed thereon are the same as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted ( (See columns [Qn, Qp forming step] and [M1-M4 forming step] in the first embodiment).

[M5、F、M6、Pd形成工程]
図22に示す複数の配線(M1〜M4)のうち第4層配線M4を形成した後の工程について以下に説明する。第4層配線M4形成後、第5層配線M5、ヒューズ素子Fおよび第6層配線(Al配線)M6を形成し、その上部を保護膜(12、13、16)で覆った後、その一部を露出させ、パッド領域(Alパッド、パッド、ボンディングパッド、開口部)Pdを形成する。その工程を図23〜図27を参照しながら詳細に説明する。なお、図23〜図27は、図22のヒューズ素子およびパッド領域近傍の部分拡大部に対応する。
[M5, F, M6, Pd formation process]
A process after forming the fourth layer wiring M4 among the plurality of wirings (M1 to M4) shown in FIG. 22 will be described below. After the formation of the fourth layer wiring M4, the fifth layer wiring M5, the fuse element F and the sixth layer wiring (Al wiring) M6 are formed, and the upper portion thereof is covered with the protective film (12, 13, 16), and then The part is exposed, and a pad region (Al pad, pad, bonding pad, opening) Pd is formed. The process will be described in detail with reference to FIGS. 23 to 27 correspond to a partially enlarged portion in the vicinity of the fuse element and pad region of FIG.

まず、図23に示すように、第4層配線M4上に、層間絶縁膜TH5を形成し、この層間絶縁膜TH5中にプラグP5を形成する。層間絶縁膜TH5を実施の形態1の層間絶縁膜TH2と同様に形成する。また、プラグP5は、実施の形態1のプラグP2と同様に形成する。さらに、層間絶縁膜TH5およびプラグP5上に、第5層配線(Al配線)M5を実施の形態1の第2層配線(Al配線)M2と同様に形成するのであるが、この際、ヒューズ素子Fも同時に形成する。   First, as shown in FIG. 23, an interlayer insulating film TH5 is formed on the fourth layer wiring M4, and a plug P5 is formed in the interlayer insulating film TH5. The interlayer insulating film TH5 is formed in the same manner as the interlayer insulating film TH2 of the first embodiment. The plug P5 is formed in the same manner as the plug P2 of the first embodiment. Further, the fifth layer wiring (Al wiring) M5 is formed on the interlayer insulating film TH5 and the plug P5 in the same manner as the second layer wiring (Al wiring) M2 of the first embodiment. F is also formed at the same time.

即ち、層間絶縁膜TH5およびプラグP5上に、バリア膜5aとして、例えば、TiN/Ti膜をスパッタリング法などで成膜する。次いで、バリア膜5a上に、Al膜5bをスパッタリング法により成膜し、その上部に、バリア膜5cとして例えば、TiN/Ti膜をスパッタリング法などにより形成する。次いで、バリア膜5c上に、反射防止膜ARとして、酸窒化シリコン膜(SiON膜)をCVD法などにより成膜する。上記工程により、TiN/Ti/Al/TiN/Tiが下側から順に積層された積層導電性膜(5a、5b、5c)およびその上部の反射防止膜ARが形成される。   That is, as the barrier film 5a, for example, a TiN / Ti film is formed on the interlayer insulating film TH5 and the plug P5 by a sputtering method or the like. Next, an Al film 5b is formed on the barrier film 5a by a sputtering method, and a TiN / Ti film, for example, is formed thereon as the barrier film 5c by a sputtering method or the like. Next, a silicon oxynitride film (SiON film) is formed as an antireflection film AR on the barrier film 5c by a CVD method or the like. Through the above steps, the laminated conductive films (5a, 5b, 5c) in which TiN / Ti / Al / TiN / Ti are sequentially laminated from the lower side and the antireflection film AR on the upper side thereof are formed.

次いで、上記積層導電性膜(5a、5b、5c)および反射防止膜ARの上部に図示しないフォトレジスト膜を塗布し、露光・現像(フォトリソグラフィ)することにより第5層配線M5の形成領域およびヒューズ素子Fの形成領域にフォトレジスト膜を残存させる。次いで、このフォトレジスト膜をマスクに上記積層導電性膜(5a、5b、5c)および反射防止膜ARをエッチング(パターニング)することにより、第5層配線(Al配線)M5およびヒューズ素子Fを形成する。   Next, a photoresist film (not shown) is applied on the laminated conductive films (5a, 5b, 5c) and the antireflection film AR, and is exposed and developed (photolithography), thereby forming the formation region of the fifth layer wiring M5 and The photoresist film is left in the formation region of the fuse element F. Next, the fifth layer wiring (Al wiring) M5 and the fuse element F are formed by etching (patterning) the laminated conductive films (5a, 5b, 5c) and the antireflection film AR using the photoresist film as a mask. To do.

このヒューズ素子Fは、実施の形態1と同様にライン状に形成され(図2参照)、その両端は種々の端子や回路と接続されている(図5参照)。この端子は、配線(M1〜M6)または配線の一部であり、また、回路は、配線および複数の素子(例えば、Qn、Qpなど)により構成される。   The fuse element F is formed in a line shape as in the first embodiment (see FIG. 2), and both ends thereof are connected to various terminals and circuits (see FIG. 5). This terminal is a wiring (M1 to M6) or a part of the wiring, and the circuit is composed of a wiring and a plurality of elements (for example, Qn, Qp, etc.).

次いで、第5層配線M5およびヒューズ素子F上に、絶縁膜として例えば酸化シリコン膜をCVD法で堆積する。その後、必要に応じて、酸化シリコン膜の表面をCMP法で研磨してその表面を平坦化することによって層間絶縁膜TH6を形成する。   Next, a silicon oxide film, for example, is deposited as an insulating film on the fifth layer wiring M5 and the fuse element F by the CVD method. Thereafter, if necessary, the surface of the silicon oxide film is polished by CMP to planarize the surface, thereby forming an interlayer insulating film TH6.

次いで、層間絶縁膜TH6をエッチングすることにより、第5層配線M5上に、コンタクトホール(接続孔)を形成する。次いで、コンタクトホール内を含む層間絶縁膜TH6上に、バリア膜(図示せず)として、例えば、TiN/Ti膜をスパッタリング法などを用いて形成した後、W膜をCVD法で堆積する。次いで、W膜等を層間絶縁膜TH6が露出するまでCMP法により研磨することによって、コンタクトホール内に導電性膜を埋め込むことにより、プラグP6を形成する。   Next, by etching the interlayer insulating film TH6, a contact hole (connection hole) is formed on the fifth layer wiring M5. Next, for example, a TiN / Ti film is formed as a barrier film (not shown) on the interlayer insulating film TH6 including the inside of the contact hole by using a sputtering method or the like, and then a W film is deposited by the CVD method. Next, by polishing the W film or the like by CMP until the interlayer insulating film TH6 is exposed, the plug P6 is formed by embedding a conductive film in the contact hole.

次いで、層間絶縁膜TH6およびプラグP6上に、バリア膜6aとして、例えば、TiN/Ti膜をスパッタリング法などで形成する。   Next, for example, a TiN / Ti film is formed as a barrier film 6a on the interlayer insulating film TH6 and the plug P6 by a sputtering method or the like.

次いで、バリア膜6a上に、Al膜6bをスパッタリング法により形成する。次いで、Al膜6b上に、バリア膜6cとして例えば、TiN膜(単層膜)をスパッタリング法などにより形成する。   Next, an Al film 6b is formed on the barrier film 6a by a sputtering method. Next, for example, a TiN film (single layer film) is formed as a barrier film 6c on the Al film 6b by a sputtering method or the like.

次いで、バリア膜6c上に、反射防止膜ARとして、酸窒化シリコン膜(SiON膜)をCVD法などにより成膜する。   Next, a silicon oxynitride film (SiON film) is formed as an antireflection film AR on the barrier film 6c by a CVD method or the like.

上記工程により、TiN/Ti/Al/TiNが下側から順に積層された積層導電性膜およびその上部の反射防止膜ARが形成される。   By the above process, a laminated conductive film in which TiN / Ti / Al / TiN is laminated in order from the lower side and an antireflection film AR on the upper side thereof are formed.

次いで、上記積層導電性膜(6a、6b、6c)および反射防止膜ARの上部に図示しないフォトレジスト膜を塗布し、露光・現像(フォトリソグラフィ)することにより第6層配線M6の形成領域にフォトレジスト膜を残存させる。次いで、このフォトレジスト膜をマスクに上記積層導電性膜(6a、6b、6c)および反射防止膜ARをエッチング(パターニング)することにより、第6層配線(Al配線)M6を形成する。この第6層配線(Al配線)M6は、最上層配線であり、その膜厚(TiN/Ti/Al/TiNよりなる積層導電性膜のトータル膜厚)は、それより下層の配線(M1〜M5のTiN/Ti/Al/TiN/Tiよりなる積層導電性膜のトータル膜厚)より大きい。特に、第6層配線(Al配線)M6を構成するAl膜6bの膜厚は、それより下層の配線を構成するAlの膜厚より大きい。また、第6層配線(Al配線)M6の配線幅は、それより下層の配線(M1〜M5)の配線幅より大きい。   Next, a photoresist film (not shown) is applied on the laminated conductive films (6a, 6b, 6c) and the antireflection film AR, and exposed and developed (photolithography) to form a sixth layer wiring M6 formation region. The photoresist film is left. Next, by using the photoresist film as a mask, the laminated conductive films (6a, 6b, 6c) and the antireflection film AR are etched (patterned) to form a sixth layer wiring (Al wiring) M6. The sixth layer wiring (Al wiring) M6 is the uppermost layer wiring, and the film thickness (total film thickness of the laminated conductive film made of TiN / Ti / Al / TiN) is lower than the wiring (M1 to M1). It is larger than the total film thickness of the laminated conductive film made of TiN / Ti / Al / TiN / Ti of M5. In particular, the thickness of the Al film 6b constituting the sixth layer wiring (Al wiring) M6 is larger than the thickness of Al constituting the lower layer wiring. Further, the wiring width of the sixth layer wiring (Al wiring) M6 is larger than the wiring width of the lower layer wirings (M1 to M5).

次いで、第6層配線M6上に第1保護膜(第1絶縁膜)として、例えば、酸化シリコン膜12および窒化シリコン膜13の積層膜を形成する。これらの膜は、それぞれプラズマCVD法により形成することができる。   Next, for example, a stacked film of a silicon oxide film 12 and a silicon nitride film 13 is formed as a first protective film (first insulating film) on the sixth layer wiring M6. Each of these films can be formed by a plasma CVD method.

次いで、窒化シリコン膜13上にフォトレジスト膜Rを塗布する。次いで、フォトレジスト膜Rを、露光・現像することにより開口部OA1およびOA2のフォトレジスト膜Rを除去する。この開口部OA1は、例えば、上記プログラム領域(切断可能領域)Fpを含む一定の領域である。また、開口部OA2は、後述のパッド領域Pdと対応する。   Next, a photoresist film R is applied on the silicon nitride film 13. Next, the photoresist film R in the openings OA1 and OA2 is removed by exposing and developing the photoresist film R. The opening OA1 is, for example, a certain area including the program area (cuttable area) Fp. The opening OA2 corresponds to a pad region Pd described later.

次いで、図24に示すように、フォトレジスト膜Rをマスクに第1保護膜(12、13)のうち、窒化シリコン膜13をエッチングする。次いで、その下層の酸化シリコン膜12をエッチングする。この際、ヒューズ素子Fの上方の酸化シリコン膜12がエッチングされる。なお、図24に示すように、層間絶縁膜(酸化シリコン膜)TH6がエッチングされることもある。ヒューズ素子Fの上方に残存する絶縁膜(酸化シリコン膜12および層間絶縁膜TH6)の膜厚をY1とする。   Next, as shown in FIG. 24, the silicon nitride film 13 of the first protective films (12, 13) is etched using the photoresist film R as a mask. Next, the underlying silicon oxide film 12 is etched. At this time, the silicon oxide film 12 above the fuse element F is etched. As shown in FIG. 24, the interlayer insulating film (silicon oxide film) TH6 may be etched. The film thickness of the insulating film (silicon oxide film 12 and interlayer insulating film TH6) remaining above the fuse element F is Y1.

次いで、図25および図26に示すように、第6層配線M6上の反射防止膜ARおよび第6層配線(Al配線)M6中のバリア膜6cを同時にエッチングする。図25は、第6層配線M6の表面、即ち、バリア膜(TiN膜)6cの表面が露出した時点における断面図である。ここまでのエッチングで、ヒューズ素子Fの上方に残存する絶縁膜(酸化シリコン膜12および層間絶縁膜TH6)がさらにエッチングされる。ヒューズ素子Fの上方に残存する絶縁膜(層間絶縁膜TH6)の膜厚はY2<Y1となる。この後、図26に示すように、連続して第6層配線(Al配線)M6中のバリア膜6cをエッチングし、Al膜6bを露出させる。このAl膜6bの露出領域がパッド領域Pdとなる。ここまでのエッチングで、開口部OA1部においても、ヒューズ素子Fの上方に残存する絶縁膜(層間絶縁膜TH6)が、さらにエッチングされ得る。このエッチング工程後のヒューズ素子Fの上方に残存する絶縁膜(層間絶縁膜TH6)の膜厚をYとする(Y<Y2<Y1)。なお、実施の形態1でも説明したように、パッド領域Pdにおいて、オーバーエッチングを行った場合には、ヒューズ素子Fの上方に残存する絶縁膜の膜厚がさらに減少する。   Next, as shown in FIGS. 25 and 26, the antireflection film AR on the sixth layer wiring M6 and the barrier film 6c in the sixth layer wiring (Al wiring) M6 are simultaneously etched. FIG. 25 is a cross-sectional view when the surface of the sixth layer wiring M6, that is, the surface of the barrier film (TiN film) 6c is exposed. By the etching so far, the insulating film (the silicon oxide film 12 and the interlayer insulating film TH6) remaining above the fuse element F is further etched. The film thickness of the insulating film (interlayer insulating film TH6) remaining above the fuse element F is Y2 <Y1. Thereafter, as shown in FIG. 26, the barrier film 6c in the sixth layer wiring (Al wiring) M6 is continuously etched to expose the Al film 6b. The exposed region of the Al film 6b becomes a pad region Pd. By the etching so far, the insulating film (interlayer insulating film TH6) remaining above the fuse element F can be further etched even in the opening OA1. The film thickness of the insulating film (interlayer insulating film TH6) remaining above the fuse element F after this etching process is defined as Y (Y <Y2 <Y1). As described in the first embodiment, when over-etching is performed in the pad region Pd, the film thickness of the insulating film remaining above the fuse element F is further reduced.

次いで、図27に示すように、パッド領域Pdを含む第1保護膜上(窒化シリコン膜13上)に、第2保護膜として、例えば、感光性ポリイミド膜(PIQ膜:Polyimide- isoindoloquinazolinedion膜)16を塗布する。次いで、感光性ポリイミド膜16を、露光・現像することにより開口部OA1およびOA2の感光性ポリイミド膜16を除去する。この工程により、開口部OA2からAl膜6b(パッド領域Pd)が再び露出する。   Next, as shown in FIG. 27, on the first protective film including the pad region Pd (on the silicon nitride film 13), for example, a photosensitive polyimide film (PIQ film: Polyimide-isoindoloquinazolinedion film) 16 is used as the second protective film. Apply. Next, the photosensitive polyimide film 16 is exposed and developed to remove the photosensitive polyimide film 16 in the openings OA1 and OA2. By this step, the Al film 6b (pad region Pd) is exposed again from the opening OA2.

なお、図27においては、第1保護膜(酸化シリコン膜12、窒化シリコン膜13)の開口部OA2と第2保護膜(感光性ポリイミド膜16)の開口部OA2とを同じ大きさとしたが、第2保護膜の開口部を第1保護膜の開口部OA2より大きくしてもよい。同様に、第1保護膜(酸化シリコン膜12、窒化シリコン膜13)および層間絶縁膜TH6の開口部OA1と第2保護膜(感光性ポリイミド膜16)の開口部OA1とを同じ大きさとしたが、第2保護膜の開口部を第1保護膜の開口部OA1より大きくしてもよい。次いで、熱処理(キュア処理)を施すことにより、感光性ポリイミド膜(第2保護膜)16を硬化させる。   In FIG. 27, the opening OA2 of the first protective film (silicon oxide film 12, silicon nitride film 13) and the opening OA2 of the second protective film (photosensitive polyimide film 16) have the same size. The opening of the second protective film may be larger than the opening OA2 of the first protective film. Similarly, the opening OA1 of the first protective film (silicon oxide film 12, silicon nitride film 13) and interlayer insulating film TH6 and the opening OA1 of the second protective film (photosensitive polyimide film 16) have the same size. The opening of the second protective film may be larger than the opening OA1 of the first protective film. Next, the photosensitive polyimide film (second protective film) 16 is cured by performing heat treatment (curing treatment).

上記工程により、半導体素子(Qn、Qp)、その上部の多層配線(M1〜M6)およびヒューズ素子Fが略完成する。   Through the above process, the semiconductor element (Qn, Qp), the multilayer wiring (M1 to M6) and the fuse element F thereon are substantially completed.

以降の工程は、実施の形態1と同様であるためその詳細な説明を省略する。即ち、実施の形態1と同様に、パッド領域Pdを利用して、半導体装置の動作テストを行い、ヒューズ素子Fにプログラミングを行う。例えば、プローブテストの結果や、半導体装置の仕様(周波数や対応電圧)に対応して、どのヒューズ素子Fを切断するかを決定し、該当のヒューズ素子Fを切断する。どのヒューズ素子Fを切断するかの情報を、テスト情報という。このテスト情報に基づき、前述の溶断回路(93、図5)から切断すべきヒューズに過電流を流し、ヒューズ素子Fのプログラム領域(切断可能領域)Fpを切断(非導通状態)とする。   Since the subsequent steps are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted. That is, as in the first embodiment, the operation test of the semiconductor device is performed using the pad region Pd, and the fuse element F is programmed. For example, it is determined which fuse element F is to be cut according to the result of the probe test and the specifications (frequency and corresponding voltage) of the semiconductor device, and the corresponding fuse element F is cut. Information on which fuse element F is to be cut is referred to as test information. Based on this test information, an overcurrent is caused to flow from the aforementioned fusing circuit (93, FIG. 5) to the fuse to be cut, and the program area (cuttable area) Fp of the fuse element F is cut (non-conductive state).

この後、実施の形態1と同様の実装工程を経て、半導体装置が略完成する(実施の形態1の[半導体装置の回路動作説明]の欄参照)。また、この半導体装置の回路動作についても、実施の形態1と同様であるため、その説明を省略する(実施の形態1の[半導体装置の回路動作説明]の欄参照)。   Thereafter, through the same mounting process as that of the first embodiment, the semiconductor device is substantially completed (see the column of [Description of circuit operation of semiconductor device] in the first embodiment). The circuit operation of this semiconductor device is also the same as that of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted (see the [Description of circuit operation of semiconductor device] column of the first embodiment).

以上詳細に説明した本実施の形態においても、実施の形態1と同様の効果を奏する(実施の形態1の<1>〜<3>の欄参照)。   In the present embodiment described in detail above, the same effects as in the first embodiment are obtained (see the columns <1> to <3> in the first embodiment).

即ち、<1>上記プログラム工程および読み出し工程以外の工程においては、トランジスタ(スイッチング素子)Tsをオン(ON)状態とし、ヒューズ素子Fの両端(ノードn1、ノードn2)を接地電位(GND)に接続する。このように、ヒューズ素子Fの両端(ノードn1、ノードn2)を接地電位(GND)に接続することで、ヒューズ素子Fを構成する各種膜(Al、Ti、TiN)の変質を低減することができる。よって、半導体装置の信頼性を向上させることができる。   That is, <1> In steps other than the program step and the read step, the transistor (switching element) Ts is turned on, and both ends (node n1, node n2) of the fuse element F are set to the ground potential (GND). Connecting. As described above, by connecting both ends (node n1, node n2) of the fuse element F to the ground potential (GND), alteration of various films (Al, Ti, TiN) constituting the fuse element F can be reduced. it can. Thus, the reliability of the semiconductor device can be improved.

<2>また、ヒューズ素子F上の絶縁膜のエッチング制御が容易となる。実施の形態1で詳細に説明した比較例においては、ヒューズ素子Fの変質をできるだけ少なくし、品質を向上させるため、ヒューズ素子F上の絶縁膜を残存させることが多い。しかしながら、<1>で説明したように、プログラム工程および読み出し工程以外の工程においては、ヒューズ素子Fの両端(ノードn1、ノードn2)を接地電位(GND)に接続することで、ヒューズ素子Fを構成する各種膜(Al、Ti、TiN)の変質を低減することができる。よって、ヒューズ素子F上の残膜にばらつきが生じ、一部のヒューズ素子Fが剥き出し構造となっても、ヒューズ素子Fを構成する各種膜(Al、Ti、TiN)の変質を低減することができる。このように、ヒューズ素子F上の絶縁膜の残膜調整をシビアに行う必要がなくなり、エッチングの制御性が向上する。よって、簡易な製造工程で半導体装置を形成することができる。また、半導体装置の製造において、スループットを向上させることができる。また、ヒューズ素子F上の絶縁膜の薄膜化にも対応することができる。   <2> Further, the etching control of the insulating film on the fuse element F is facilitated. In the comparative example described in detail in the first embodiment, the insulating film on the fuse element F is often left in order to minimize the alteration of the fuse element F and improve the quality. However, as described in <1>, in steps other than the program step and the read step, the fuse element F is connected by connecting both ends (node n1, node n2) of the fuse element F to the ground potential (GND). Alteration of various films (Al, Ti, TiN) to be formed can be reduced. Therefore, even if a variation occurs in the remaining film on the fuse element F and a part of the fuse elements F is exposed, it is possible to reduce alteration of various films (Al, Ti, TiN) constituting the fuse element F. it can. In this way, it is not necessary to adjust the residual film of the insulating film on the fuse element F severely, and the controllability of etching is improved. Thus, a semiconductor device can be formed with a simple manufacturing process. In addition, throughput can be improved in manufacturing a semiconductor device. Further, it is possible to cope with the thinning of the insulating film on the fuse element F.

また、上記比較例において、ヒューズ素子Fの変質は、実装工程の後にも生じ得る。よって、製品出荷時においては、良品であっても、その後の使用中に、上記ヒューズ素子Fの変質による品質劣化が生じ得る。これに対し、本実施の形態においては、製品動作時(使用時)においても、上記プログラム工程以外の工程においては、トランジスタ(スイッチング素子)Tsをオン(ON)状態とし、ヒューズ素子Fの両端(ノードn1、ノードn2)を接地電位(GND)に接続したので、半導体装置の信頼性を向上させることができる。   In the comparative example, the alteration of the fuse element F may occur after the mounting process. Therefore, at the time of product shipment, even if it is a non-defective product, quality deterioration due to alteration of the fuse element F may occur during subsequent use. On the other hand, in the present embodiment, even during product operation (in use), the transistor (switching element) Ts is turned on (ON) in the processes other than the program process, and both ends of the fuse element F ( Since the nodes n1 and n2) are connected to the ground potential (GND), the reliability of the semiconductor device can be improved.

<3>また、本実施の形態においては、<2>で説明したように、ヒューズ素子F上の残膜にばらつきが生じ、一部のヒューズ素子Fが剥き出し構造となっても、ヒューズ素子Fの品質を維持できるため、ヒューズ素子Fの上部に残存する絶縁膜を薄く設定でき、溶断に要するエネルギーを小さくすることができる。また、溶断に要するエネルギーの制御性が向上する。よって、必要部位を的確に切断することができる。また、過剰なエネルギーの印加による欠陥を低減することができる。このように、半導体装置の信頼性を向上させることができる。半導体装置の特性を向上させることができる。   <3> Further, in this embodiment, as described in <2>, even if the remaining film on the fuse element F varies and a part of the fuse elements F is exposed, the fuse element F Therefore, the insulating film remaining above the fuse element F can be set thin, and the energy required for fusing can be reduced. Moreover, the controllability of energy required for fusing is improved. Therefore, a necessary site can be accurately cut. In addition, defects due to application of excessive energy can be reduced. Thus, the reliability of the semiconductor device can be improved. The characteristics of the semiconductor device can be improved.

上記<1>〜<3>に示すように、本実施の形態によれば、半導体装置の特性を向上させることができる。   As shown in <1> to <3> above, according to the present embodiment, the characteristics of the semiconductor device can be improved.

なお、本実施の形態においては、半導体装置の製造工程の前工程(ダイシング前、ウエハ状態)において、ヒューズ素子Fのプログラミングを行ったが(上記[プログラミング工程]の欄参照)、ヒューズ素子Fへのプログラミングを行う工程は、かかる段階に限定されず、例えば、実装工程後に行ってもよい。特に、前述のように、電気溶断でヒューズ素子Fの切断を行う場合には、製品ユーザーにおいても、ヒューズ素子Fのプログラミングを行うことができる。   In the present embodiment, the fuse element F is programmed in the pre-process of the semiconductor device manufacturing process (before dicing, in the wafer state) (see the column “Programming process” above). The programming process is not limited to such a stage, and may be performed after the mounting process, for example. In particular, as described above, when the fuse element F is cut by electric fusing, the product user can also program the fuse element F.

また、本実施の形態においても、フェイスダウンボンディングを行っても良い。   Also in this embodiment, face-down bonding may be performed.

また、本実施の形態においては、第1〜第6層配線(M1〜M6)を形成したが、配線総数に限定はない。また、本実施の形態においては、第5層配線M5と同層にヒューズ素子Fを形成したが、これに限られるものではなく、例えば、第6層配線(最上層配線)M6と同層でヒューズ素子Fを形成してもよい。但し、前述したように最上層配線は、幅が大きく、厚い配線が用いられることが多く、当該配線と同様にヒューズ素子Fを形成した場合、溶断に要するエネルギーが大きくなる。よって、最上層配線より薄く(例えば、250nm以下)、また、幅狭に形成される、第1〜第5層配線(M1〜M5)と同層でヒューズ素子を形成することが好ましい。また、第1〜4層配線(M1〜M4)と同層でヒューズ素子Fを形成してもよい。但し、下層の配線と同層でヒューズ素子Fを形成する場合、ヒューズ素子Fを剥き出しにする際のエッチング量が多くなる。よって、最上層配線より下層であって、できるだけ上層部に位置する配線(ここでは、第5層配線M5)とヒューズ素子Fを同層に形成することが好ましい。なお、再配置配線を有する半導体装置の場合、この再配置配線は最上層配線としない。   In the present embodiment, the first to sixth layer wirings (M1 to M6) are formed, but the total number of wirings is not limited. In the present embodiment, the fuse element F is formed in the same layer as the fifth layer wiring M5. However, the present invention is not limited to this. For example, in the same layer as the sixth layer wiring (uppermost layer wiring) M6. A fuse element F may be formed. However, as described above, the uppermost wiring layer has a large width and a thick wiring is often used. When the fuse element F is formed in the same manner as the wiring, the energy required for fusing increases. Therefore, it is preferable to form the fuse element in the same layer as the first to fifth layer wirings (M1 to M5) that are thinner (for example, 250 nm or less) and narrower than the uppermost layer wiring. Further, the fuse element F may be formed in the same layer as the first to fourth layer wirings (M1 to M4). However, when the fuse element F is formed in the same layer as the underlying wiring, the etching amount when the fuse element F is exposed increases. Therefore, it is preferable to form the fuse element F in the same layer as the wiring (here, the fifth layer wiring M5) which is lower than the uppermost layer wiring and positioned as high as possible. In the case of a semiconductor device having rearrangement wiring, this rearrangement wiring is not the uppermost layer wiring.

また、上記工程においては、半導体素子としてMISFETの形成工程を例示したが、これに限られるものではなく、他の素子、例えば、抵抗素子やメモリなど、種々の素子を形成することができる。   In the above process, the MISFET formation process is exemplified as the semiconductor element. However, the present invention is not limited to this, and various elements such as a resistance element and a memory can be formed.

(実施の形態3)
上記実施の形態1および2においては、ヒューズ素子Fの切断を溶断回路93を用いて行ったが、レーザー照射によりヒューズ素子Fの切断を行ってもよい。
(Embodiment 3)
In the first and second embodiments, the fuse element F is cut using the fusing circuit 93. However, the fuse element F may be cut by laser irradiation.

なお、ヒューズ素子Fの切断工程(プログラミング工程)以外の工程については、実施の形態1、2と同様であるため、上記[プログラミング工程]以外の製造工程の説明および半導体装置の構造説明は省略する。   Since the processes other than the fuse element F cutting process (programming process) are the same as those in the first and second embodiments, the description of the manufacturing process other than the above [programming process] and the structure description of the semiconductor device are omitted. .

[プログラミング工程]
実施の形態1および2で説明した、ウエハテスト工程の後、ヒューズ素子Fにプログラミングを行う。即ち、例えば、プローブテストの結果や、半導体装置の仕様(周波数や対応電圧)に対応して、どのヒューズ素子Fを切断するかを決定し、該当のヒューズ素子Fを切断する。どのヒューズ素子Fを切断するかの情報を、テスト情報という。このテスト情報に基づき、切断すべきヒューズにレーザーを照射し、ヒューズ素子Fのプログラム領域(切断可能領域)Fpを切断(非導通状態)とする。なお、本実施の形態においては、テスト情報を、実施の形態1、2のように半導体チップCHP内に保持しておく必要はない(図14参照)。
[Programming process]
After the wafer test process described in the first and second embodiments, the fuse element F is programmed. That is, for example, it is determined which fuse element F is to be cut according to the result of the probe test and the specifications (frequency and corresponding voltage) of the semiconductor device, and the corresponding fuse element F is cut. Information on which fuse element F is to be cut is referred to as test information. Based on this test information, the fuse to be cut is irradiated with laser, and the program area (cuttable area) Fp of the fuse element F is cut (non-conductive state). In the present embodiment, it is not necessary to store the test information in the semiconductor chip CHP as in the first and second embodiments (see FIG. 14).

この場合、ヒューズ素子Fおよびその周辺の回路は、例えば、図28に示す構成となる。図28は、本実施の形態の半導体装置のヒューズ素子が接続される回路を示す回路図である。   In this case, the fuse element F and its peripheral circuits have, for example, the configuration shown in FIG. FIG. 28 is a circuit diagram showing a circuit to which the fuse element of the semiconductor device of the present embodiment is connected.

図28に示すように、ヒューズ素子Fの一端(ノードn1)は、接地電位(GND、接地電位配線、接地電位端子)に接続され、ヒューズ素子Fの他端(ノードn2)は、判定回路95に接続されている。また、ヒューズ素子の他端(ノードn2)には、判定回路95が接続されている。   As shown in FIG. 28, one end (node n1) of the fuse element F is connected to the ground potential (GND, ground potential wiring, ground potential terminal), and the other end (node n2) of the fuse element F is connected to the determination circuit 95. It is connected to the. A determination circuit 95 is connected to the other end (node n2) of the fuse element.

ここで、本実施の形態のヒューズ素子Fの他端(ノードn2)は、トランジスタ(スイッチング素子)Tsを介して(GND、接地電位配線、接地電位端子)に接続されている。   Here, the other end (node n2) of the fuse element F of the present embodiment is connected to (GND, ground potential wiring, ground potential terminal) via a transistor (switching element) Ts.

本実施の形態においては、レーザー照射により所定のヒューズ素子Fの切断(溶断)を行う。かかる工程をプラグラム工程という。レーザー溶断を行う場合においては、上記トランジスタ(スイッチング素子)Tsをオフ(OFF)状態とする必要はない。例えば、図2に示す状態のヒューズ素子Fのプログラム領域Fpにレーザーを照射し、ヒューズ素子Fを切断する(図3参照)。レーザー溶断は、半導体装置の製造工程の前工程(ダイシング前、ウエハ状態)において行われる。   In the present embodiment, a predetermined fuse element F is cut (fused) by laser irradiation. Such a process is called a program process. In the case of performing laser fusing, it is not necessary to turn off the transistor (switching element) Ts. For example, a laser is irradiated to the program area Fp of the fuse element F in the state shown in FIG. 2 to cut the fuse element F (see FIG. 3). Laser fusing is performed in a pre-process (before dicing, wafer state) of the semiconductor device manufacturing process.

[半導体装置の回路動作説明]
次いで、上記半導体装置の回路動作について説明する。上記半導体装置は、例えば、PC(Personal computer)や携帯電話などの各種電子機器に組み込まれる。
[Description of circuit operation of semiconductor device]
Next, circuit operation of the semiconductor device will be described. The semiconductor device is incorporated into various electronic devices such as a PC (Personal computer) and a mobile phone.

例えば、これらの電子機器に電源が投入された際、初期設定期間に、トリミング情報(各種設定情報)を読み出し、当該情報を、半導体装置内部の所定の領域(例えば、図14に示す、メモリ領域やアナログ回路領域など)に書き込む(格納する)。その後、所望の動作(通常動作、典型的には画像処理、半導体装置が組み込まれた各種電子機器の制御処理、アナログデジタル変換処理やセンサー出力処理、等)を行う。   For example, when power is supplied to these electronic devices, trimming information (various setting information) is read during an initial setting period, and the information is stored in a predetermined area (for example, a memory area shown in FIG. 14). Or analog circuit area). Thereafter, desired operations (normal operation, typically image processing, control processing of various electronic devices in which a semiconductor device is incorporated, analog-digital conversion processing, sensor output processing, and the like) are performed.

即ち、初期設定期間に、前述の判定回路95により、ヒューズ素子Fに記憶されたデータを読み出す(図5参照)。以下、読み出し工程における半導体装置の回路動作について図17〜図21を参照しながら説明する。前述したとおり、この読み出し工程においては、上記トランジスタ(スイッチング素子)Tsをオフ(OFF)状態である。   That is, in the initial setting period, the data stored in the fuse element F is read by the above-described determination circuit 95 (see FIG. 5). Hereinafter, the circuit operation of the semiconductor device in the reading process will be described with reference to FIGS. As described above, in this reading process, the transistor (switching element) Ts is in an off state.

図17は、初期設定期間と通常動作期間との関係を示す図である。図18は、判定回路の第1例を示す回路図である。図19は、判定回路の第2例を示す回路図である。図20は、図19に示す判定回路のRIN信号の生成回路の一例を示す回路図である。図21は、図19に示す判定回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。   FIG. 17 is a diagram illustrating the relationship between the initial setting period and the normal operation period. FIG. 18 is a circuit diagram illustrating a first example of the determination circuit. FIG. 19 is a circuit diagram illustrating a second example of the determination circuit. FIG. 20 is a circuit diagram showing an example of a RIN signal generation circuit of the determination circuit shown in FIG. FIG. 21 is a timing chart for explaining the operation of the determination circuit shown in FIG.

図17に示すように、半導体装置の動作においては、初期設定期間T1と、その後の通常動作期間T2とを有する。この初期設定期間T1に、上記読み出し動作が行われる。即ち、読み出し期間Trは、初期設定期間T1に含まれる。   As shown in FIG. 17, the operation of the semiconductor device has an initial setting period T1 and a subsequent normal operation period T2. The read operation is performed during the initial setting period T1. That is, the reading period Tr is included in the initial setting period T1.

<第1例>
図18に示す判定回路において、ヒューズ素子Fの一端(ノードn1)は、接地電位(GND)に接続される。また、ヒューズ素子Fの他端(ノードn2)は、抵抗素子Reおよびnチャネル型MISFETTnを介して電源電位(VDD)に接続される。ヒューズ素子Fと抵抗素子Reとの接続ノードが出力部OUTとなる。
<First example>
In the determination circuit shown in FIG. 18, one end (node n1) of the fuse element F is connected to the ground potential (GND). The other end (node n2) of the fuse element F is connected to the power supply potential (VDD) via the resistance element Re and the n-channel type MISFET Tn. A connection node between the fuse element F and the resistance element Re is an output unit OUT.

例えば、上記図18に示す判定回路において、nチャネル型MISFETTnのゲート電極に印加される信号Sが立ち上がる、即ち、LレベルからHレベルに変化することにより、読み出し期間が開始する。   For example, in the determination circuit shown in FIG. 18, the signal S applied to the gate electrode of the n-channel type MISFET Tn rises, that is, changes from L level to H level, so that the reading period starts.

この信号Sの立ち上がりにより、nチャネル型MISFETTnがオン(ON)状態となる。この際、ヒューズ素子Fが、切断状態である場合には、出力部OUTからはHレベルの信号が出力される。また、ヒューズ素子Fが未切断状態である場合には、出力部OUTからはLレベルの信号が出力される。この読み出しデータを、所定の領域(例えば、図14に示す、メモリ領域やアナログ回路領域など)に書き込んだ(格納した)後、信号Sを立ち下げ(Hレベル→Lレベル)、読み出し期間Trを終了する。このヒューズ素子Fに記録されたデータの読み出しのような初期設定が終了した後、上記通常動作を行う。   As the signal S rises, the n-channel MISFET Tn is turned on. At this time, if the fuse element F is in a cut state, an H level signal is output from the output unit OUT. When the fuse element F is not cut, an L level signal is output from the output unit OUT. After the read data is written (stored) in a predetermined area (for example, a memory area or an analog circuit area shown in FIG. 14), the signal S falls (H level → L level), and the read period Tr is set. finish. After the initial setting such as reading of data recorded in the fuse element F is completed, the normal operation is performed.

上記読み出し期間(信号Sの立ち上がりから立つ下がりの間;Tr)において、nチャネル型MISFET(スイッチング素子)Tsをオフ(OFF)状態とし、読み出し期間終了後においては、nチャネル型MISFET(スイッチング素子)Tsをオン(ON)状態とする。   The n-channel MISFET (switching element) Ts is turned off during the readout period (between the rise and fall of the signal S; Tr), and the n-channel MISFET (switching element) is turned off after the readout period ends. Ts is turned on.

上記半導体装置の回路動作においては、その読み出し工程(期間)において、信号SFにより、トランジスタ(スイッチング素子)Tsをオン(ON)状態とし、例えば、当該ヒューズ素子Fが切断されている場合(Fb)には、ヒューズ素子Fの他端(ノードn2)がHレベル(高電位レベル)となり、これに対応した信号を判定回路95から出力し、切断を判定する。即ち、“切断状態”を“0”データとした場合、“0”データを認識する。一方、当該ヒューズ素子Fが未切断の場合(Fa)には、ヒューズ素子Fの他端(ノードn2)がLレベル(低電位レベル)となり、これに対応した信号を判定回路95から出力し、未切断を判定する。即ち、“未切断状態”を“1”データとした場合、“1”データを認識する。   In the circuit operation of the semiconductor device, in the reading process (period), the transistor (switching element) Ts is turned on by the signal SF, and, for example, the fuse element F is cut (Fb). The other end (node n2) of the fuse element F becomes H level (high potential level), and a signal corresponding to this is output from the determination circuit 95 to determine disconnection. That is, when the “cut state” is “0” data, “0” data is recognized. On the other hand, when the fuse element F is not cut (Fa), the other end (node n2) of the fuse element F becomes L level (low potential level), and a signal corresponding to this is output from the determination circuit 95, Judge uncut. That is, when the “uncut state” is “1” data, “1” data is recognized.

ここで、本実施の形態においては、上記半導体装置の回路動作において読み出し工程以外の工程においては、トランジスタ(スイッチング素子)Tsをオン(ON)状態とし、ヒューズ素子Fの両端(ノードn1、ノードn2)を接地電位(GND、接地電位配線、接地電位端子)に接続する。このように、ヒューズ素子Fの切断方法にかかわらず、その読み出し工程において、その両端(ノードn1、ノードn2)を接地電位(GND、接地電位配線、接地電位端子)に接続することで、ヒューズ素子Fを保護膜(12、13、16)から露出させていても、また、保護膜が残存していてもヒューズ素子Fの変質を低減することができる。   Here, in the present embodiment, the transistor (switching element) Ts is turned on in steps other than the reading step in the circuit operation of the semiconductor device, and both ends of the fuse element F (node n1, node n2). ) To the ground potential (GND, ground potential wiring, ground potential terminal). Thus, regardless of the method of cutting the fuse element F, in the reading process, the both ends (node n1, node n2) are connected to the ground potential (GND, ground potential wiring, ground potential terminal), so that the fuse element Even if F is exposed from the protective film (12, 13, 16) or the protective film remains, alteration of the fuse element F can be reduced.

よって、実施の形態1および2の<1>〜<3>で説明したように、半導体装置の特性を向上させることができる。   Therefore, as described in <1> to <3> of the first and second embodiments, the characteristics of the semiconductor device can be improved.

特に、レーザー溶断を用いた場合には、ビックホール(Big Hole)現象が生じやすい。   In particular, when laser fusing is used, a big hole phenomenon is likely to occur.

これは、ヒューズ素子Fの上部と下部のレーザー吸収の強度比の差に起因する。例えば、ヒューズ素子(配線)Fの薄膜化により、上部に対し、下部のエネルギー吸収が大きくなり、上部に対し下部の方が大きくえぐられたような形状となる。さらに、ヒューズ素子F上の絶縁膜が厚い場合には、レーザーによるエネルギーがこもりやすく、絶縁膜にクラックが生じたり、隣接するヒューズ素子Fへのダメージを与えたりする。このような付不具合を、ビックホールという。   This is due to the difference in the laser absorption intensity ratio between the upper part and the lower part of the fuse element F. For example, as the fuse element (wiring) F is thinned, the energy absorption in the lower part becomes larger with respect to the upper part, and the lower part is largely removed with respect to the upper part. Further, when the insulating film on the fuse element F is thick, the energy by the laser tends to be trapped, and the insulating film is cracked or the adjacent fuse element F is damaged. Such a defect is called a big hole.

しかしながら、本実施の形態によれば、その読み出し工程において、その両端(ノードn1、ノードn2)を接地電位(GND、接地電位配線、接地電位端子)に接続することで、ヒューズ素子Fの変質を低減することができる。よって、ヒューズ素子Fをむき出し構造(実施の形態1)とする、または、ヒューズ素子F上の絶縁膜を薄膜化することができるため、レーザーの照射エネルギーを最適化でき、上記ビックホールの発生を低減することができる。   However, according to the present embodiment, in the reading process, the both ends (node n1, node n2) are connected to the ground potential (GND, ground potential wiring, ground potential terminal), so that the alteration of the fuse element F is prevented. Can be reduced. Therefore, the fuse element F has a bare structure (Embodiment 1), or the insulating film on the fuse element F can be thinned, so that the laser irradiation energy can be optimized and the generation of the big hole can be prevented. Can be reduced.

なお、上記ビックホールに類する不具合は、電気溶断でも生じ得るため、実施の形態1および2の電気溶断においても、上記ビックホールの発生を低減することができる。   In addition, since the trouble similar to the big hole can also be caused by electric fusing, the occurrence of the big hole can be reduced even in the electric fusing of the first and second embodiments.

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態1〜3に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態1〜3に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。   As mentioned above, although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the first to third embodiments, the present invention is not limited to the first to third embodiments and does not depart from the gist thereof. Needless to say, various changes can be made.

本発明は、半導体装置、特に、ヒューズを有する半導体装置の構成に適用して好適なものである。   The present invention is suitable for application to a semiconductor device, particularly a semiconductor device having a fuse.

1 半導体基板
2 素子分離領域
3n ソース、ドレイン領域
3p ソース、ドレイン領域
5a バリア膜
5b Al膜
5c バリア膜
6a バリア膜
6b Al膜
6c バリア膜
12 酸化シリコン膜
13 窒化シリコン膜
16 感光性ポリイミド膜
50 CPU領域
60 メモリ領域
70 アナログ回路領域
80 トリミング領域
91 トランジスタ
93 溶断回路
95 判定回路
97 抵抗素子
AR 反射防止膜
BU1 バッファ
BU2 バッファ
BU3 バッファ
BU4 バッファ
CHP 半導体チップ
D1 第1遅延回路
D2 第2遅延回路
F ヒューズ素子
FOUT 出力部
Fp プログラム領域
G ゲート電極
GND 接地電位
INV1〜INV6 インバータ
M1 第1層配線
M2 第2層配線
M3 第3層配線
M4 第4層配線
M5 第5層配線
M6 第6層配線
MR 封止樹脂
Nout 出力ノード
OA1 開口部
OA2 開口部
OUT 出力部
P1〜P6 プラグ
Pd パッド領域
Qn nチャネル型MISFET
Qp pチャネル型MISFET
R フォトレジスト膜
Re 抵抗素子
S 信号
SB 半田ボール
SF 信号
T1 初期設定期間
T2 通常動作期間
TC テスト情報回路
TE 端子
TH1〜TH6 層間絶縁膜
Tn nチャネル型MISFET
Tn3 nチャネル型MISFET
Tn4 nチャネル型MISFET
Tn7 nチャネル型MISFET
Tn8 nチャネル型MISFET
Tn9 nチャネル型MISFET
Tp1 pチャネル型MISFET
Tp2 pチャネル型MISFET
Tp5 pチャネル型MISFET
Tp6 pチャネル型MISFET
Tr 読み出し期間
Ts nチャネル型MISFET
VDD 電源電位
W ワイヤ
WB 配線基板
Y 膜厚
n1〜n3 ノード
z 変質領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Element isolation region 3n Source, drain region 3p Source, drain region 5a Barrier film 5b Al film 5c Barrier film 6a Barrier film 6b Al film 6c Barrier film 12 Silicon oxide film 13 Silicon nitride film 16 Photosensitive polyimide film 50 CPU Area 60 memory area 70 analog circuit area 80 trimming area 91 transistor 93 fusing circuit 95 determination circuit 97 resistance element AR antireflection film BU1 buffer BU2 buffer BU3 buffer BU4 buffer CHP semiconductor chip D1 first delay circuit D2 second delay circuit F fuse element FOUT Output part Fp Program area G Gate electrode GND Ground potential INV1 to INV6 Inverter M1 First layer wiring M2 Second layer wiring M3 Third layer wiring M4 Fourth layer wiring M5 Fifth layer wiring M6 Sixth layer wiring MR Sealing resin No t output node OA1 opening OA2 opening OUT output unit P1~P6 plug Pd pad region Qn n-channel type MISFET
Qp p-channel MISFET
R Photoresist film Re Resistance element S Signal SB Solder ball SF Signal T1 Initial setting period T2 Normal operation period TC Test information circuit TE Terminals TH1 to TH6 Interlayer insulating film Tn n-channel type MISFET
Tn3 n-channel MISFET
Tn4 n-channel MISFET
Tn7 n-channel MISFET
Tn8 n-channel MISFET
Tn9 n-channel MISFET
Tp1 p-channel MISFET
Tp2 p-channel MISFET
Tp5 p-channel MISFET
Tp6 p-channel MISFET
Tr readout period Ts n-channel MISFET
VDD power supply potential W wire WB wiring board Y film thickness n1 to n3 node z altered region

Claims (28)

半導体基板の上方に形成された半導体素子と、
前記半導体素子の上方に形成された第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜上に形成されたアルミニウム(Al)を含有する第1導電性膜よりなるヒューズ素子と、
前記第1絶縁膜上に形成され、前記第1導電性膜よりなる第1配線と、
前記第1配線上に形成された第2絶縁膜と、を有し、
前記ヒューズ素子のプログラム領域は、前記第2絶縁膜に設けられた第1開口部で露出していることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor element formed above the semiconductor substrate;
A first insulating film formed above the semiconductor element;
A fuse element formed of a first conductive film containing aluminum (Al) formed on the first insulating film;
A first wiring formed on the first insulating film and made of the first conductive film;
A second insulating film formed on the first wiring,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the program region of the fuse element is exposed through a first opening provided in the second insulating film.
前記プログラム領域は、切断状態であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the program area is in a disconnected state. 前記プログラム領域は、未切断状態であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the program area is in an uncut state. 前記第2絶縁膜の上方に形成された第2導電性膜よりなる第2配線と、
前記第2配線上に形成された第3絶縁膜と、を有し、
前記第1開口部は、前記第2絶縁膜および前記第3絶縁膜の積層膜にも設けられ、
前記ヒューズ素子のプログラム領域は、前記積層膜に設けられた前記第1開口部から露出していることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
A second wiring made of a second conductive film formed above the second insulating film;
A third insulating film formed on the second wiring,
The first opening is also provided in a stacked film of the second insulating film and the third insulating film,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a program region of the fuse element is exposed from the first opening provided in the stacked film.
前記第3絶縁膜は、前記第2配線のパッド領域を露出する第2開口部を有し、
前記パッド領域には、導電性部材が接続されることを特徴とする請求項4記載の半導体装置。
The third insulating film has a second opening exposing a pad region of the second wiring;
The semiconductor device according to claim 4, wherein a conductive member is connected to the pad region.
前記第1開口部と前記第2開口部とは同時に形成されたものであることを特徴とする請求項5記載の半導体装置。   6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the first opening and the second opening are formed simultaneously. 前記第3絶縁膜および前記導電性部材の上部は、封止樹脂で覆われていることを特徴とする請求項5記載の半導体装置。   6. The semiconductor device according to claim 5, wherein upper portions of the third insulating film and the conductive member are covered with a sealing resin. 前記ヒューズ素子は、前記プログラム領域の一端である第1端と、前記プログラム領域の他端である第2端とを有し、
前記第1端は、接地電位と接続され、
前記第2端は、前記接地電位とスイッチング素子を介して接続されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
The fuse element has a first end that is one end of the program area and a second end that is the other end of the program area,
The first end is connected to a ground potential;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second end is connected to the ground potential via a switching element.
前記ヒューズ素子は、前記スイッチング素子がオフ状態で、切断されることを特徴とする請求項8記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 8, wherein the fuse element is cut when the switching element is in an OFF state. 前記ヒューズ素子の前記プログラム領域が、切断および未切断状態のいずれかであるかの読み出しは、前記スイッチング素子がオフ状態で行われることを特徴とする請求項8記載の半導体装置。   9. The semiconductor device according to claim 8, wherein reading whether the program area of the fuse element is in a cut state or an uncut state is performed when the switching element is in an off state. 前記第2端は、前記読み出しの期間に、電源電位に接続されることを特徴とする請求項10記載の半導体装置。   11. The semiconductor device according to claim 10, wherein the second end is connected to a power supply potential during the reading period. 前記半導体装置は、
前記ヒューズ素子の前記プログラム領域を切断するプログラム期間と、
前記ヒューズ素子の前記プログラム領域が、切断状態および未切断状態のいずれかであるかを判定する読み出し期間と、を有し、
前記プログラム期間および前記読み出し期間以外の期間に、前記スイッチング素子がオン状態の期間を有することを特徴とする請求項8記載の半導体装置。
The semiconductor device includes:
A program period for cutting the program region of the fuse element;
A read period for determining whether the program area of the fuse element is in a cut state or an uncut state, and
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the switching element has a period in an on state in a period other than the program period and the read period.
前記半導体装置は、その動作において、
初期設定期間と、前記初期設定期間後の動作期間とを有し、
前記読み出し期間は、前記初期設定期間に含まれることを特徴とする請求項12記載の半導体装置。
In the operation of the semiconductor device,
An initial setting period and an operation period after the initial setting period;
13. The semiconductor device according to claim 12, wherein the read period is included in the initial setting period.
前記ヒューズ素子であって、
前記切断可能領域が未切断状態の第1のヒューズ素子と、
前記切断可能領域が切断状態の第2のヒューズ素子と、を有し、
前記第1のヒューズ素子の前記切断可能領域の一端は、接地電位に接続され、
前記第1のヒューズ素子の前記切断可能領域の他端は、前記接地電位と第1スイッチング素子を介して接続され、
前記第2のヒューズ素子の前記切断可能領域の一端は、接地電位に接続され、
前記第2のヒューズ素子の前記切断可能領域の他端は、前記接地電位と第2スイッチング素子を介して接続され、
前記半導体装置の前記第1のヒューズ素子および前記第2のヒューズ素子のプログラム情報の読み出し期間において、
前記第1スイッチング素子および第2スイッチング素子はオフ状態であることを特徴とする請求項8記載の半導体装置。
The fuse element,
A first fuse element in which the cuttable region is in an uncut state;
The disconnectable region has a second fuse element in a disconnected state,
One end of the breakable region of the first fuse element is connected to a ground potential,
The other end of the breakable region of the first fuse element is connected to the ground potential via the first switching element,
One end of the cuttable region of the second fuse element is connected to a ground potential,
The other end of the severable region of the second fuse element is connected to the ground potential via a second switching element,
In a reading period of program information of the first fuse element and the second fuse element of the semiconductor device,
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the first switching element and the second switching element are in an off state.
前記ヒューズ素子は、電気溶断により切断されることを特徴とする請求項8記載の半導体装置。   9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the fuse element is cut by electric fusing. 前記ヒューズ素子は、レーザー照射により切断されることを特徴とする請求項8記載の半導体装置。   9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the fuse element is cut by laser irradiation. 前記スイッチング素子は、MISFETにより構成されることを特徴とする請求項8記載の半導体装置。   9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the switching element is configured by a MISFET. アルミニウムを含有する導電性膜よりなるヒューズ素子を有する半導体装置において、
前記半導体装置は、その動作において、
初期設定期間と、前記初期設定期間後の動作期間とを有し、
前記初期設定期間に前記ヒューズ素子にプログラムされたデータの読み出し期間が存在し、
前記動作期間において、前記ヒューズ素子の両端を接地電位に維持することを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device having a fuse element made of a conductive film containing aluminum,
In the operation of the semiconductor device,
An initial setting period and an operation period after the initial setting period;
There is a data read period programmed in the fuse element in the initial setting period,
In the operation period, both ends of the fuse element are maintained at a ground potential.
前記ヒューズ素子の一端は、接地電位に接続され、他端は、スイッチング素子を介して前記接地電位に接続されていることを特徴とする請求項18記載の半導体装置。   19. The semiconductor device according to claim 18, wherein one end of the fuse element is connected to a ground potential, and the other end is connected to the ground potential via a switching element. 前記ヒューズ素子の他端には、溶断回路が接続されていることを特徴とする請求項19記載の半導体装置。   20. The semiconductor device according to claim 19, wherein a fusing circuit is connected to the other end of the fuse element. 前記ヒューズ素子のプログラム期間において、
前記スイッチング素子をオフ状態とし、
前記溶断回路から前記ヒューズ素子に過電流を流して、前記ヒューズ素子の所定の部分を切断することを特徴とすることを特徴とする請求項20記載の半導体装置。
In the program period of the fuse element,
Turning off the switching element;
21. The semiconductor device according to claim 20, wherein an overcurrent is passed from the fusing circuit to the fuse element to cut a predetermined portion of the fuse element.
前記ヒューズ素子のプログラム期間において、
前記ヒューズ素子にレーザーを照射して、前記ヒューズ素子の所定の部分を切断することを特徴とする請求項19記載の半導体装置。
In the program period of the fuse element,
20. The semiconductor device according to claim 19, wherein the fuse element is irradiated with a laser to cut a predetermined portion of the fuse element.
前記ヒューズ素子の他端には、読み出し回路が接続されていることを特徴とする請求項19記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 19, wherein a reading circuit is connected to the other end of the fuse element. 前記読み出し期間において、
前記スイッチング素子をオフ状態とし、
前記読み出し回路は、
前記ヒューズ素子が、切断状態である場合には、前記ヒューズ素子の一端の電位を電源電位とし、
前記ヒューズ素子が、未切断状態である場合には、前記ヒューズ素子の一端の電位を接地電位とし、
前記ヒューズ素子の一端の電位に対応した電位を出力電位として出力することを特徴とする請求項23記載の半導体装置。
In the readout period,
Turning off the switching element;
The readout circuit is
When the fuse element is in a cut state, a potential at one end of the fuse element is set as a power supply potential,
When the fuse element is in an uncut state, the potential of one end of the fuse element is set to the ground potential,
24. The semiconductor device according to claim 23, wherein a potential corresponding to a potential at one end of the fuse element is output as an output potential.
前記半導体装置は、その動作において、
初期設定期間と、前記初期設定期間後の動作期間と、を有し、
前記読み出し期間は、前記初期設定期間に含まれることを特徴とする請求項18記載の半導体装置。
In the operation of the semiconductor device,
An initial setting period, and an operation period after the initial setting period,
19. The semiconductor device according to claim 18, wherein the read period is included in the initial setting period.
前記スイッチング素子は、MISFETにより構成されることを特徴とする請求項19記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 19, wherein the switching element is configured by a MISFET. 前記ヒューズ素子は、第1絶縁膜上に形成され、
前記第1絶縁膜上には、第1配線が形成され、
前記第1配線上には、第2絶縁膜が形成され、
前記ヒューズ素子のプログラム領域は、前記絶縁膜に設けられた開口部から露出していることを特徴とする請求項18記載の半導体装置。
The fuse element is formed on the first insulating film,
A first wiring is formed on the first insulating film,
A second insulating film is formed on the first wiring,
19. The semiconductor device according to claim 18, wherein the program region of the fuse element is exposed from an opening provided in the insulating film.
前記ヒューズ素子は、第1絶縁膜上に形成され、
前記第1絶縁膜上には、第1配線が形成され、
前記第1配線および前記ヒューズ素子上には、第2絶縁膜が形成され、
前記ヒューズ素子のプログラム領域上の前記第2絶縁膜の膜厚は、前記第1配線上の前記第2絶縁膜の膜厚より小さいことを特徴とする請求項18記載の半導体装置。
The fuse element is formed on the first insulating film,
A first wiring is formed on the first insulating film,
A second insulating film is formed on the first wiring and the fuse element,
19. The semiconductor device according to claim 18, wherein a film thickness of the second insulating film on the program region of the fuse element is smaller than a film thickness of the second insulating film on the first wiring.
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