JP5230105B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、冗長回路を使用するときに切断される電気ヒューズを有する半導体装置に関するものである。

従来から、ウエハプロセスにおいてメモリセルに不良が発生したことが検出されることがある。この場合には、不良のメモリセルの代わりに、冗長回路として設けられている予備のメモリセルが用いられる。

前述の不良のメモリセルを使用する状態から予備のメモリセルを使用する状態への切り換えのためにヒューズが用いられる。この切り換えのためのヒューズとしては、外部からレーザ光を照射することによって切断されるレーザヒューズが一般に用いられている。

レーザヒューズが用いられる場合には、樹脂封止が完了する前に、半導体チップが剥き出しの状態でヒューズにレーザを照射する必要がある。そのため、半導体製造装置とは別にレーザトリミング装置を用いることが必要である。また、半導体チップが樹脂によって封止された後に、レーザヒューズを切断することはできない。

そこで、半導体チップが樹脂によって封止された後に、前述の切り換えのための手段として、電流を流すことにより電気的に切断されるヒューズが開発されてきた。

前述の切り換えのための方法としては、配線に電流を流すことにより配線を切断する方法、キャパシタに高電圧を印加することによってキャパタを破壊する方法、ゲート酸化膜に高電圧を印加することによってゲート絶縁層を破壊する方法、および、前述の切り換えをフラッシュメモリの記憶によって実現する方法等が考えられる。以下、これらの方法のうち、配線に電流を流すことにより配線を切断する方法が説明される。

なお、配線に電流を流すことによって配線が切断されるヒューズは、本明細書においては、電気ヒューズと呼ばれる。また、電気ヒューズを切断する方法としては、従来から知られている電気ヒューズのエレクトロマイクレーション現象を利用する方法の他に、本願の発明者らが未公開の技術として開発している、電気ヒューズを囲む絶縁層の亀裂に溶けたヒューズを流れ込ませる方法、および、電気ヒューズの幅および高さ方向における伸縮、すなわちピンチ効果を利用する方法等の全てが含まれるものとする。
特開２００６−１０８４１３号公報 特開２００１−２４０６３号公報 特開２００１−２３０３２５号公報 特開２００６−１３３３８号公報

上記従来の電気ヒューズは、次の問題を有している。
従来の電気ヒューズとしては、直線のみからなる直線型の電気ヒューズおよび直線部と折り曲げ部とを有する蛇行形状からなる折り返し型の電気ヒューズが提案されている。直線型の電気ヒューズは、折り返し型の電気ヒューズよりも占有面積を小さくすることが可能であるため、ヒューズ占有面積の観点からは、折り返し型の電気ヒューズよりも有利である。

しかしながら、直線部の電気ヒューズは、それが切断されるときに、電気ヒューズの周囲の構造へ悪影響を及ぼすおそれが折り返し型の電気ヒューズに比較して大きい。たとえば、直線部の電気ヒューズが切断されるときには、電気ヒューズを囲む層間絶縁層はクラック等の物理的ダメージまたは熱的ダメージを受けてしまう。このことは、電気ヒューズ同士のピッチを小さくすることを阻む要因となっている。

また、直線状の電気ヒューズの周辺の絶縁層のダメージを受ける領域の幅が電気ヒューズの両端のそれぞれに接続された配線の幅よりも小さい場合には、直線状の電気ヒューズ同士の間のピッチは、直線状の電気ヒューズの両端のそれぞれに接続される配線層同士のピッチによって決定される。

一方、直線状の電気ヒューズの周辺の絶縁層のダメージを受ける領域の幅が直線状の電気ヒューズの両端のそれぞれに接続された配線層の幅よりも大きい場合には、直線状の電気ヒューズ同士の間のピッチは、そのダメージを受ける領域の幅によって決定されてしまう。

したがって、従来の直線状の電気ヒューズにおいては、ダメージを受ける領域が一直線状に並ぶ場合には、電気ヒューズ同士の間のピッチを小さくすることが困難であるという問題がある。

また、電気ヒューズを切断するときに電気ヒューズの周囲の層間絶縁層に与えるダメージを低減するためには、電気ヒューズを切断するために必要な電流値を低下させることが不可欠である。

必要な電流値が大きいと、その電流を供給するためのトランジスタの占有面積も大きい。そのため、半導体チップ内における直線状の電気ヒューズおよびそれに関連する回路の占有面積を低減するという観点からも、電気ヒューズを切断するために必要な電流値を低減させることが必要である。

電気ヒューズを切断するために必要な電流値を低下させるためには、電気ヒューズにおいて発生するジュール熱をより効率的に電気ヒューズの温度の上昇のために利用することが必要である。そのため、クランク構造を有している電気ヒューズまたは前述のような折り返し構造を有する電気ヒューズの近傍にヒータを設けることが提案されている。

しかしながら、クランク構造または折り返し構造を有する電気ヒューズは、電気ヒューズよりも外側に位置する層間絶縁層にダメージを発生させるため、電気ヒューズの占有面積を小さくするという観点からは、直線状の電気ヒューズよりも劣っている。

また、加熱用のヒータを電気ヒューズの近傍に設ける場合には、ヒータの占有面積が大きくなってしまうため、電気ヒューズ部に関連する素子の占有面積が大きくなってしまう。

また、層間絶縁層を厚さ方向に貫通するビアを電気ヒューズとして用いる場合においても、前述の直線状の電気ヒューズ部同士の間のピッチを小さくすることができない理由と同様の理由から、ビア同士のピッチを小さくすることが困難である。そのため、電気ヒューズの占有面積を小さくすることができない。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気ヒューズの占有面積を小さくすることができる半導体装置を提供することである。

本発明の実施の形態の半導体装置は、互いに平行に延びる複数の直線状の電気ヒューズを備え、複数の直線状の電気ヒューズのそれぞれが突出部を有し、突出部群が平面視においてジグザグ状に配置されている。

本発明の実施の形態の半導体装置によれば、電気ヒューズの占有面積を小さくすることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態の半導体装置が説明される。
なお、本発明の半導体装置は、配線またはビアに電流を流すことによって切断され得る電気ヒューズを備えた半導体装置であれば、いかなるものであってもよい。

半導体装置は、一般に、メモリ容量が増加するにつれて、電気ヒューズの占有面積が増加する傾向にある。しなしながら、以下に説明される本実施の形態の半導体装置によれば、電気ヒューズ同士の間のピッチを小さくすることができるため、電気ヒューズ群の占有面積を低減することができる。また、本実施の形態の半導体装置は、低い電流値で切断され得る電気ヒューズを備えているため、半導体チップが樹脂によって覆われた後に、電気ヒューズの周辺の構造に悪影響を与えることなく、電気ヒューズを切断することができる。

（実施の形態１）
まず、図１および図２を用いて、実施の形態１の半導体装置が説明される。

本実施の形態の半導体装置は、図１に示されるように、電気ヒューズ部１０ａおよび１０ｂを備えている。

電気ヒューズ部１０ａにおいては、図１および図２に示されるように、その一方端が導電部１０ｂに接続されており、その他方端が導電部１０ｃに接続されている。また、電気ヒューズ部２０ａは、図１および図２に示されるように、その一方端が導電部２０ｂに接続されており、その他方端が導電部２０ｃに接続されている。

導電部１０ｂおよび２０ｂは、それぞれ、複数のビア１０ｄおよび複数のビア２０ｄに接続されている。また、複数のビア１０ｄおよび複数のビア２０ｄは、それぞれ、配線層１１および配線層２１に接続されている。一方、導電部１０ｃおよび２０ｃは、それぞれ、複数のビア１０ｅおよび複数のビア２０ｅに接続されている。複数のビア１０ｅおよび複数のビア２０ｅは、それぞれ、配線層１２および配線層２２に接続されている。

また、電気ヒューズ部１０ａは、それぞれがビア１０ｄまたはビア１０ｅと同様の形状を有する複数の突出部１０ｆを有している。また、電気ヒューズ部２０ａは、それぞれがビア２０ｄまたはビア２０ｅと同様の形状を有する複数の突出部２０ｆに接続されている。

なお、電気ヒューズ部１０ａ，２０ａ、導電部１０ｂ，２０ｂ、導電部１０ｃ，２０ｃ、ビア１０ｄ，２０ｄ、ビア１０ｅ，２０ｅ、および突出部１０ｆ，２０ｆの周辺に設けられた層間絶縁層は、説明の簡便のため、各図に描かれていない。

また、突出部１０ｆ，２０ｆ、ビア１０ｄ，２０ｄ、およびビア１０ｅ，２０ｅが埋め込まれているホールは、同一のエッチング工程において同時に層間絶縁層に形成されたものである。

図２に示されるように、複数の突出部１０ｆは、電気ヒューズ部１０ａの中央位置からずれた位置、より具体的には、ビア１０ｄに近くかつビア１０ｅから遠い位置に設けられている。また、複数の突出部１０ｆは、電気ヒューズ部１０ａに生じる熱を放散させる機能を有している。したがって、電気ヒューズ部１０ａは、ビア１０ｅに近くかつビア１０ｄから遠い位置１５０で切断されるように、位置１５０が最も高い温度になる。そのため、位置１５０の周辺部１００に位置する層間絶縁層が最も大きな損傷を受ける。

また、図３に示されるように、複数の突出部２０ｆは、電気ヒューズ部２０ａの中央位置からずれた位置、より具体的には、ビア２０ｄから遠くかつビア２０ｅに近い位置に設けられている。複数の突出部２０ｆは、電気ヒューズ部２０ａに生じる熱を放散させる機能を有している。したがって、電気ヒューズ部２０ａは、ビア２０ｅから遠くかつビア２０ｄに近い切断位置２５０で切断されるように、切断位置２５０が最も高い温度になる。そのため、切断位置２５０の周辺部２００に位置する層間絶縁層が最も大きな損傷を受ける。

また、電気ヒューズ部１０ａ，２０ａ、ならびに、それに接続された導電部１０ｂ，１０ｃ，２０ｂ，２０ｃ、ビア１０ｄ，１０ｅ，２０ｄ，２０ｅ、および突出部１０ｆ，２０ｆが単位構造体であるとすると、本実施の形態の半導体装置においては、この単位構造体が繰り返し形成されている。したがって、突出部１０ｆおよび突出部２０ｆは、ジグザグ状に配置されている。なお、電気ヒューズ部１０ａと電気ヒューズ部２０ａとは常にピッチＰを隔てて設けられている。

一般に、直線状の電気ヒューズ部を用いている場合には、電気ヒューズ部に接続された導電部の幅を小さくすると、電気ヒューズ部同士の間のピッチは、電気ヒューズ部の切断位置の周辺の層間絶縁層の損傷部、すなわち周辺部１００および２００等の大きさによって制限される。そのため、周辺部１００および２００が直線状に並ぶように配置されていると、電気ヒューズ部同士の間のピッチを小さくすることができない。そこで、本実施の形態の半導体装置においては、周辺部１００および２００が平面的に見てジグザグ状に配置されるように、複数の突出部１０ｆおよび複数の突出部２０ｆがジグザグ状に配置されている。その結果、電気ヒューズ部１０ａと電気ヒューズ部２０ａとの間のピッチＰを極力低減することができる。

また、図４に示されるように、配線層１１および１２と同一層において、複数の突出部１０ｆのそれぞれに接続された配線層１３が設けられていれば、突出部１０ｆにおける放熱性能をより向上させることができる。

また、電気ヒューズ部１０ａ，２０ａの上側にも突出部１４ｆが設けられていれば、その部分での放熱性能をより向上させることができる。しかしながら、電気ヒューズ部１０ａの上側に突出部１４ｆを設けると、半導体装置の製造工程が増加してしまう。また、電気ヒューズ部１０ａの半導体装置内での占有率が増加してしまう。

そのため、本実施の形態においては、図２および図３に示されるように、電気ヒューズ部１０ａおよび２０ａの下側にのみ複数のビアからなる複数の突出部１０ｆおよび２０ｆが設けられている。これによれば、突出部１０ｆ，２０ｆは、ビア１０ｄ，１０ｅ，２０ｄ，２０ｅと同一層に同一工程において設けられるため、電気ヒューズ部１０ｆおよび２０ｆを構成する構造体の占有率の増加および電気ヒューズ部１０ａおよび２０ａを製造するための工程の増加はない。

（実施の形態２）
次に、図５〜図７を用いて、本発明の実施の形態の半導体装置が説明される。

本実施の形態の半導体装置の構造は、実施の形態１の半導体装置の構造とほぼ同様である。そのため、本実施の形態の半導体装置においては、実施の形態１の半導体装置と同様の構造および機能を有する部位に実施の形態１において用いられた参照符号と同一の参照符号が付されている。

本実施の形態の半導体装置は、図５〜図７に示されるように、実施の形態１の複数の突出部１０ｆおよび２０ｆの代わりに、それぞれ、電気ヒューズ部１０ａの下側に配線部１０ｇおよび２０ｇが設けられているという点において、実施の形態１の半導体装置と異なっている。

これによれば、１つの塊からなる突出部１０ｇは、複数の突出部１０ｆの全体より大きな体積を有する。そのため、突出部の放熱効率が増加する。

また、突出部１０ｇおよび２０ｇの電流密度は、それぞれ、複数の突出部１０ｆおよび２０ｆの電流密度よりも低い。そのため、電気ヒューズ部１０ａおよび２０ａの温度を上昇させるジュール熱そのものが低減される。その結果、電気ヒューズ部１０ａおよび２０ｂの周辺部１００および２００への悪影響が抑制される。

なお、電気ヒューズ部１０ａから下側に突出する突出部１０ｇ代わりに、図８に示されるように、電気ヒューズ部１０ａの両側方に突出する突出部１０ｈが設けられていてもよい。これによっても、突出部１０ｆによって得られる効果と同様の効果を得ることができる。この場合においては、図示されていないが、電気ヒューズ部２０ａの両側面から、突出部１０ｈと同様の突出部２０ｈが突出している。

（実施の形態３）
次に、図９〜図１５を参照して、本発明の実施の形態３の半導体装置が説明される。

まず、図９〜図１１を用いて、本実施の形態の半導体装置の電気ヒューズ部の単位構造の一例およびその変形例が説明される。

電気ヒューズ部３０ａにおいては、その一方端が配線層３０ｂに接続され、その他方端が配線層３０ｃに接続されている。配線層３０ｃには複数のビア３０ｅが接続されている。配線層３０ｂ、電気ヒューズ部３０ａ、配線層３０ｃ、およびビア３０ｅは、一体的に形成されている。ビア３０ｅには下層配線層３１が接続されている。配線層３０ｂにはビア３２ａが接続されている。ビア３２ａは上層配線層３２と一体的に形成されている。

本実施の形態においては、同一電流値で発熱効果を高めるために、図９および図１０に示されるように、配線層３０ｂと上層配線層３２とは１つのビア３２ａのみによって接続されている。

また、ビア３２ａの断面積は、複数のビア３０ｅの断面積よりも小さい。そのため、ビア３２ａの発熱量は、複数のビア３０ｅの発熱量よりも大きい。

したがって、本実施の形態の半導体装置によれば、ビア３２ａの近傍の電気ヒューズ部３０ａの温度を複数のビア３０ｅの近傍の温度より高くすることができる。そのため、切断位置３５０およびその周辺部３００を電気ヒューズ部３０ａの中央位置よりビア３２ａ側に偏って形成することができる。

また、図１１および図１２に示されるように、ビア３２ａに接続されている位置の上層配線層３２の一部が他の部分よりも細いことが望ましい。これによれば、ビア３２ａの近傍のヒータ効果をより高めることが可能である。

次に、図１３〜図１５を用いて、本実施の形態の半導体装置の電気ヒューズ部の構成が説明される。なお、電気ヒューズ部の単位構造は、図９〜図１２に示される電気ヒューズ部の単位構造とは異なっているが、図１３に示される電気ヒューズ部の配置において、図９〜図１２に示される電気ヒューズ部の単位構造が用いられてもよい。

電気ヒューズ部３０ａは、図１３および図１４に示されるように、その一方端が配線層３０ｂに接続され、その他方端が配線層３０ｃに接続されている。配線層３０ｂにはビア３２ａが接続されている。ビア３２ａは上層配線層３２と一体的に形成されている。また、配線層３０ｃは、一体的に形成された複数のビア３０ｅに接続されている。また、複数のビア３２ｅは下層配線層３１に接続されている。また、複数の突出部３０ｆが電気ヒューズ部３０ａから下方に突出している。複数の突出部３０ｆは、電気ヒューズ部３０ａの中央位置よりも配線層３０ｂ側に偏った位置に設けられている。

また、ビア３２ａの断面積は、複数のビア３０ｅの断面積よりも小さい。そのため、ビア３２ａの発熱量は、複数のビア３０ｅの発熱量よりも大きい。したがって、本実施の形態の半導体装置によれば、ビア３２ａの近傍の電気ヒューズ部３０ａの温度を複数のビア３０ｅの近傍の温度より高くすることができる。そのため、切断位置３５０およびその周辺部３００を電気ヒューズ部３０ａの中央位置よりビア３２ａ側に偏って形成することができる。

また、ビア３２ａに接続されている位置の上層配線層３２の一部が他の部分よりも細い。したがって、ビア３２ａに接続されている位置の近傍の上層配線層３２の抵抗値が他の部分の抵抗値よりも小さい。これによれば、ビア３２ａの近傍のヒータ効果をより高めることが可能である。

また、電気ヒューズ部４０ａは、図１３および図１５に示されるように、その一方端が配線層４０ｂに接続され、その他方端が配線層４０ｃに接続されている。配線層４０ｂにはビア４２ａが接続されている。ビア４２ａは上層配線層４２と一体的に形成されている。また、配線層４０ｃは、複数のビア４０ｅと一体的に形成されている。また、複数のビア４２ｅは下層配線層４１に接続されている。また、複数の突出部４０ｆが電気ヒューズ部４０ａから下方に突出している。複数の突出部４０ｆは、電気ヒューズ部４０ａの中央位置よりも配線層４０ｂ側に偏った位置に設けられている。

また、ビア４２ａの断面積は、複数のビア４０ｅの断面積よりも小さい。そのため、ビア４２ａの発熱量は、複数のビア４０ｅの発熱量よりも大きい。したがって、本実施の形態の半導体装置によれば、ビア３２ａの近傍の電気ヒューズ部４０ａの温度を複数のビア４０ｅの近傍の温度より高くすることができる。そのため、切断位置４５０およびその周辺部４００を電気ヒューズ部４０ａの中央位置よりビア４２ａ側に偏って形成することができる。

また、ビア４２ａに接続されている位置の近傍の上層配線層４２が他の部分よりも細い。したがって、ビア４２ａに接続されている位置の近傍の上層配線層４２の抵抗値が他の部分の抵抗値よりも小さい。これによれば、ビア４２ａの近傍のヒータ効果をより高めることが可能である。

また、本実施の形態の半導体装置によれば、図１３に示されるように、図１４および図１５に示すヒューズユニットが繰り返して形成されている。それにより、複数の突出部３０ｆおよび複数の突出部４０ｆがジグザグ状に配置されている。そのため、電気ヒューズ部３０ａの切断位置３５０（周辺部３００）および電気ヒューズ部４０ａの切断位置４５０（周辺部４００）も、ジグザグ状に配置されることになる。したがって、実施の形態１および２の半導体装置によって得られる効果と同様の効果により、電気ヒューズ部３０ａと電気ヒューズ部４０ａとの間のピッチＰを低減することが可能になる。さらに、図１３に示されるように、下層配線層４１と上層配線層３２とが平面視において重なるように設けられているとともに、下層配線層３１と上層配線層４２とが平面視において重なるように設けられているため、上層配線層３２，４２および下層配線層３１，４１のそれぞれの幅によって上層配線層同士の間のピッチＰおよび下層配線層同士の間のピッチＰが受ける制約が緩和されている。

なお、複数の突出部３０ｆおよび４０ｆが設けられていなくても、ビア３２ａと複数のビア３０ｅとの間の断面積の相違およびビア４２ａと複数のビア４０ｅとの間の断面積の相違によって、切断位置３５０および４５０をジグザグに形成することができる。また、本実施の形態においては、ビア３２ａの近傍の上層配線層３２およびビア４２ａの近傍の上層配線層４２が他の部分よりも小さな幅を有しているが、本実施の形態の半導体装置は、ビア３２ａの近傍の上層配線層３２およびビア４２ａの近傍の上層配線層４２が他の部分と同一の幅を有していても、ビア３２ａと複数のビア３０ｅとの間の断面積の相違およびビア４２ａと複数のビア４０ｅとの間の断面積の相違によって、切断位置３５０および４５０をジグザグに形成することができる。

なお、ビア３２ａ，４２ａと複数のビア３０ｅ，４０ｅとの間の断面積の相違は、ビア３２ａ，４２ａと複数のビア３０ｅ，４０ｅとの間の抵抗値の相違の一例であって、他の構成によってビア３２ａ，４２ａと複数のビア３０ｅ，４０ｅとの間の抵抗値の相違がもたらされてもよい。

（実施の形態４）
次に、図１６〜図２０を用いて、本発明の実施の形態４の半導体装置を説明する。

本実施の形態の半導体装置においては、半導体基板に対して垂直に延びるビアが電気ヒューズ部として機能する。

本実施の形態の半導体装置においては、電気ヒューズ部１０７０は、半導体基板の主表面に対して垂直な方向に延びるビアからなる。電気ヒューズ部１０７０は、図１６〜図１９に示されるように、その一方端が電気ヒューズ部１０７０と同一幅の配線層１０６０に接続され、その他方端が電気ヒューズ部１０７０と同一幅の配線層１０８０に接続されている。配線層１０６０には配線層１０６０よりも大きな幅を有する配線層１０５０が接続されている。一方、配線層１０５０、配線層１０６０、および電気ヒューズ部１０７０は、一体的に形成されている。また、配線層１０８０は、配線層１０８０よりも大きな幅を有する配線層１０９０に接続されている。配線層１０８０および１０９０は一体的に形成されている。

電気ヒューズ部１１７０は、図１６〜図１９に示されるように、その一方端が電気ヒューズ部１１７０と同一幅の配線層１１６０に接続され、その他方端が電気ヒューズ部１１７０と同一幅の配線層１１８０に接続されている。配線層１１６０には配線層１１６０よりも大きな幅を有する配線層１１５０が接続されている。一方、配線層１１５０、配線層１１６０、および電気ヒューズ部１１７０は、一体的に形成されている。また、配線層１１８０は、配線層１１８０よりも大きな幅を有する配線層１１９０に接続されている。配線層１１８０および１１９０は一体的に形成されている。

本実施の形態の半導体装置によれば、図１６に示されるように、図１７および図１８に示されるヒューズユニットが繰り返して形成され、平面的に見て、電気ヒューズ部１０７０および電気ヒューズ部１１７０はジグザグ状に配置されている。そのため、電気ヒューズ部１０７０の切断位置および電気ヒューズ部１１７０の切断位置は、平面的に見て、ジグザグ状に配置されることになる。したがって、実施の形態１〜３の半導体装置によって得られる効果と同様の効果により、電気ヒューズ部１０７０と電気ヒューズ部１１７０との間のピッチＰを低減することが可能になる。

なお、配線層１０６０および配線層１１６０は、それぞれ、図２０に示されるように、電気ヒューズ部１０７０および１１７０との比較においてかなり長いものであってもよい。

（実施の形態５）
次に、図２１〜図２４を用いて、本発明の実施の形態の半導体装置が説明される。

本実施の形態の半導体装置は、図２１〜図２３に示されるように、半導体基板の主表面に対して平行に延びる上層配線層１２５０と、上層配線層１２５０と同一層において上層配線層１２５０に一体的に形成され、上層配線層１２５０よりも小さな幅を有する上層配線層１２６０とを備えている。上層配線層１２６０には上層配線層１２６０から下方に向かって延びる電気ヒューズ部１２７０が一体的に形成されている。電気ヒューズ部１２７０の下端には下層配線層１２８０が接続されている。下層配線層１２８０には、下層配線層１２８０と同一層において、下層配線層１２８０よりも大きな幅を有する下層配線層１２９０が一体的に形成されている。

また、半導体基板の主表面に対して平行に延びる上層配線層１３５０と、上層配線層１３５０と同一層において上層配線層１３５０に一体的に形成され、上層配線層１３５０よりも小さな幅を有する上層配線層１３６０とを備えている。上層配線層１３６０には上層配線層１３６０から下方に向かって延びる電気ヒューズ部１３７０が一体的に形成されている。電気ヒューズ部１３７０の下端には上層配線層１３８０が接続されている。上層配線層１３８０には、上層配線層１３８０と同一層において、上層配線層１３８０よりも大きな幅を有する上層配線層１３９０が一体的に形成されている。

前述のような本実施の形態の半導体装置の構成は、実施の形態４の半導体体装置の構成と同様である。つまり、電気ヒューズ部１２７０および１３８０が、平面的に見て、ジグザグ状に配置されている。

ここで、実施の形態４の半導体装置の課題が説明される。
前述の実施の形態４の半導体装置のように、ビアを電気ヒューズ部として機能させるためには、ビアに接続された配線層に切断部が形成されてしまうという不具合を防止することが必要である。そのため、通電によってビアの温度が他の部位の温度よりも高くなるような構造を形成しなければならない。したがって、ビアに接続された配線層の幅が電気ヒューズ部の幅と同一かまたはそれ以上でなければならない。

しかしながら、幅が大きな配線層が直接的にビアに接続されると、配線層が電気ヒューズ部としてのビアのためのヒートシンクとして機能してしまう。その結果、ビアの温度があまり上昇しなくなってしまう。そこで、ビアに直接的に接続される配線層の幅は、図１６に示されるように、或る程度小さいことが望ましい。また、ビアに直接的に接続される配線層の幅は、ビアの幅と同一であることがより好ましい。これは、ビアの近傍の部分の温度の低下を抑制することができるからである。

ただし、ビアに接続されるビアと同一の幅を有する配線層が長くなり過ぎると、ビアに直接的に接続されたビアと同一幅の配線層において切断が生じてしまう。そのため、電気ヒューズ部同士のピッチを低減できるという利点が損なわれてしまう。したがって、ビアに接続された幅の小さな配線層の長さが１〜３μｍ程度であることが好ましい。

また、電気ヒューズ部の発熱効率を向上させるためには、切断位置の電流密度を局所的に大きくすることが効果的である。電気ヒューズ部における電流密度はその幅によって画一的に規定されてしまう。また、電気ヒューズ部の幅は、各世代のプロセスルールに従って規定される。そのため、電気ヒューズ部の断面積を小さくすることによって電流密度を増加させることは困難である。

そこで、本実施の形態の半導体装置においては、図２１〜図２３に示されるように、電気ヒューズ部１２７０および電気ヒューズ部１３７０の底面が、それぞれ、下層配線層１２８０および１３８０からはみ出している。これによれば、電気ヒューズ部１２７０と下層配線層１２８０との間のコンタクト面積を電気ヒューズ部１２７０の横断面の面積より小さくすることができるとともに、電気ヒューズ部１３７０と下層配線層１３８０との間のコンタクト面積を電気ヒューズ部１３７０の横断面の面積よりも小さくすることが可能になる。その結果、電気ヒューズ部１２７０および１３７０のそれぞれの電流密度を局所的に向上させることができる。したがって、電気ヒューズ部１２７０および１３７０のそれぞれの発熱量を局所的に大きくすることができる。故に、電気ヒューズ部１２７０および１３７０のそれぞれにおいて確実に切断を生じさせることが可能になる。

ただし、半導体装置の製造プロセスにおける重ね合わせ精度の誤差によっても、電気ヒューズ部１２７０および１３７０の底面は、それぞれ、下層配線層１２８０および１３８０からはみ出してしまう。しかしながら、本実施の形態の電気ヒューズ部１２７０および１３７０の下層配線層１２８０および１３８０からのそれぞれのずれ量は、図２４に示されるように、電気ヒューズ部１２７０および１３７０と同一工程において同一層に設けられた他のビア１４２０の中心線Ｃ４またはＣ５と他の下層配線層１４５０の中心線Ｃ１またはＣ２とのずれ量とは明らかに異なっている。

本実施の形態においては、他のビア１４２０の中心線Ｃ４またはＣ５と他の下層配線層１４５０の中心線Ｃ１またはＣ２とのずれ量Ａがゼロである場合には、電気ヒューズ部１２７０および１３７０の中心線Ｃ６の下層配線層１２８０および１３８０の中心線Ｃ３からのそれぞれのずれ量ΔＸは、下層配線層１２８０および１３８０のそれぞれの幅Ｗの１／３よりも大きい。これによれば、ビア１２７０および１３７０において確実に切断を発生させることができる。

なお、図２４に示されるように、他のビア１４２０の中心線Ｃ４またはＣ５と他の下層配線層１４５０の中心線Ｃ１またはＣ２とのずれ量がＡである場合には、前述のずれ量ΔＸが（ずれ量Ａ＋下層配線層１４５０の幅Ｗの１／３）よりも大きい。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

実施の形態１の電気ヒューズ部の配置図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 実施の形態１の変形例の電気ヒューズ部の断面図である。 実施の形態２の電気ヒューズ部の配置図である。 図５におけるＶＩ−ＶＩ線断面図である。 図５におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 実施の形態２の変形例の電気ヒューズ部の断面図である。 実施の形態３の電気ヒューズ部の単位構造の上面図である。 図９におけるＸ−Ｘ線断面図である。 実施の形態３の変形例の電気ヒューズ部の単位構造の上面図である。 図１１におけるＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である。 実施の形態３の電気ヒューズ部の配置図である。 図１３におけるＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図である。 図１３におけるＸＶ−ＸＶ線断面図である。 実施の形態４の電気ヒューズ部の上面図である。 図１６におけるＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線断面図である。 図１６におけるＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線断面図である。 実施の形態４の電気ヒューズ部の斜視図である。 実施の形態４の変形例の電気ヒューズ部の斜視図である。 実施の形態５の電気ヒューズ部の配置図である。 図２１におけるＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線断面図である。 図２１におけるＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線断面図である。 実施の形態５の電気ヒューズ部の下層配線層に対するずれ量と他のビアの他の下層配線層に対するずれ量との関係を説明するための図である。

符号の説明

１０ｆ，２０ｆ，１０ｇ，１０ｈ，３０ｆ，４０ｆ 突出部、１０ａ，２０ａ,３０ａ,４０ａ，１０７０，１１７０，１２７０，１３７０ 電気ヒューズ部。

Claims (12)

1. 第１電気ヒューズを備える半導体装置において、
   前記第１電気ヒューズは、
   第１方向に延在する第１ヒューズ部と、
   前記第１方向において、前記第１ヒューズ部の一方端に接続する第１導電部と、
   前記第１方向において、前記第１ヒューズ部の他方端に接続する第２導電部と、を有し、
   前記第１導電部には、複数の第１ビアが接続され、
   前記第２導電部には、複数の第２ビアが接続され、
   前記第１ヒューズ部には、第１突出部が接続され、
   前記第１突出部は、前記複数の第２ビアよりも前記複数の第１ビアに近い方に接続され、
   前記第１突出部は、前記第１ヒューズ部の下側に形成され、
   前記第１突出部の下面は、配線層とは接続しておらず、
   前記第１突出部は、前記第１ヒューズ部と同層の導電膜で形成されていることを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記複数の第１ビアは、前記第１導電部の下側に形成され、
   前記複数の第２ビアは、前記第２導電部の下側に形成され、
   前記複数の第１ビアの下面は、第１配線層に接続されており、
   前記複数の第２ビアの下面は、前記第１配線層と同層の導電膜で形成された第２配線層に接続されていることを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記半導体装置は、第２電気ヒューズをさらに有し、
   前記第２電気ヒューズは、
   前記第１方向に延在する第２ヒューズ部と、
   前記第１方向において、前記第２ヒューズ部の一方端に接続する第３導電部と、
   前記第１方向において、前記第２ヒューズ部の他方端に接続する第４導電部と、
   を有し、
   前記第３導電部には、複数の第３ビアが接続され、
   前記第４導電部には、複数の第４ビアが接続され、
   前記第２ヒューズ部には、第２突出部が接続され、
   前記第２突出部は、前記複数の第３ビアよりも前記複数の第４ビアに近い方に接続され、
   前記第１電気ヒューズ及び前記第２電気ヒューズを単位構造として、前記単位構造が前記第１方向に直行する第２方向に繰り返し形成されており、
   繰り返し形成された前記第１電気ヒューズ及び前記第２電気ヒューズにおいて、前記第１突出部と前記第２突出部は、平面的に見てジグザグ状に配置されていることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記半導体装置は、第２電気ヒューズをさらに有し、
   前記第２電気ヒューズは、
   前記第１方向に延在する第２ヒューズ部と、
   前記第１方向において、前記第２ヒューズ部の一方端に接続する第３導電部と、
   前記第１方向において、前記第２ヒューズ部の他方端に接続する第４導電部と、
   を有し、
   前記第３導電部には、複数の第３ビアが接続され、
   前記第４導電部には、複数の第４ビアが接続され、
   前記第２ヒューズ部には、第２突出部が接続され、
   前記第２突出部は、前記複数の第３ビアよりも前記複数の第４ビアに近い方に接続され、
   前記第１電気ヒューズ及び前記第２電気ヒューズは、前記第１方向と直行する第２方向に並んで形成され、
   平面的に見て、前記第１導電部と前記第３導電部とが隣接し、前記第２導電部と前記第４導電部とが隣接し、
   前記第１突出部と前記第２突出部は、平面的に見て前記第１方向においてずれて配置されていることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項２に記載の半導体装置において、
   前記第１ヒューズ部の上側に、第３突出部が接続され、
   前記第３突出部は、前記複数の第２ビアよりも前記複数の第１ビアに近い方に接続されていることを特徴とする半導体装置。
6. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記第１電気ヒューズが切断される位置は、前記複数の第１ビアよりも前記複数の第２ビアに近い方であることを特徴とする半導体装置。
7. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記第１ヒューズ部、前記第１導電部、前記第２導電部、前記複数の第１ビア、及び、前記複数の第２ビアは、同じ導電膜からなることを特徴とする半導体装置。
8. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記第１突出部の前記第１方向の長さは、前記複数の第１ビア及び前記複数の第２ビアの第１方向の長さよりも長いことを特徴とする半導体装置。
9. 第１のヒューズユニットを備える半導体装置において、
   前記第１のヒューズユニットは、
   第１の一方端および第１の他方端を有する第１の直線状の電気ヒューズ部と、
   前記第１の電気ヒューズ部の前記第１の一方端の近傍の位置に接続された１または２以上のビアを有する第１のビア部と、
   前記第１のビア部よりも大きな抵抗値を有し、前記第１の直線状の電気ヒューズ部の前記第１の他方端の近傍の位置に接続された１または２以上のビアを有する第２のビア部と、
   前記第１の直線状の電気ヒューズ部に接続された第１の突出部と、
   を含み、
   前記第１の突出部は、前記第２のビア部よりも前記第１のビア部に近いほうに接続され、
   前記第１の突出部は、前記第１の直線状の電気ヒューズ部の下側に形成され、
   前記第１の突出部の下面は、配線層とは接続されておらず、
   前記第１の突出部は、前記第１の直線状の電気ヒューズ部と同層の導電膜で形成されていることを特徴とする半導体装置。
10. 請求項９に記載の半導体装置において、
    前記半導体装置は、第２のヒューズユニットをさらに有し、
    前記第２のヒューズユニットは、
    前記第１の一方端および前記第１の他方端に対応する前記第２の一方端および前記第２の他方端を有し、前記第１の直線状の電極ヒューズ部に対して平行に延びる第２の直線状の電気ヒューズ部と、
    前記第２の直線状の電気ヒューズ部の前記第２の一方端の近傍の位置に接続された１または２以上のビアを有する第３のビア部と、
    前記第３のビア部よりも小さな抵抗値を有し、前記第２の直線状の電気ヒューズ部の前記第２の他方端の近傍の位置に接続された１または２以上のビアを有する第４のビア部と、
    前記第２の直線状の電気ヒューズ部に接続された第２の突出部と、
    を含み、
    前記第２の突出部は、前記第３のビア部よりも前記第４のビア部に近いほうに接続されており、
    前記第１のヒューズユニットと前記第２のヒューズユニットとが交互に繰り返されて形成されていることを特徴とする半導体装置。
11. 請求項１０に記載の半導体装置において、
    前記第１のヒューズユニットは、
    前記第１のビア部に接続された第１の配線層と、
    前記第２のビア部に接続された第２の配線層とを含み、
    前記第２のヒューズユニットは、
    前記第３のビア部に接続された第３の配線層と、
    前記第４のビア部に接続された第４の配線層とを含み、
    前記第１の配線層の前記第１のビア部の近傍の抵抗値が前記第２配線層の前記第２のビア部の近傍の抵抗値より小さく、かつ、
    前記第３の配線層の前記第３のビア部の近傍の抵抗値が前記第４の配線層の前記第４のビア部の近傍の抵抗値より大きいことを特徴とする半導体装置。
12. 請求項９に記載の半導体装置において、
    前記第１のヒューズユニットが切断される位置は、前記第１のビア部よりも前記第２のビア部に近い方であることを特徴とする半導体装置。

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