半導体装置
【課題】信頼性の高い半導体装置を提供すること。
【解決手段】半導体装置１は、半導体基板（図示略）と、半導体基板上に設けられた第一の電気ヒューズ１２と、第二の電気ヒューズ１３とを備える。第一の電気ヒューズ１２は、異なる配線層に形成された第一の上層配線１２１および第一の下層配線１２２と、第一の上層配線１２１および第一の下層配線１２２を接続するビア１２３とを有する。第二の電気ヒューズ１３は、異なる配線層に形成された第二の上層配線１３１および第二の下層配線１３２と、第二の上層配線１３１および第二の下層配線１３２を接続するビア１３３とを有する。半導体装置１は、第一の電気ヒューズ１２の前記第一の上層配線１２１と、第二の電気ヒューズ１３の第二の下層配線１３２とを接続する接続部１４を有する。この接続部１４は、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３を直列に接続する。
【解決手段】半導体装置１は、半導体基板（図示略）と、半導体基板上に設けられた第一の電気ヒューズ１２と、第二の電気ヒューズ１３とを備える。第一の電気ヒューズ１２は、異なる配線層に形成された第一の上層配線１２１および第一の下層配線１２２と、第一の上層配線１２１および第一の下層配線１２２を接続するビア１２３とを有する。第二の電気ヒューズ１３は、異なる配線層に形成された第二の上層配線１３１および第二の下層配線１３２と、第二の上層配線１３１および第二の下層配線１３２を接続するビア１３３とを有する。半導体装置１は、第一の電気ヒューズ１２の前記第一の上層配線１２１と、第二の電気ヒューズ１３の第二の下層配線１３２とを接続する接続部１４を有する。この接続部１４は、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３を直列に接続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気ヒューズが設けられた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置にヒューズを搭載し、ヒューズを切断して抵抗値を調整したり、不良素子を切り離して正常素子に置き換える等の処理を行うことが知られている。
このような処理を行い、信頼性の高い半導体装置を提供するためには、ヒューズを確実に切断する必要がある。そこで、特許文献１に開示されたようなヒューズが提案されている。
この特許文献１には、図５に示すように、電流流入端子９０２と、電流流出端子９０１と、一対のビア溶断部９０３，９０４と、電極パッド９０５とを有するヒューズが開示されている。
このヒューズでは、電流流入端子９０２および電流流出端子９０１間に電流を流すと、一対のビア溶断部９０３，９０４のいずれかが溶断するとされている。
このように、一対のビア溶断部９０３，９０４を設け、電流を流した際に溶断されるであろう領域を２つ形成することで、確実にヒューズを切断でき、半導体装置の信頼性が向上できると考えられている。
なお、図５中、符号９０６は半導体基板、９０７、９０８は層間絶縁膜である。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５７１８６号公報
【特許文献２】特開２００６−２５３２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では以下のような課題がある。
電流流入端子９０２および電流流出端子９０１間に電流を流すと、一対のビア溶断部９０３，９０４には、ビアの上下方向に関してそれぞれ異なる方向から電子が流入する。このように電子の流入方向が異なる場合には、一方のビア溶断部９０３が切断された場合と、他方のビア溶断部９０４が切断された場合とで、ビア溶断部９０３，９０４の切断状態が異なることとなるので、切断後の抵抗値にばらつきが生じることがある。
【０００５】
たとえば、エレクトロマイグレーションにより、ビア溶断部９０３，９０４が切断される場合、図６（Ａ）に示すように、一方のビア溶断部９０４側が切断される場合には、電極パッド９０５のビア溶断部９０４近傍にボイドＢが形成されることとなる。これは、電子の移動（図中矢印で示されている）に伴い、電極パッド９０５を構成する導体がビア溶断部９０４側に移動しようとするが、電極パッド９０５がバリアメタル（図示略）により被覆されているため、電極パッド９０５自身は切断されず、ビア溶断部９０４を構成する導体が押され、ボイドＢが形成することとなるのである。
【０００６】
他方のビア溶断部９０３側が切断される場合には、図６（Ｂ）に示すように、電極パッド９０５近傍のビア溶断部９０３部分にボイドＢが形成される。
このように、一方のビア溶断部９０４側が切断された場合と、他方のビア溶断部９０３側が切断された場合とで、ビア溶断部９０３，９０４の切断状態が異なることとなり、さらには、切断のされやすさも異なるため、切断後の抵抗値にばらつきが生じることがある。
なお、電子の流れ方向によって、切断後の抵抗値にばらつきが生じるのは、エレクトロマイグレーションによりビアを溶断する場合に限らず、いわゆる「クラックアシスト方式」によりビアを切断する場合も同様であると考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、基板と、前記基板上に設けられた第一の電気ヒューズと、第二の電気ヒューズとを備え、前記第一の電気ヒューズは、異なる配線層に形成された第一の上層配線および第一の下層配線と、前記第一の上層配線および第一の下層配線を接続するビアとを有し、前記第二の電気ヒューズは、異なる配線層に形成された第二の上層配線および第二の下層配線と、前記第二の上層配線および第二の下層配線を接続するビアとを有し、前記第一の電気ヒューズの前記第一の上層配線と、前記第二の電気ヒューズの前記第二の下層配線とを接続する接続部を有し、前記第一の電気ヒューズおよび第二の電気ヒューズは、前記接続部を介して直列接続される半導体装置が提供される。
【０００８】
ここで、第一の電気ヒューズおよび第二の電気ヒューズを接続する接続部は、ヒューズとして機能しないものであり、ヒューズ切断の際に、切断されない部分である。
【０００９】
この発明によれば、接続部により、第一の電気ヒューズおよび第二の電気ヒューズを直列に接続しているため、第一の電気ヒューズおよび第二の電気ヒューズを流れる電子の方向を同一方向とすることができる。
前述したように、第一の電気ヒューズおよび第二の電気ヒューズを流れる電子の方向が異なる方向である場合には、電子の流れの影響により、第一の電気ヒューズの切断状態と、第二の電気ヒューズの切断状態とが異なり、切断後の抵抗値にばらつきが生じることがある。
これに対し、本発明では、第一の電気ヒューズおよび第二の電気ヒューズを流れる電子の方向を同一方向としているため、第一の電気ヒューズの切断状態と、第二の電気ヒューズの切断状態とを同様の状態とするとともに、第一の電気ヒューズの切断されやすさ、第二の電気ヒューズの切断されやすさを略同一の状態とすることができる。
これにより、第一の電気ヒューズが切断された状態における抵抗値、第二の電気ヒューズが切断された状態における抵抗値のばらつきの発生を抑制することができる。これにより、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００１０】
なお、本発明では、第一の電気ヒューズおよび第二の電気ヒューズのいずれか一方のみが、切断されてもよく、また、第一の電気ヒューズおよび第二の電気ヒューズの両方が切断されてもよい。このように、電気ヒューズを２つ設けることで、少なくともいずれか一方を切断することができ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、信頼性の高い半導体装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１３】
（第一実施形態）
図１に本実施形態の半導体装置１の断面図を示す。
本実施形態の半導体装置１は、基板（たとえば、半導体基板）（図示略）と、半導体基板上に設けられた第一の電気ヒューズ１２と、第二の電気ヒューズ１３とを備える。
第一の電気ヒューズ１２は、異なる配線層に形成された第一の上層配線１２１および第一の下層配線１２２と、第一の上層配線１２１および第一の下層配線１２２を接続するビア１２３とを有する。
第二の電気ヒューズ１３は、異なる配線層に形成された第二の上層配線１３１および第二の下層配線１３２と、第二の上層配線１３１および第二の下層配線１３２を接続するビア１３３とを有する。
さらに、本実施形態の半導体装置１は、第一の電気ヒューズ１２の第一の上層配線１２１と、第二の電気ヒューズ１３の第二の下層配線１３２とを接続する接続部１４を有する。
この接続部１４は、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３を直列に接続する。
【００１４】
以下に、本実施形態の半導体装置１について詳細に説明する。
半導体装置１は、上述した第一の電気ヒューズ１２，第二の電気ヒューズ１３、接続部１４に加えて、半導体基板上に以下の順で形成された第一のエッチング阻止膜１５、第一の層間絶縁膜１６、第一の保護膜１７、第二のエッチング阻止膜１８、第二の層間絶縁膜１９、第三のエッチング阻止膜２１、第三の層間絶縁膜２２、第二の保護膜２３、第四のエッチング阻止膜２４を有する。
【００１５】
第一の層間絶縁膜１６および第三の層間絶縁膜２２は、ＳｉＯＣ等の低誘電率膜により構成することができる。低誘電率膜としては、ＳｉＯＣの他に、ＨＳＱ（ハイドロジェンシルセスキオキサン）、ＭＳＱ（メチルシルセスキオキサン）、またはＭＨＳＱ（メチル化ハイドロジェンシルセスキオキサン）等のポリハイドロジェンシロキサン、ポリアリールエーテル（ＰＡＥ）、ジビニルシロキサンービスーベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、またはＳｉｌｋ（登録商標）等の芳香族含有有機材料、ＳＯＧ、ＦＯＸ(ｆｌｏｗａｂｌｅ ｏｘｉｄｅ)、サイトップ、またはＢＣＢ（Ｂｅｎｓｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）等を用いることもできる。また、低誘電率膜としては、これらのポーラス膜を用いることもできる。第一の層間絶縁膜１６および第三の層間絶縁膜２２は、同じ材料により構成しても、異なる材料により構成してもいずれでもよい。
【００１６】
また、第二の層間絶縁膜１９は、第一の層間絶縁膜１６および第三の層間絶縁膜２２について上述したものと同様の材料により構成することができる。ただし、第二の層間絶縁膜１９は、第一の層間絶縁膜１６および第三の層間絶縁膜２２との関係において、第一の層間絶縁膜１６および第三の層間絶縁膜２２よりもかたい材料により構成することが好ましい。たとえば、第二の層間絶縁膜１９は、第一の層間絶縁膜１６および第三の層間絶縁膜２２よりもヤング率の高い材料により構成することができる。詳しくは後述するが、このような構成とすることにより、配線部分に流出部２０（図２参照）を形成しやすくすることができる。
【００１７】
なお、このような構成に限られず、第二の層間絶縁膜１９は、第一の層間絶縁膜１６や第三の層間絶縁膜２２と同じ材料により構成してもよい。
【００１８】
第二のエッチング阻止膜１８および第四のエッチング阻止膜２４は、ビアホールや配線溝を形成する際のエッチング阻止膜として機能するとともに、下層配線１２２，１３２や上層配線１２１，１３１を構成する銅の拡散を防止する機能を有する。また、本実施形態において、電気ヒューズ１２，１３の被覆膜としても機能する。
第二のエッチング阻止膜１８および第四のエッチング阻止膜２４は、第一の層間絶縁膜１６や第三の層間絶縁膜２２よりもかたい材料により構成することができる。第二のエッチング阻止膜１８および第四のエッチング阻止膜２４は、第一の層間絶縁膜１６や第三の層間絶縁膜２２よりもヤング率の高い材料により構成することができる。第二のエッチング阻止膜１８および第四のエッチング阻止膜２４は、たとえば、ＳｉＣＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＦまたはＳｉＯＮ等により構成することができる。
【００１９】
第一の保護膜１７および第二の保護膜２３は、下層配線１２２，１３２および上層配線１２１，１３１をそれぞれＣＭＰにより研磨する際に、第一の層間絶縁膜１６および第三の層間絶縁膜２２を保護する機能を有する。第一の保護膜１７および第二の保護膜２３は、たとえば、ＳｉＯ２膜により構成することができる。
【００２０】
第一のエッチング阻止膜１５および第三のエッチング阻止膜２１は、第二のエッチング阻止膜１８および第四のエッチング阻止膜２４と同様の材料により構成することができる。また、ここでは図示していないが、第一のエッチング阻止膜１５および第三のエッチング阻止膜２１は、第二のエッチング阻止膜１８および第四のエッチング阻止膜２４と同様の材料により構成された第一の絶縁膜と、その上に形成され第一の保護膜１７および第二の保護膜２３と同様の材料に構成された第二の絶縁膜との積層膜とすることもできる。
【００２１】
第一の電気ヒューズ１２の第一の下層配線１２２は、以上のような第一のエッチング阻止膜１５、第一の層間絶縁膜１６、第一の保護膜１７内にまたがって形成されている。
また、第一の上層配線１２１は、第三のエッチング阻止膜２１、第三の層間絶縁膜２２、第二の保護膜２３内にまたがって形成されている。
ビア１２３は、第二のエッチング阻止膜１８、第二の層間絶縁膜１９、第三のエッチング阻止膜２１を貫通するように設けられており、第一の下層配線１２２の端部と、第一の上層配線１２１の端部とを接続している。
【００２２】
第二の電気ヒューズ１３の第二の下層配線１３２は、第一の電気ヒューズ１２の第一の下層配線１２２と同じ配線層に配置されており、具体的には、第一のエッチング阻止膜１５、第一の層間絶縁膜１６、第一の保護膜１７内にまたがって形成されている。
第二の電気ヒューズ１３の第二の上層配線１３１も、第一の電気ヒューズ１２の第一の上層配線１２１と同じ配線層に配置されており、第三のエッチング阻止膜２１、第三の層間絶縁膜２２、第二の保護膜２３内にまたがって形成されている。
ビア１３３は、ビア１２３と同じく、第二のエッチング阻止膜１８、第二の層間絶縁膜１９、第三のエッチング阻止膜２１を貫通するように設けられており、第二の下層配線１３２の端部と、第二の上層配線１３１の端部とを接続している。
また、ビア１３３の径は、ビア１２３の径と等しい。
【００２３】
接続部１４は、第一の電気ヒューズ１２の第一の上層配線１２１と、第二の電気ヒューズ１３の第二の下層配線１３２とを接続するものであり、ビア１２３，１３３と同様に、第二のエッチング阻止膜１８、第二の層間絶縁膜１９、第三のエッチング阻止膜２１を貫通するように設けられている。本実施形態では、接続部１４は、ビアである。
この接続部１４は、第一の電気ヒューズ１２の第一の上層配線１２１の端部と、前記第二の電気ヒューズ１３の前記第二の下層配線１３２の端部とを接続する。
本実施形態では接続部１４は複数、たとえば２つ設けられている。各接続部１４の大きさ形状は、ビア１２３，１３３と同じである。すなわち、各接続部１４の電流の流れに直交する方向の断面積は、ビア１２３，１３３の電流の流れに直交する方向の断面積と同じである。
なお、第一のエッチング阻止膜１５や第三のエッチング阻止膜２１はプロセスの工夫により、省略することができる。また、第一の層間絶縁膜１６や、第二の層間絶縁膜１９や、第三の層間絶縁膜２２は、それぞれ、前述した低誘電率膜に限らず、たとえば、ＳｉＯ２膜や、Ｆがドープされた低誘電率のＳｉＯ２膜により構成することができる。
【００２４】
以上のような第一の電気ヒューズ１２、第二の電気ヒューズ１３、接続部１４は、例えば、銅を主成分として含む銅含有金属膜により構成することができる。銅含有金属膜は、銀を含むことができる。さらに、銅含有金属膜は、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、または、Ｓｎから選択される一又は二以上の異種元素を含む構成とすることもできる。銅含有金属膜は、たとえばめっき法により形成することができる。また、銅含有金属膜の表面は、たとえばシリサイド膜が形成された構成とすることもできる。
【００２５】
また、第一の上層配線１２１、第一の下層配線１２２、第二の上層配線１３１、第二の下層配線１３２、ビア１２３，１３３，接続部１４の側面および底面には、それぞれ、これらに接してこれらを覆うように設けられたバリアメタル膜Ｍが形成されている。バリアメタル膜は、高融点金属を含む構成、たとえば、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ等により構成することができる。
【００２６】
以上のような構造の第一の電気ヒューズ１２、第二の電気ヒューズ１３、接続部１４は通常の多層配線構造と同工程、すなわち、シングルダマシン法で形成することができる。これにより、特別な工程を追加することなく、第一の電気ヒューズ１２、第二の電気ヒューズ１３、接続部１４を形成することができる。
具体的には、まず、半導体基板上に第一のエッチング阻止膜１５、第一の層間絶縁膜１６、第一の保護膜１７を形成する。
次に、第一の下層配線１２２、第二の下層配線１３２用の溝を形成する。次に、前記溝内および第一の保護膜１７上バリアメタル膜Ｍを形成し、さらに、第一の下層配線１２２，第二の下層配線１３２を構成する導体膜を形成する。
その後、バリアメタル膜および導体膜をＣＭＰにより除去することで、第一の下層配線１２２，第二の下層配線１３２が形成されることとなる。
次に、第二のエッチング阻止膜１８、第二の層間絶縁膜１９、第三のエッチング阻止膜２１を形成し、ビア１２３，１３３および接続部１４用のホールを形成する。
次に、前記ホール内および第三のエッチング阻止膜２１上バリアメタル膜を形成し、さらに、ビア１２３，１３３および接続部１４を構成する導体膜を形成する。
その後、バリアメタル膜Ｍおよび導体膜をＣＭＰにより除去することで、ビア１２３，１３３および接続部１４が形成される。
さらに、第三の層間絶縁膜２２、第二の保護膜２３を形成し、第一の上層配線１２１および第二の上層配線１３１用の溝を形成する。
次に、前記溝内および第二の保護膜２３上バリアメタル膜Ｍを形成し、さらに、第一の上層配線１２１および第二の上層配線１３１を構成する導体膜を形成する。
その後、バリアメタル膜Ｍおよび導体膜をＣＭＰにより除去することで、第一の上層配線１２１，第二の上層配線１３１が形成されることとなる。
【００２７】
次に、第一の電気ヒューズ１２、第二の電気ヒューズ１３の切断方法について説明する。
第一の電気ヒューズ１２の第一の下層配線１２２に接続された端子（図示略）と、第二の電気ヒューズ１３に接続された第二の上層配線１３１に接続された端子（図示略）との間に電圧を印加する。
これにより、たとえば第一の下層配線１２２からビア１２３、第一の上層配線１２１、接続部１４、第二の下層配線１３２、ビア１３３、第二の上層配線１３１の順に電流が流れる。なお、電子は、電流と逆方向に流れる。
【００２８】
このとき、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３は接続部１４により直列接続されているため、それぞれ下層配線から上層配線に向かって電流が流れ、電流の流れの方向が同じとなる。
ここで、端子間に所定の電流値を超える電流を流すと、第一の電気ヒューズ１２の第一の下層配線１２２、ビア１２３，第二の上層配線１２１、および第二の電気ヒューズ１３の第二の下層配線１３２、ビア１３３、第二の上層配線１３１が加熱され、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３が膨張する。
そして、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３を構成するバリアメタル膜Ｍや、周囲の絶縁膜にクラックが発生する。
【００２９】
具体的には、本実施形態では、図２に示すように、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３のうち、少なくともいずれか一方の電気ヒューズの、体積が大きい部分、たとえば、上層配線を構成する導電体が膨張することにより、柔らかい膜である第三の層間絶縁膜２２の方向に膨張する。導電体の膨張に伴い、バリアメタル膜Ｍ等にクラックが生じ、上層配線１２１（１３１）を構成する導電体がクラックから第三の層間絶縁膜２２中に流出する。つまり、上層配線１２１（１３１）を構成する導電体が、配線溝外部に流出する。これにより流出部２０が形成され、電気ヒューズ１２（１３）を構成する導体の密度が低下する。
さらに、導電体が流出部２０の方向に急激に移動するため、導電体の移動が追いつかなかった箇所で導電体が切断される。本実施の形態において、ビア１２３（１３３）で導電体が切断され、空隙部１０が形成される。このようなメカニズムにより、流出部２０からある程度離れた箇所に大きな空隙部１０が形成される。
【００３０】
このとき、接続部１４にも所定の電流が流れるが、本実施形態では、接続部１４は複数設けられているため、各接続部１４に流れる電流の量は、第一の電気ヒューズ１２、第二の電気ヒューズ１３に比べ、少なくなる。そのため、接続部１４は加熱されにくく、接続部１４が切断されてしまうことはない。
【００３１】
なお、上層配線１２１（１３１）が加熱されて膨張すると、第四のエッチング阻止膜２４が上層配線１２１（１３１）や第二の保護膜２３から剥離して、これらの間に隙間が生じることもある。この場合、隙間部分に上層配線１２１（１３１）を構成する導電体が流れ込み、流出部が形成される。この場合でも、導電体が流出部の方向に移動することにより、ビア１２３（１３３）に切断箇所が形成される。
【００３２】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態では、接続部１４により、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３を直列に接続しているため、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３を流れる電子の方向を同一方向とすることができる。
第一の電気ヒューズおよび第二の電気ヒューズを流れる電子の方向が異なる方向である場合には、電子の流れの影響により、第一の電気ヒューズの切断状態と、第二の電気ヒューズの切断状態とが異なり、切断後の抵抗値にばらつきが生じることがある。
これに対し、本実施形態では、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３を流れる電子の方向を同一方向としているため、第一の電気ヒューズ１２の切断状態と、第二の電気ヒューズ１３の切断状態とを同様の状態とするとともに、第一の電気ヒューズ１２の切断されやすさ、第二の電気ヒューズ１３の切断されやすさを略同一の状態とすることができる。
これにより、第一の電気ヒューズ１２が切断された状態における抵抗値、第二の電気ヒューズ１３が切断された状態における抵抗値のばらつきの発生を抑制することができる。これにより、信頼性の高い半導体装置１を提供することができる。
なお、背景技術の項では、エレクトロマイグレーションにより、電気ヒューズが切断される例を示したが、本実施形態のように、クラックアシスト方式により、電気ヒューズが切断される場合においても、電子の流れ方向によって、切断後の抵抗値にばらつきが生じると考えられる。従って、本実施形態のように、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３を流れる電子の方向を同一方向とすることは、クラックアシストにより、電気ヒューズが切断される場合においても有用である。
【００３３】
また、本実施形態では、接続部１４を複数設けている。これにより、各接続部１４に流れる電流の量を低減させることができる。各接続部１４の径は、第一の電気ヒューズ１２のビア１２３および第二の電気ヒューズ１３のビア１３３の径と等しいが、接続部１４を複数設けることで、接続部１４に流れる電流量は、ビア１２３，１３３よりも少なくなる。これにより、接続部１４が加熱されにくくなり、接続部１４が切断されてしまったり、接続部１４と、第一の上層配線１２１、第二の下層配線１３２との間に空隙部が形成されてしまったりすることを防止できる。
【００３４】
従来の電気ヒューズでは、一対の電気ヒューズの電子の流れ方向が異なるため、各電気ヒューズの切断のされやすさに大きな差が生じることがある。この場合には、いずれか一方の電気ヒューズのみが切断されやすくなるため、切断されやすい一方のみを確実に切断しなければならず、電気ヒューズを複数用意しても、切断対象となる電気ヒューズは一方のみとなる。
これに対し、本実施形態では、一対の電気ヒューズ１２，１３の電子の流れを同一方向としているため、電気ヒューズ１２，１３の切断されやすさに大きな差がでない。従って、一対の電気ヒューズ１２，１３のうち、少なくともいずれか一方を切断すればよい。
このように本実施形態では、同程度の切断されやすさを有する電気ヒューズ１２，１３の候補を複数用意することができるので、電気ヒューズ１２，１３をより確実に切断することが可能となり、半導体装置１の信頼性を高めることができる。
【００３５】
また、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３の両方が切断された場合には、半導体装置１の加熱処理等に伴い、いずれか一方で再接続が起こったとしても、他方が再接続されない場合があるので、半導体装置１の信頼性をより高めることができる。
【００３６】
さらに、本実施形態では、ビア１２３と第一の下層配線１２２、ビア１３３と第二の下層配線１３２との間にバリアメタル膜Ｍが設けられているため、バリアメタル膜Ｍが下層配線１２２，１３２から剥離しやすく、バリアメタル膜Ｍと下層配線１２２，１３２との間に空隙部１０が形成されやすくなる。
【００３７】
また、本実施形態では、空隙部１０と、流出部２０とが異なる領域に形成されるため、電気ヒューズ１２，１３の再接続を確実に防ぐことができる。
【００３８】
さらに、本実施形態では、第一の電気ヒューズ１２のビア１２３は、第一の下層配線１２２の端部と、第一の上層配線１２１の端部とを接続している。
同様に、第二の電気ヒューズ１３のビア１３３は、第二の下層配線１３２の端部と、第二の上層配線１３１の端部とを接続している。
このようにビア１２３、１３３が上層配線１２１，１３１の端部に接続されることで、上層配線１２１，１３１の端部側へビア１２３，１３３を構成する導体がながれやすくなり、流出部２０が柔らかい膜である第三の層間絶縁膜２２に形成されやすくなる。
【００３９】
また、本実施形態では、接続部１４をビアで構成しており、基板面側からみて、第一の電気ヒューズ１２の上層配線１２１の端部と、第二の電気ヒューズ１３の下層配線１３２の端部とが重なりあうように配置されている。このようにすることで、基板面上において、電気ヒューズ１２，１３が占める面積を小さくすることができる。
【００４０】
（第二実施形態）
図３を参照して、本実施形態の半導体装置２について説明する。
前記実施形態では、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３は、同じ配線層に形成されていた。
これに対し、本実施形態では、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３は、異なる配線層に形成されている。
さらに、前記実施形態では、接続部１４は、ビアであったが、本実施形態では、第一の電気ヒューズ１２の第一の上層配線１２１と、第二の電気ヒューズ１３の第二の下層配線１３２とを接続する配線３４であり、第一の上層配線１２１および第二の下層配線１３２と同一の配線層に形成されている。
他の点については、前記実施形態と同じである。
以下に、本実施形態の半導体装置２について詳細に説明する。
本実施形態では、半導体装置２は、第四のエッチング阻止膜２４上に形成された第四の層間絶縁膜２５、第五のエッチング阻止膜２６、第五の層間絶縁膜２７、第三の保護膜２８、第六のエッチング阻止膜２９を有する。
第四の層間絶縁膜２５は、第二の層間絶縁膜１９と同様の材料で構成することができる。
また、第五のエッチング阻止膜２６は、第三のエッチング阻止膜２１と同様の材料、第五の層間絶縁膜２７は、第三の層間絶縁膜２２と同様の材料、第三の保護膜２８は、第二の保護膜２３と同様の材料、第六のエッチング阻止膜２９は、第四のエッチング阻止膜２４と同様の材料で構成することができる。
接続部３４は、第一の上層配線１２１と、第二の下層配線１３２とを接続するものであり、第一の上層配線１２１および第二の下層配線１３２と同様の材料で構成されている。また、第一の上層配線１２１および第二の下層配線１３２と同じ厚みおよび幅寸法である。
すなわち、本実施形態では、第一の上層配線１２１と、第二の下層配線１３２と、接続部３４とは共通の配線で構成されている。
なお、接続部１４の幅寸法を第一の上層配線１２１および第二の下層配線１３２の幅寸法よりも太くしてもよい。
【００４１】
このような本実施形態によれば、第一実施形態と同様の効果を奏することができる。
なお、図３においては、発明を理解しやすいように、第一の上層配線１２１と、接続部３４と、第二の下層配線１３２とを区画して記載している。
【００４２】
本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
たとえば、第一実施形態では、接続部１４を複数設けたが、これに限らず、接続部の径を、ビア１２３，１３３よりも太くし、ビア１２３，１３３の電流の流れ方向に直交する断面積よりも、接続部における電流の流れ方向に直交する断面積が大きいものとしてもよい。
このようにすることで、接続部が切断されてしまうことを確実に防止できる。
【００４３】
さらには、接続部を構成する材料をビア１２３，１３３を構成する材料に比べ抵抗値の低いものとしてもよい。このようにすれば、接続部に電流を流した際に、接続部が加熱されにくくなり、接続部の切断を防止することができる。
【００４４】
また、図４に示すような、接続部４４を形成してもよい。図４は、電気ヒューズを基板面側からみた平面図である。具体的には、第一の電気ヒューズ１２の上層配線１２１の端部および第二の電気ヒューズ１３の下層配線１３２の端部に、上層配線１２１および下層配線１３２よりも面積の広いパット部１２４，１３４を形成する。
そして、このパット部間を複数のビア１４で接続してもよい。このようにすることで、接続部の放熱性を高めることができ、ビア１４の切断を確実に防止することができる。
【００４５】
さらに、前記各実施形態では、第一の電気ヒューズ１２、第二の電気ヒューズ１３、接続部１４，３４は、シングルダマシン法により形成されていたが、これに限らず、デュアルダマシン法により形成されたものであってもよい。
【００４６】
前記各実施形態では、電気ヒューズ１２，１３を２つ直接に接続していたが、これに限らず、３つ以上の電気ヒューズを直列に接続してもよい。
また、前記各実施形態では、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３は、クラックアシスト方式により切断されるものであるとしたが、これに限らず、エレクトロンマイグレーション方式により切断されるものであるとしてもよい。
クラックアシスト方式により切断されるヒューズであるか、エレクトロンマイグレーション方式より切断されるヒューズであるかは、電気ヒューズの材料の選択、電気ヒューズへの電流・電圧の印加方法、さらには、層間絶縁膜等の材料により決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる半導体装置を示す断面図である。
【図２】電気ヒューズが切断される様子を示す断面図である。
【図３】本発明の第二実施形態にかかる半導体装置を示す断面図である。
【図４】本発明の変形例にかかる半導体装置の一部を示す平面図である。
【図５】従来の半導体装置を示す断面図である。
【図６】従来の半導体装置における電気ヒューズの切断状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ 半導体装置
２ 半導体装置
１０ 空隙部
１２ 第一の電気ヒューズ
１３ 第二の電気ヒューズ
１４ 接続部
１５ 第一のエッチング阻止膜
１６ 第一の層間絶縁膜
１７ 第一の保護膜
１８ 第二のエッチング阻止膜
１９ 第二の層間絶縁膜
２０ 流出部
２１ 第三のエッチング阻止膜
２２ 第三の層間絶縁膜
２３ 第二の保護膜
２４ 第四のエッチング阻止膜
２５ 第四の層間絶縁膜
２６ 第五のエッチング阻止膜
２７ 第五の層間絶縁膜
２８ 第三の保護膜
２９ 第六のエッチング阻止膜
３４ 接続部
４４ 接続部
１２１ 第一の上層配線
１２２ 第一の下層配線
１２３ ビア
１２４，１３４ パット部
１３１ 第二の上層配線
１３２ 第二の下層配線
１３３ ビア
９０１ 電流流出端子
９０２ 電流流入端子
９０３ ビア溶断部
９０４ ビア溶断部
９０５ 電極パッド
９０６ 半導体基板
９０７、９０８ 層間絶縁膜
Ｂ ボイド
Ｍ バリアメタル膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気ヒューズが設けられた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置にヒューズを搭載し、ヒューズを切断して抵抗値を調整したり、不良素子を切り離して正常素子に置き換える等の処理を行うことが知られている。
このような処理を行い、信頼性の高い半導体装置を提供するためには、ヒューズを確実に切断する必要がある。そこで、特許文献１に開示されたようなヒューズが提案されている。
この特許文献１には、図５に示すように、電流流入端子９０２と、電流流出端子９０１と、一対のビア溶断部９０３，９０４と、電極パッド９０５とを有するヒューズが開示されている。
このヒューズでは、電流流入端子９０２および電流流出端子９０１間に電流を流すと、一対のビア溶断部９０３，９０４のいずれかが溶断するとされている。
このように、一対のビア溶断部９０３，９０４を設け、電流を流した際に溶断されるであろう領域を２つ形成することで、確実にヒューズを切断でき、半導体装置の信頼性が向上できると考えられている。
なお、図５中、符号９０６は半導体基板、９０７、９０８は層間絶縁膜である。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５７１８６号公報
【特許文献２】特開２００６−２５３２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では以下のような課題がある。
電流流入端子９０２および電流流出端子９０１間に電流を流すと、一対のビア溶断部９０３，９０４には、ビアの上下方向に関してそれぞれ異なる方向から電子が流入する。このように電子の流入方向が異なる場合には、一方のビア溶断部９０３が切断された場合と、他方のビア溶断部９０４が切断された場合とで、ビア溶断部９０３，９０４の切断状態が異なることとなるので、切断後の抵抗値にばらつきが生じることがある。
【０００５】
たとえば、エレクトロマイグレーションにより、ビア溶断部９０３，９０４が切断される場合、図６（Ａ）に示すように、一方のビア溶断部９０４側が切断される場合には、電極パッド９０５のビア溶断部９０４近傍にボイドＢが形成されることとなる。これは、電子の移動（図中矢印で示されている）に伴い、電極パッド９０５を構成する導体がビア溶断部９０４側に移動しようとするが、電極パッド９０５がバリアメタル（図示略）により被覆されているため、電極パッド９０５自身は切断されず、ビア溶断部９０４を構成する導体が押され、ボイドＢが形成することとなるのである。
【０００６】
他方のビア溶断部９０３側が切断される場合には、図６（Ｂ）に示すように、電極パッド９０５近傍のビア溶断部９０３部分にボイドＢが形成される。
このように、一方のビア溶断部９０４側が切断された場合と、他方のビア溶断部９０３側が切断された場合とで、ビア溶断部９０３，９０４の切断状態が異なることとなり、さらには、切断のされやすさも異なるため、切断後の抵抗値にばらつきが生じることがある。
なお、電子の流れ方向によって、切断後の抵抗値にばらつきが生じるのは、エレクトロマイグレーションによりビアを溶断する場合に限らず、いわゆる「クラックアシスト方式」によりビアを切断する場合も同様であると考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、基板と、前記基板上に設けられた第一の電気ヒューズと、第二の電気ヒューズとを備え、前記第一の電気ヒューズは、異なる配線層に形成された第一の上層配線および第一の下層配線と、前記第一の上層配線および第一の下層配線を接続するビアとを有し、前記第二の電気ヒューズは、異なる配線層に形成された第二の上層配線および第二の下層配線と、前記第二の上層配線および第二の下層配線を接続するビアとを有し、前記第一の電気ヒューズの前記第一の上層配線と、前記第二の電気ヒューズの前記第二の下層配線とを接続する接続部を有し、前記第一の電気ヒューズおよび第二の電気ヒューズは、前記接続部を介して直列接続される半導体装置が提供される。
【０００８】
ここで、第一の電気ヒューズおよび第二の電気ヒューズを接続する接続部は、ヒューズとして機能しないものであり、ヒューズ切断の際に、切断されない部分である。
【０００９】
この発明によれば、接続部により、第一の電気ヒューズおよび第二の電気ヒューズを直列に接続しているため、第一の電気ヒューズおよび第二の電気ヒューズを流れる電子の方向を同一方向とすることができる。
前述したように、第一の電気ヒューズおよび第二の電気ヒューズを流れる電子の方向が異なる方向である場合には、電子の流れの影響により、第一の電気ヒューズの切断状態と、第二の電気ヒューズの切断状態とが異なり、切断後の抵抗値にばらつきが生じることがある。
これに対し、本発明では、第一の電気ヒューズおよび第二の電気ヒューズを流れる電子の方向を同一方向としているため、第一の電気ヒューズの切断状態と、第二の電気ヒューズの切断状態とを同様の状態とするとともに、第一の電気ヒューズの切断されやすさ、第二の電気ヒューズの切断されやすさを略同一の状態とすることができる。
これにより、第一の電気ヒューズが切断された状態における抵抗値、第二の電気ヒューズが切断された状態における抵抗値のばらつきの発生を抑制することができる。これにより、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００１０】
なお、本発明では、第一の電気ヒューズおよび第二の電気ヒューズのいずれか一方のみが、切断されてもよく、また、第一の電気ヒューズおよび第二の電気ヒューズの両方が切断されてもよい。このように、電気ヒューズを２つ設けることで、少なくともいずれか一方を切断することができ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、信頼性の高い半導体装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１３】
（第一実施形態）
図１に本実施形態の半導体装置１の断面図を示す。
本実施形態の半導体装置１は、基板（たとえば、半導体基板）（図示略）と、半導体基板上に設けられた第一の電気ヒューズ１２と、第二の電気ヒューズ１３とを備える。
第一の電気ヒューズ１２は、異なる配線層に形成された第一の上層配線１２１および第一の下層配線１２２と、第一の上層配線１２１および第一の下層配線１２２を接続するビア１２３とを有する。
第二の電気ヒューズ１３は、異なる配線層に形成された第二の上層配線１３１および第二の下層配線１３２と、第二の上層配線１３１および第二の下層配線１３２を接続するビア１３３とを有する。
さらに、本実施形態の半導体装置１は、第一の電気ヒューズ１２の第一の上層配線１２１と、第二の電気ヒューズ１３の第二の下層配線１３２とを接続する接続部１４を有する。
この接続部１４は、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３を直列に接続する。
【００１４】
以下に、本実施形態の半導体装置１について詳細に説明する。
半導体装置１は、上述した第一の電気ヒューズ１２，第二の電気ヒューズ１３、接続部１４に加えて、半導体基板上に以下の順で形成された第一のエッチング阻止膜１５、第一の層間絶縁膜１６、第一の保護膜１７、第二のエッチング阻止膜１８、第二の層間絶縁膜１９、第三のエッチング阻止膜２１、第三の層間絶縁膜２２、第二の保護膜２３、第四のエッチング阻止膜２４を有する。
【００１５】
第一の層間絶縁膜１６および第三の層間絶縁膜２２は、ＳｉＯＣ等の低誘電率膜により構成することができる。低誘電率膜としては、ＳｉＯＣの他に、ＨＳＱ（ハイドロジェンシルセスキオキサン）、ＭＳＱ（メチルシルセスキオキサン）、またはＭＨＳＱ（メチル化ハイドロジェンシルセスキオキサン）等のポリハイドロジェンシロキサン、ポリアリールエーテル（ＰＡＥ）、ジビニルシロキサンービスーベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、またはＳｉｌｋ（登録商標）等の芳香族含有有機材料、ＳＯＧ、ＦＯＸ(ｆｌｏｗａｂｌｅ ｏｘｉｄｅ)、サイトップ、またはＢＣＢ（Ｂｅｎｓｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）等を用いることもできる。また、低誘電率膜としては、これらのポーラス膜を用いることもできる。第一の層間絶縁膜１６および第三の層間絶縁膜２２は、同じ材料により構成しても、異なる材料により構成してもいずれでもよい。
【００１６】
また、第二の層間絶縁膜１９は、第一の層間絶縁膜１６および第三の層間絶縁膜２２について上述したものと同様の材料により構成することができる。ただし、第二の層間絶縁膜１９は、第一の層間絶縁膜１６および第三の層間絶縁膜２２との関係において、第一の層間絶縁膜１６および第三の層間絶縁膜２２よりもかたい材料により構成することが好ましい。たとえば、第二の層間絶縁膜１９は、第一の層間絶縁膜１６および第三の層間絶縁膜２２よりもヤング率の高い材料により構成することができる。詳しくは後述するが、このような構成とすることにより、配線部分に流出部２０（図２参照）を形成しやすくすることができる。
【００１７】
なお、このような構成に限られず、第二の層間絶縁膜１９は、第一の層間絶縁膜１６や第三の層間絶縁膜２２と同じ材料により構成してもよい。
【００１８】
第二のエッチング阻止膜１８および第四のエッチング阻止膜２４は、ビアホールや配線溝を形成する際のエッチング阻止膜として機能するとともに、下層配線１２２，１３２や上層配線１２１，１３１を構成する銅の拡散を防止する機能を有する。また、本実施形態において、電気ヒューズ１２，１３の被覆膜としても機能する。
第二のエッチング阻止膜１８および第四のエッチング阻止膜２４は、第一の層間絶縁膜１６や第三の層間絶縁膜２２よりもかたい材料により構成することができる。第二のエッチング阻止膜１８および第四のエッチング阻止膜２４は、第一の層間絶縁膜１６や第三の層間絶縁膜２２よりもヤング率の高い材料により構成することができる。第二のエッチング阻止膜１８および第四のエッチング阻止膜２４は、たとえば、ＳｉＣＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＦまたはＳｉＯＮ等により構成することができる。
【００１９】
第一の保護膜１７および第二の保護膜２３は、下層配線１２２，１３２および上層配線１２１，１３１をそれぞれＣＭＰにより研磨する際に、第一の層間絶縁膜１６および第三の層間絶縁膜２２を保護する機能を有する。第一の保護膜１７および第二の保護膜２３は、たとえば、ＳｉＯ２膜により構成することができる。
【００２０】
第一のエッチング阻止膜１５および第三のエッチング阻止膜２１は、第二のエッチング阻止膜１８および第四のエッチング阻止膜２４と同様の材料により構成することができる。また、ここでは図示していないが、第一のエッチング阻止膜１５および第三のエッチング阻止膜２１は、第二のエッチング阻止膜１８および第四のエッチング阻止膜２４と同様の材料により構成された第一の絶縁膜と、その上に形成され第一の保護膜１７および第二の保護膜２３と同様の材料に構成された第二の絶縁膜との積層膜とすることもできる。
【００２１】
第一の電気ヒューズ１２の第一の下層配線１２２は、以上のような第一のエッチング阻止膜１５、第一の層間絶縁膜１６、第一の保護膜１７内にまたがって形成されている。
また、第一の上層配線１２１は、第三のエッチング阻止膜２１、第三の層間絶縁膜２２、第二の保護膜２３内にまたがって形成されている。
ビア１２３は、第二のエッチング阻止膜１８、第二の層間絶縁膜１９、第三のエッチング阻止膜２１を貫通するように設けられており、第一の下層配線１２２の端部と、第一の上層配線１２１の端部とを接続している。
【００２２】
第二の電気ヒューズ１３の第二の下層配線１３２は、第一の電気ヒューズ１２の第一の下層配線１２２と同じ配線層に配置されており、具体的には、第一のエッチング阻止膜１５、第一の層間絶縁膜１６、第一の保護膜１７内にまたがって形成されている。
第二の電気ヒューズ１３の第二の上層配線１３１も、第一の電気ヒューズ１２の第一の上層配線１２１と同じ配線層に配置されており、第三のエッチング阻止膜２１、第三の層間絶縁膜２２、第二の保護膜２３内にまたがって形成されている。
ビア１３３は、ビア１２３と同じく、第二のエッチング阻止膜１８、第二の層間絶縁膜１９、第三のエッチング阻止膜２１を貫通するように設けられており、第二の下層配線１３２の端部と、第二の上層配線１３１の端部とを接続している。
また、ビア１３３の径は、ビア１２３の径と等しい。
【００２３】
接続部１４は、第一の電気ヒューズ１２の第一の上層配線１２１と、第二の電気ヒューズ１３の第二の下層配線１３２とを接続するものであり、ビア１２３，１３３と同様に、第二のエッチング阻止膜１８、第二の層間絶縁膜１９、第三のエッチング阻止膜２１を貫通するように設けられている。本実施形態では、接続部１４は、ビアである。
この接続部１４は、第一の電気ヒューズ１２の第一の上層配線１２１の端部と、前記第二の電気ヒューズ１３の前記第二の下層配線１３２の端部とを接続する。
本実施形態では接続部１４は複数、たとえば２つ設けられている。各接続部１４の大きさ形状は、ビア１２３，１３３と同じである。すなわち、各接続部１４の電流の流れに直交する方向の断面積は、ビア１２３，１３３の電流の流れに直交する方向の断面積と同じである。
なお、第一のエッチング阻止膜１５や第三のエッチング阻止膜２１はプロセスの工夫により、省略することができる。また、第一の層間絶縁膜１６や、第二の層間絶縁膜１９や、第三の層間絶縁膜２２は、それぞれ、前述した低誘電率膜に限らず、たとえば、ＳｉＯ２膜や、Ｆがドープされた低誘電率のＳｉＯ２膜により構成することができる。
【００２４】
以上のような第一の電気ヒューズ１２、第二の電気ヒューズ１３、接続部１４は、例えば、銅を主成分として含む銅含有金属膜により構成することができる。銅含有金属膜は、銀を含むことができる。さらに、銅含有金属膜は、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、または、Ｓｎから選択される一又は二以上の異種元素を含む構成とすることもできる。銅含有金属膜は、たとえばめっき法により形成することができる。また、銅含有金属膜の表面は、たとえばシリサイド膜が形成された構成とすることもできる。
【００２５】
また、第一の上層配線１２１、第一の下層配線１２２、第二の上層配線１３１、第二の下層配線１３２、ビア１２３，１３３，接続部１４の側面および底面には、それぞれ、これらに接してこれらを覆うように設けられたバリアメタル膜Ｍが形成されている。バリアメタル膜は、高融点金属を含む構成、たとえば、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ等により構成することができる。
【００２６】
以上のような構造の第一の電気ヒューズ１２、第二の電気ヒューズ１３、接続部１４は通常の多層配線構造と同工程、すなわち、シングルダマシン法で形成することができる。これにより、特別な工程を追加することなく、第一の電気ヒューズ１２、第二の電気ヒューズ１３、接続部１４を形成することができる。
具体的には、まず、半導体基板上に第一のエッチング阻止膜１５、第一の層間絶縁膜１６、第一の保護膜１７を形成する。
次に、第一の下層配線１２２、第二の下層配線１３２用の溝を形成する。次に、前記溝内および第一の保護膜１７上バリアメタル膜Ｍを形成し、さらに、第一の下層配線１２２，第二の下層配線１３２を構成する導体膜を形成する。
その後、バリアメタル膜および導体膜をＣＭＰにより除去することで、第一の下層配線１２２，第二の下層配線１３２が形成されることとなる。
次に、第二のエッチング阻止膜１８、第二の層間絶縁膜１９、第三のエッチング阻止膜２１を形成し、ビア１２３，１３３および接続部１４用のホールを形成する。
次に、前記ホール内および第三のエッチング阻止膜２１上バリアメタル膜を形成し、さらに、ビア１２３，１３３および接続部１４を構成する導体膜を形成する。
その後、バリアメタル膜Ｍおよび導体膜をＣＭＰにより除去することで、ビア１２３，１３３および接続部１４が形成される。
さらに、第三の層間絶縁膜２２、第二の保護膜２３を形成し、第一の上層配線１２１および第二の上層配線１３１用の溝を形成する。
次に、前記溝内および第二の保護膜２３上バリアメタル膜Ｍを形成し、さらに、第一の上層配線１２１および第二の上層配線１３１を構成する導体膜を形成する。
その後、バリアメタル膜Ｍおよび導体膜をＣＭＰにより除去することで、第一の上層配線１２１，第二の上層配線１３１が形成されることとなる。
【００２７】
次に、第一の電気ヒューズ１２、第二の電気ヒューズ１３の切断方法について説明する。
第一の電気ヒューズ１２の第一の下層配線１２２に接続された端子（図示略）と、第二の電気ヒューズ１３に接続された第二の上層配線１３１に接続された端子（図示略）との間に電圧を印加する。
これにより、たとえば第一の下層配線１２２からビア１２３、第一の上層配線１２１、接続部１４、第二の下層配線１３２、ビア１３３、第二の上層配線１３１の順に電流が流れる。なお、電子は、電流と逆方向に流れる。
【００２８】
このとき、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３は接続部１４により直列接続されているため、それぞれ下層配線から上層配線に向かって電流が流れ、電流の流れの方向が同じとなる。
ここで、端子間に所定の電流値を超える電流を流すと、第一の電気ヒューズ１２の第一の下層配線１２２、ビア１２３，第二の上層配線１２１、および第二の電気ヒューズ１３の第二の下層配線１３２、ビア１３３、第二の上層配線１３１が加熱され、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３が膨張する。
そして、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３を構成するバリアメタル膜Ｍや、周囲の絶縁膜にクラックが発生する。
【００２９】
具体的には、本実施形態では、図２に示すように、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３のうち、少なくともいずれか一方の電気ヒューズの、体積が大きい部分、たとえば、上層配線を構成する導電体が膨張することにより、柔らかい膜である第三の層間絶縁膜２２の方向に膨張する。導電体の膨張に伴い、バリアメタル膜Ｍ等にクラックが生じ、上層配線１２１（１３１）を構成する導電体がクラックから第三の層間絶縁膜２２中に流出する。つまり、上層配線１２１（１３１）を構成する導電体が、配線溝外部に流出する。これにより流出部２０が形成され、電気ヒューズ１２（１３）を構成する導体の密度が低下する。
さらに、導電体が流出部２０の方向に急激に移動するため、導電体の移動が追いつかなかった箇所で導電体が切断される。本実施の形態において、ビア１２３（１３３）で導電体が切断され、空隙部１０が形成される。このようなメカニズムにより、流出部２０からある程度離れた箇所に大きな空隙部１０が形成される。
【００３０】
このとき、接続部１４にも所定の電流が流れるが、本実施形態では、接続部１４は複数設けられているため、各接続部１４に流れる電流の量は、第一の電気ヒューズ１２、第二の電気ヒューズ１３に比べ、少なくなる。そのため、接続部１４は加熱されにくく、接続部１４が切断されてしまうことはない。
【００３１】
なお、上層配線１２１（１３１）が加熱されて膨張すると、第四のエッチング阻止膜２４が上層配線１２１（１３１）や第二の保護膜２３から剥離して、これらの間に隙間が生じることもある。この場合、隙間部分に上層配線１２１（１３１）を構成する導電体が流れ込み、流出部が形成される。この場合でも、導電体が流出部の方向に移動することにより、ビア１２３（１３３）に切断箇所が形成される。
【００３２】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態では、接続部１４により、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３を直列に接続しているため、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３を流れる電子の方向を同一方向とすることができる。
第一の電気ヒューズおよび第二の電気ヒューズを流れる電子の方向が異なる方向である場合には、電子の流れの影響により、第一の電気ヒューズの切断状態と、第二の電気ヒューズの切断状態とが異なり、切断後の抵抗値にばらつきが生じることがある。
これに対し、本実施形態では、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３を流れる電子の方向を同一方向としているため、第一の電気ヒューズ１２の切断状態と、第二の電気ヒューズ１３の切断状態とを同様の状態とするとともに、第一の電気ヒューズ１２の切断されやすさ、第二の電気ヒューズ１３の切断されやすさを略同一の状態とすることができる。
これにより、第一の電気ヒューズ１２が切断された状態における抵抗値、第二の電気ヒューズ１３が切断された状態における抵抗値のばらつきの発生を抑制することができる。これにより、信頼性の高い半導体装置１を提供することができる。
なお、背景技術の項では、エレクトロマイグレーションにより、電気ヒューズが切断される例を示したが、本実施形態のように、クラックアシスト方式により、電気ヒューズが切断される場合においても、電子の流れ方向によって、切断後の抵抗値にばらつきが生じると考えられる。従って、本実施形態のように、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３を流れる電子の方向を同一方向とすることは、クラックアシストにより、電気ヒューズが切断される場合においても有用である。
【００３３】
また、本実施形態では、接続部１４を複数設けている。これにより、各接続部１４に流れる電流の量を低減させることができる。各接続部１４の径は、第一の電気ヒューズ１２のビア１２３および第二の電気ヒューズ１３のビア１３３の径と等しいが、接続部１４を複数設けることで、接続部１４に流れる電流量は、ビア１２３，１３３よりも少なくなる。これにより、接続部１４が加熱されにくくなり、接続部１４が切断されてしまったり、接続部１４と、第一の上層配線１２１、第二の下層配線１３２との間に空隙部が形成されてしまったりすることを防止できる。
【００３４】
従来の電気ヒューズでは、一対の電気ヒューズの電子の流れ方向が異なるため、各電気ヒューズの切断のされやすさに大きな差が生じることがある。この場合には、いずれか一方の電気ヒューズのみが切断されやすくなるため、切断されやすい一方のみを確実に切断しなければならず、電気ヒューズを複数用意しても、切断対象となる電気ヒューズは一方のみとなる。
これに対し、本実施形態では、一対の電気ヒューズ１２，１３の電子の流れを同一方向としているため、電気ヒューズ１２，１３の切断されやすさに大きな差がでない。従って、一対の電気ヒューズ１２，１３のうち、少なくともいずれか一方を切断すればよい。
このように本実施形態では、同程度の切断されやすさを有する電気ヒューズ１２，１３の候補を複数用意することができるので、電気ヒューズ１２，１３をより確実に切断することが可能となり、半導体装置１の信頼性を高めることができる。
【００３５】
また、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３の両方が切断された場合には、半導体装置１の加熱処理等に伴い、いずれか一方で再接続が起こったとしても、他方が再接続されない場合があるので、半導体装置１の信頼性をより高めることができる。
【００３６】
さらに、本実施形態では、ビア１２３と第一の下層配線１２２、ビア１３３と第二の下層配線１３２との間にバリアメタル膜Ｍが設けられているため、バリアメタル膜Ｍが下層配線１２２，１３２から剥離しやすく、バリアメタル膜Ｍと下層配線１２２，１３２との間に空隙部１０が形成されやすくなる。
【００３７】
また、本実施形態では、空隙部１０と、流出部２０とが異なる領域に形成されるため、電気ヒューズ１２，１３の再接続を確実に防ぐことができる。
【００３８】
さらに、本実施形態では、第一の電気ヒューズ１２のビア１２３は、第一の下層配線１２２の端部と、第一の上層配線１２１の端部とを接続している。
同様に、第二の電気ヒューズ１３のビア１３３は、第二の下層配線１３２の端部と、第二の上層配線１３１の端部とを接続している。
このようにビア１２３、１３３が上層配線１２１，１３１の端部に接続されることで、上層配線１２１，１３１の端部側へビア１２３，１３３を構成する導体がながれやすくなり、流出部２０が柔らかい膜である第三の層間絶縁膜２２に形成されやすくなる。
【００３９】
また、本実施形態では、接続部１４をビアで構成しており、基板面側からみて、第一の電気ヒューズ１２の上層配線１２１の端部と、第二の電気ヒューズ１３の下層配線１３２の端部とが重なりあうように配置されている。このようにすることで、基板面上において、電気ヒューズ１２，１３が占める面積を小さくすることができる。
【００４０】
（第二実施形態）
図３を参照して、本実施形態の半導体装置２について説明する。
前記実施形態では、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３は、同じ配線層に形成されていた。
これに対し、本実施形態では、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３は、異なる配線層に形成されている。
さらに、前記実施形態では、接続部１４は、ビアであったが、本実施形態では、第一の電気ヒューズ１２の第一の上層配線１２１と、第二の電気ヒューズ１３の第二の下層配線１３２とを接続する配線３４であり、第一の上層配線１２１および第二の下層配線１３２と同一の配線層に形成されている。
他の点については、前記実施形態と同じである。
以下に、本実施形態の半導体装置２について詳細に説明する。
本実施形態では、半導体装置２は、第四のエッチング阻止膜２４上に形成された第四の層間絶縁膜２５、第五のエッチング阻止膜２６、第五の層間絶縁膜２７、第三の保護膜２８、第六のエッチング阻止膜２９を有する。
第四の層間絶縁膜２５は、第二の層間絶縁膜１９と同様の材料で構成することができる。
また、第五のエッチング阻止膜２６は、第三のエッチング阻止膜２１と同様の材料、第五の層間絶縁膜２７は、第三の層間絶縁膜２２と同様の材料、第三の保護膜２８は、第二の保護膜２３と同様の材料、第六のエッチング阻止膜２９は、第四のエッチング阻止膜２４と同様の材料で構成することができる。
接続部３４は、第一の上層配線１２１と、第二の下層配線１３２とを接続するものであり、第一の上層配線１２１および第二の下層配線１３２と同様の材料で構成されている。また、第一の上層配線１２１および第二の下層配線１３２と同じ厚みおよび幅寸法である。
すなわち、本実施形態では、第一の上層配線１２１と、第二の下層配線１３２と、接続部３４とは共通の配線で構成されている。
なお、接続部１４の幅寸法を第一の上層配線１２１および第二の下層配線１３２の幅寸法よりも太くしてもよい。
【００４１】
このような本実施形態によれば、第一実施形態と同様の効果を奏することができる。
なお、図３においては、発明を理解しやすいように、第一の上層配線１２１と、接続部３４と、第二の下層配線１３２とを区画して記載している。
【００４２】
本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
たとえば、第一実施形態では、接続部１４を複数設けたが、これに限らず、接続部の径を、ビア１２３，１３３よりも太くし、ビア１２３，１３３の電流の流れ方向に直交する断面積よりも、接続部における電流の流れ方向に直交する断面積が大きいものとしてもよい。
このようにすることで、接続部が切断されてしまうことを確実に防止できる。
【００４３】
さらには、接続部を構成する材料をビア１２３，１３３を構成する材料に比べ抵抗値の低いものとしてもよい。このようにすれば、接続部に電流を流した際に、接続部が加熱されにくくなり、接続部の切断を防止することができる。
【００４４】
また、図４に示すような、接続部４４を形成してもよい。図４は、電気ヒューズを基板面側からみた平面図である。具体的には、第一の電気ヒューズ１２の上層配線１２１の端部および第二の電気ヒューズ１３の下層配線１３２の端部に、上層配線１２１および下層配線１３２よりも面積の広いパット部１２４，１３４を形成する。
そして、このパット部間を複数のビア１４で接続してもよい。このようにすることで、接続部の放熱性を高めることができ、ビア１４の切断を確実に防止することができる。
【００４５】
さらに、前記各実施形態では、第一の電気ヒューズ１２、第二の電気ヒューズ１３、接続部１４，３４は、シングルダマシン法により形成されていたが、これに限らず、デュアルダマシン法により形成されたものであってもよい。
【００４６】
前記各実施形態では、電気ヒューズ１２，１３を２つ直接に接続していたが、これに限らず、３つ以上の電気ヒューズを直列に接続してもよい。
また、前記各実施形態では、第一の電気ヒューズ１２および第二の電気ヒューズ１３は、クラックアシスト方式により切断されるものであるとしたが、これに限らず、エレクトロンマイグレーション方式により切断されるものであるとしてもよい。
クラックアシスト方式により切断されるヒューズであるか、エレクトロンマイグレーション方式より切断されるヒューズであるかは、電気ヒューズの材料の選択、電気ヒューズへの電流・電圧の印加方法、さらには、層間絶縁膜等の材料により決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる半導体装置を示す断面図である。
【図２】電気ヒューズが切断される様子を示す断面図である。
【図３】本発明の第二実施形態にかかる半導体装置を示す断面図である。
【図４】本発明の変形例にかかる半導体装置の一部を示す平面図である。
【図５】従来の半導体装置を示す断面図である。
【図６】従来の半導体装置における電気ヒューズの切断状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ 半導体装置
２ 半導体装置
１０ 空隙部
１２ 第一の電気ヒューズ
１３ 第二の電気ヒューズ
１４ 接続部
１５ 第一のエッチング阻止膜
１６ 第一の層間絶縁膜
１７ 第一の保護膜
１８ 第二のエッチング阻止膜
１９ 第二の層間絶縁膜
２０ 流出部
２１ 第三のエッチング阻止膜
２２ 第三の層間絶縁膜
２３ 第二の保護膜
２４ 第四のエッチング阻止膜
２５ 第四の層間絶縁膜
２６ 第五のエッチング阻止膜
２７ 第五の層間絶縁膜
２８ 第三の保護膜
２９ 第六のエッチング阻止膜
３４ 接続部
４４ 接続部
１２１ 第一の上層配線
１２２ 第一の下層配線
１２３ ビア
１２４，１３４ パット部
１３１ 第二の上層配線
１３２ 第二の下層配線
１３３ ビア
９０１ 電流流出端子
９０２ 電流流入端子
９０３ ビア溶断部
９０４ ビア溶断部
９０５ 電極パッド
９０６ 半導体基板
９０７、９０８ 層間絶縁膜
Ｂ ボイド
Ｍ バリアメタル膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた第一の電気ヒューズと、第二の電気ヒューズとを備え、
前記第一の電気ヒューズは、
異なる配線層に形成された第一の上層配線および第一の下層配線と、
前記第一の上層配線および前記第一の下層配線を接続するビアとを有し、
前記第二の電気ヒューズは、
異なる配線層に形成された第二の上層配線および第二の下層配線と、
前記第二の上層配線および前記第二の下層配線を接続するビアとを有し、
前記第一の電気ヒューズの前記第一の上層配線と、前記第二の電気ヒューズの前記第二の下層配線とを接続する接続部を備え、
前記第一の電気ヒューズおよび第二の電気ヒューズは、前記接続部を介して直列接続される半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記接続部は、前記第一の電気ヒューズの前記第一の上層配線と、前記第二の電気ヒューズの前記第二の下層配線とを接続するビアである半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置において、
前記第一の電気ヒューズの前記第一の下層配線と、前記第二の電気ヒューズの前記第二の下層配線とは、同一の配線層に設けられ、
前記第一の電気ヒューズの前記第一の上層配線と、前記第二の電気ヒューズの前記第二の上層配線とは同一の配線層に設けられている半導体装置。
【請求項４】
請求項２乃至３のいずれかに記載の半導体装置において、
前記接続部であるビアは、複数設けられている半導体装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれかに記載の半導体装置において、
前記第一の電気ヒューズのビアと、前記第二の電気ヒューズのビアの径は等しい半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置において、
前記接続部であるビアの径は、前記第一の電気ヒューズのビアの径および、第二の電気ヒューズのビアの径よりも大きい半導体装置。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第一の電気ヒューズの前記第一の上層配線と、前記第二の電気ヒューズの前記第二の下層配線と、前記接続部とが同一の配線層に設けられている半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体装置において、
前記第一の電気ヒューズは切断状態において、前記第一の上層配線または第一の下層配線のいずれか一方に、外方に流出してなる流出部が形成されるとともに、前記第一の上層配線または第一の下層配線のいずれか他方とビアとの間、あるいは、前記ビアに空隙部が形成され、
前記第二の電気ヒューズは切断状態において、前記第二の上層配線または第二の下層配線のいずれか一方に、外方に流出してなる流出部が形成されるとともに、前記第二の上層配線または第二の下層配線のいずれか他方とビアとの間、あるいは、前記ビアに空隙部が形成される半導体装置。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体装置において、
前記第一の電気ヒューズのビアは、前記第一の上層配線の端部と、前記第一の下層配線の端部とを接続し、
前記第二の電気ヒューズのビアは、前記第二の上層配線の端部と、前記第二の下層配線の端部とを接続する半導体装置。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた第一の電気ヒューズと、第二の電気ヒューズとを備え、
前記第一の電気ヒューズは、
異なる配線層に形成された第一の上層配線および第一の下層配線と、
前記第一の上層配線および前記第一の下層配線を接続するビアとを有し、
前記第二の電気ヒューズは、
異なる配線層に形成された第二の上層配線および第二の下層配線と、
前記第二の上層配線および前記第二の下層配線を接続するビアとを有し、
前記第一の電気ヒューズの前記第一の上層配線と、前記第二の電気ヒューズの前記第二の下層配線とを接続する接続部を備え、
前記第一の電気ヒューズおよび第二の電気ヒューズは、前記接続部を介して直列接続される半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記接続部は、前記第一の電気ヒューズの前記第一の上層配線と、前記第二の電気ヒューズの前記第二の下層配線とを接続するビアである半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置において、
前記第一の電気ヒューズの前記第一の下層配線と、前記第二の電気ヒューズの前記第二の下層配線とは、同一の配線層に設けられ、
前記第一の電気ヒューズの前記第一の上層配線と、前記第二の電気ヒューズの前記第二の上層配線とは同一の配線層に設けられている半導体装置。
【請求項４】
請求項２乃至３のいずれかに記載の半導体装置において、
前記接続部であるビアは、複数設けられている半導体装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれかに記載の半導体装置において、
前記第一の電気ヒューズのビアと、前記第二の電気ヒューズのビアの径は等しい半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置において、
前記接続部であるビアの径は、前記第一の電気ヒューズのビアの径および、第二の電気ヒューズのビアの径よりも大きい半導体装置。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第一の電気ヒューズの前記第一の上層配線と、前記第二の電気ヒューズの前記第二の下層配線と、前記接続部とが同一の配線層に設けられている半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体装置において、
前記第一の電気ヒューズは切断状態において、前記第一の上層配線または第一の下層配線のいずれか一方に、外方に流出してなる流出部が形成されるとともに、前記第一の上層配線または第一の下層配線のいずれか他方とビアとの間、あるいは、前記ビアに空隙部が形成され、
前記第二の電気ヒューズは切断状態において、前記第二の上層配線または第二の下層配線のいずれか一方に、外方に流出してなる流出部が形成されるとともに、前記第二の上層配線または第二の下層配線のいずれか他方とビアとの間、あるいは、前記ビアに空隙部が形成される半導体装置。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体装置において、
前記第一の電気ヒューズのビアは、前記第一の上層配線の端部と、前記第一の下層配線の端部とを接続し、
前記第二の電気ヒューズのビアは、前記第二の上層配線の端部と、前記第二の下層配線の端部とを接続する半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２５２８７０（Ｐ２００９−２５２８７０Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９６９１８（Ｐ２００８−９６９１８）
【出願日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【出願人】（３０２０６２９３１）ＮＥＣエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【出願人】（３０２０６２９３１）ＮＥＣエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
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