半導体装置
【課題】切断された電気ヒューズの切断状態を良好に保つ。
【解決手段】半導体装置２００は、基板上に形成された下層配線１２０と、下層配線１２０上に下層配線１２０に接続して設けられたビア１３０と、ビア１３０上にビア１３０に接続して設けられた上層配線１１０とを含む電気ヒューズ１００であって、切断状態において、電気ヒューズ１００を構成する導電体が外方に流出してなる流出部が形成されることにより切断される電気ヒューズ１００と、上層配線１１０および下層配線１２０の一方と同層に上層配線１１０および下層配線１２０の一方の側方に形成されるとともに、上層配線１１０および下層配線１２０と電気的に接続された熱拡散用上層配線１５２ａを含む熱拡散部１５０ａとを含む。
【解決手段】半導体装置２００は、基板上に形成された下層配線１２０と、下層配線１２０上に下層配線１２０に接続して設けられたビア１３０と、ビア１３０上にビア１３０に接続して設けられた上層配線１１０とを含む電気ヒューズ１００であって、切断状態において、電気ヒューズ１００を構成する導電体が外方に流出してなる流出部が形成されることにより切断される電気ヒューズ１００と、上層配線１１０および下層配線１２０の一方と同層に上層配線１１０および下層配線１２０の一方の側方に形成されるとともに、上層配線１１０および下層配線１２０と電気的に接続された熱拡散用上層配線１５２ａを含む熱拡散部１５０ａとを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に関し、とくに電気ヒューズを含む半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置にヒューズを搭載しておき、ヒューズを切断することにより半導体装置で使用する抵抗の値を調整したり、不良素子を切り離して正常素子に置き換える等の処理を行う技術が知られている。
【０００３】
ヒューズの切断方法には、ヒューズの一部にレーザを照射することによりヒューズを切断する方式や、ヒューズを電流により切断する方式が用いられている。
【０００４】
特許文献１から３には、ヒューズを構成する材料がエレクトロマイグレーションにより移動する現象を用いて切断される電気ヒューズが開示されている。
【０００５】
特許文献１（特開２００５−３９２２０号公報）には、より小さい電流により切断可能なヒューズが開示されている。特許文献１において、ヒューズを構成する導電体が複数回折り返す形状に形成されている。また、特許文献２（特開２００５−５７１８６号公報）には、ヒューズ溶断部の下方および上方がプレートで覆われ、側方がビアで覆われた構成が記載されている。
【０００６】
特許文献３（特開２００６−２５３２３７号公報）には、第１の配線と、第１の配線の上方に絶縁膜を挟んで形成された第２の配線と、第１の配線と第２の配線とを接続するように絶縁膜中に形成された第１のビアとからなるヒューズ素子が記載されている。ここで、第１のビアの主要部は、第１の配線および第２の配線のそれぞれの主要部と比べてエレクトロマイグレーションを起こしやすい材料により構成されている。また、ビアの周囲にビアを加熱するヒータ配線を設けた構成が記載されている。これにより、ビア切断時におけるビア周囲の温度を上げることができ、効率的にビアを切断できるとされている。
【特許文献１】特開２００５−３９２２０号公報
【特許文献２】特開２００５−５７１８６号公報
【特許文献３】特開２００６−２５３２３７号公報
【特許文献４】特開２００７−３０５６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１から３に記載されたように、ヒューズを構成する材料がエレクトロマイグレーションにより移動する現象を用いてヒューズを切断した場合、ヒューズ切断後に半導体装置に熱処理が施されたり、半導体装置自体が実使用時に発生させる熱に曝されたりすることで、材料が移動し、その結果、切断箇所で再接続が生じる可能性が考えられる。もし、このような再接続が生じてしまうと、切断対象の電気ヒューズを切断しておいても、その電気ヒューズが切断されているか否かを検知する際に、正しい結果が得られないことになる。以上のような再接続が生じる可能性はそれほど高くなく、通常の動作に用いる分には問題はないと考えられるが、半導体装置の信頼性が非常に高度に要求される場合や過酷な条件下で使用される場合等は、切断された電気ヒューズが切断状態を保持する保持特性をより高める必要がある。
【０００８】
このような問題を解決すべく、近年、特許文献４（特開２００７−３０５６９３号公報）に記載されたように、クラックアシスト型と呼ばれる、新たな電気ヒューズの切断方法が提案されている。この方法では、電気ヒューズの構成や電気ヒューズへの電圧印加方法等を制御することにより、電気ヒューズ切断時に、電気ヒューズの一部で電気ヒューズを構成する導電体を強制的に外方、すなわち導電体の周囲の絶縁膜中に流出させ、材料の移動・供給のバランスを崩すことにより、他の部分に大きな切断箇所を形成する。これにより、切断された電気ヒューズが再接続される可能性を大幅に低減することができ、切断状態を良好に保つことができる。
【０００９】
しかし、このような方法で切断した電気ヒューズにおいては、導電体の流出量が多くなるため、導電体の流出箇所や流出した導電体の移動を制御する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、
基板と、
前記基板上に形成された下層配線と、前記下層配線上に当該下層配線に接続して設けられた第１のビアと、前記第１のビア上に当該第１のビアに接続して設けられた上層配線とを含む電気ヒューズであって、切断状態において、前記電気ヒューズを構成する導電体が外方に流出してなる流出部が形成されることにより切断される電気ヒューズと、
前記上層配線および前記下層配線の一方と同層に当該上層配線および前記下層配線の一方の側方に形成されるとともに、当該上層配線および前記下層配線の一方と電気的に接続された熱拡散用配線を含む熱拡散部と、
を含む半導体装置が提供される。
【００１１】
なお、本発明の電気ヒューズは以下の手順で切断することができる。
電気ヒューズの両端（下層配線側と上層配線側）に所定の電圧を印加して電気ヒューズに電流を流し、電気ヒューズを構成する導電体の電流による自己発熱を利用して当該導電体を膨張させる。当該導電体は周囲の絶縁膜に比べてより膨張するため、絶縁膜内にクラックが形成され、このクラックを満たすように当該導電体を上層配線から外方に流出させる。さらに、ビア内部の導電体が外方流出部に向けて移動するため、ビア部にボイドを形成して、切断が生じる。
【００１２】
本発明者の検討によれば、電気ヒューズを構成する導電体が過度に高温になると、上層配線の下方で流出部を形成する頻度が増加することが明らかになった。そして、この下方への流出部が下層配線と電気的に接続してショートを生じさせる可能性があることが明らかになった。上記のように、電気ヒューズの周囲に熱拡散用配線を設け、当該熱拡散用配線を電気ヒューズと電気的に接続することにより、電気ヒューズで発生した熱を、熱拡散用配線に逃がすことができ、電気ヒューズの過度の温度上昇を抑えることができる。これにより、切断時における上層配線の過度な加熱を抑えることができ、意図しない導電体の流出を防ぐことができる。その結果、切断後の電気ヒューズのショートも防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電気ヒューズの切断状態を良好に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下の実施の形態において、同様の構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１５】
本実施の形態において、電気ヒューズは、クラックアシスト型で切断される。クラックアシスト型で電気ヒューズを切断する手順は、以下のとおりである。
（１）電気ヒューズに適切なパワーを印加して、たとえば上層配線から電子を過剰に注入することで、配線およびビアを加熱する。
（２）加熱された配線およびビアを構成する導電体が膨張し、周囲の絶縁膜やバリアメタル膜にクラックが発生する。このとき、半導体基板の面内方向の面積が大きい配線（すなわち体積の大きい配線）周囲にクラックが発生する。
（３）絶縁膜やバリアメタル膜のクラック中に導電体が流出し、電気ヒューズを構成する導電体の密度が下がる。
（４）これに伴い、この密度低下を補償するように半導体基板の面内方向の面積が小さいビア部分（すなわち体積の小さいビア部分）の導電体が流出した方向に吸い上げられる。これにより、ビア部分に切断箇所が生じ、電気ヒューズが切断される。
【００１６】
図１５を参照して、クラックアシスト型で電気ヒューズを切断する際の動作を説明する。図１５は、電気ヒューズ１２００を含む半導体装置１１００の構成を示す断面図である。図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、それぞれ、電気ヒューズ１２００の切断前および切断後の状態を示す。ここでは、配線構造がデュアルダマシン構造を有する例を示す。
【００１７】
半導体装置１１００は、半導体基板（不図示）と、半導体基板上に、以下の順で形成されたエッチング阻止膜１１０２、層間絶縁膜１１０４、保護膜１１０６、エッチング阻止膜１１０８、層間絶縁膜１１１０、エッチング阻止膜１１１２、層間絶縁膜１１１４、保護膜１１１６およびエッチング阻止膜１１１８を含む。
【００１８】
図１５（ａ）に示すように、切断前状態において、電気ヒューズ１２００は、下層配線１１２２と、下層配線１１２２上に形成されたビア１１５１および上層配線１１５２とを含む。ここで、ビア１１５１および上層配線１１５２は、デュアルダマシン配線１１５４として一体に形成される。
【００１９】
下層配線１１２２は、エッチング阻止膜１１０２、層間絶縁膜１１０４および保護膜１１０６内に形成される。また、ビア１１５１は、エッチング阻止膜１１０８、層間絶縁膜１１１０およびエッチング阻止膜１１１２内に形成される。また、上層配線１１５２は、エッチング阻止膜１１１２、層間絶縁膜１１１４および保護膜１１１６内に形成される。
【００２０】
下層配線１１２２、ビア１１５１、および上層配線１１５２は、銅を主成分として含む銅含有金属膜等の導電体により構成される。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。
【００２１】
さらに、下層配線１１２２、およびデュアルダマシン配線１１５４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１１２０およびバリアメタル膜１１５０が形成されている。バリアメタル膜１１２０およびバリアメタル膜１１５０は、高融点金属を含む構成とすることができる。バリアメタル膜は、たとえば、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ等により構成することができる。
【００２２】
つまり、切断前の状態において、下層配線１１２２とビア１１５１との間には、バリアメタル膜１１５０がこれらに接して設けられる。
【００２３】
層間絶縁膜１１０４および層間絶縁膜１１１４は、ＳｉＯＣ等の低誘電率膜により構成することができる。層間絶縁膜１１０４および層間絶縁膜１１１４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。
【００２４】
また、層間絶縁膜１１１０は、層間絶縁膜１１０４や層間絶縁膜１１１４について上述したのと同様の材料により構成することができる。
【００２５】
この場合も、ビア１１５１は、半導体基板の面内方向における面積が配線に比べて非常に狭いので、配線部分に選択的にクラックを生じやすくすることができる。
【００２６】
エッチング阻止膜１１０８およびエッチング阻止膜１１１８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１１２２や上層配線１１５２を構成する銅の拡散を防止する機能を有する。また、本実施の形態において、電気ヒューズ１２００の被覆膜としても機能する。エッチング阻止膜１１０８およびエッチング阻止膜１１１８は、層間絶縁膜１１０４や層間絶縁膜１１１４よりもかたい材料により構成することができる。エッチング阻止膜１１０８およびエッチング阻止膜１１１８は、層間絶縁膜１１０４や層間絶縁膜１１１４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。エッチング阻止膜１１０８およびエッチング阻止膜１１１８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。
【００２７】
保護膜１１０６および保護膜１１１６は、下層配線１１２２および上層配線１１５２をそれぞれ化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing: ＣＭＰ）により研磨する際に、層間絶縁膜１１０４および層間絶縁膜１１１４を保護する機能を有する。保護膜１１０６および保護膜１１１６は、たとえば、ＳｉＯ２膜により構成することができる。
【００２８】
エッチング阻止膜１１０２およびエッチング阻止膜１１１２は、エッチング阻止膜１１０８およびエッチング阻止膜１１１８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、エッチング阻止膜１１０２およびエッチング阻止膜１１１２は、エッチング阻止膜１１０８およびエッチング阻止膜１１１８と同様の材料により構成された第１の絶縁膜と、その上に形成され保護膜１１０６および保護膜１１１６と同様の材料により構成された第２の絶縁膜との積層膜とすることもできる。
【００２９】
なお、以上の構成の下層配線１１２２、ビア１１５１、および上層配線１１５２等は、通常の多層配線構造と同工程で形成することができる。これにより、特別な工程を追加することなく、電気ヒューズ１２００を形成することができる。
【００３０】
以上により、たとえばデュアルダマシン配線１１５４の周囲がバリアメタル膜１１５０およびエッチング阻止膜１１１８等の被覆膜で覆われ、さらにその周囲に被覆膜よりも柔らかい材料である層間絶縁膜１１１４が形成された構成とすることができる。また、上層配線１１５２は、ビア１１５１や下層配線１１２２よりも、半導体基板の面内方向における面積が広く形成される。
【００３１】
次に、このような構成の電気ヒューズ１２００を切断する手順を説明する。
上層配線１１５２と下層配線１１２２との間に所定の電圧を印加して電気ヒューズ１２００に適切なパワーが印加されると、電気ヒューズ１２００の上層配線１１５２を構成する導電体が膨張する。導電体の膨張に伴い、バリアメタル膜１１５０やエッチング阻止膜１１１８等にクラックが生じ、上層配線１１５２を構成する導電体がクラックから周囲の膜中に流出する。つまり、上層配線１１５２を構成する導電体が、配線溝外部に流出する。これにより、図１５（ｂ）に示すように、流出部１１４２が形成される。
【００３２】
さらに、導電体が流出部１１４２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１１５１部分で導電体が切断され、空隙部１１４０が形成される。このようなメカニズムにより、流出部１１４２からある程度離れた箇所に大きな空隙部１１４０が形成される。
【００３３】
また、本実施の形態において、ビア１１５１と下層配線１１２２との間にバリアメタル膜１１５０が設けられているため、バリアメタル膜１１５０が下層配線１１２２から剥離しやすく、バリアメタル膜１１５０と下層配線１１２２との間に空隙部１１４０が形成されやすくなる。
【００３４】
さらに、切断状態において、ビア１１５１を構成する導電体がバリアメタル膜１１５０とともに移動してバリアメタル膜１１５０と下層配線１１２２との間に空隙部１１４０が形成される。そのため、この後の工程で熱処理等が行われても、バリアメタル膜１１５０や銅含有金属膜により構成された導電体が再び移動して下層配線１１２２との間で再接続が生じるのを防ぐことができる。これにより、半導体装置１１００の耐熱性を向上することができる。
【００３５】
電気ヒューズ１２００を、以上のようなメカニズムのクラックアシスト型で切断することにより、必然的に空隙部１１４０が流出部１１４２とは異なる領域に形成される。これによって、電気ヒューズ１２００の再接続を防ぐことができる。
【００３６】
このようにクラックアシスト型で切断する電気ヒューズ１２００は、エレクトロマイグレーションを利用した電気ヒューズよりも高い耐熱性を有する。しかし、車載デバイス等、より高い信頼性を要求される場合に対応するためには、さらに耐熱性を向上させることが望まれている。とくに、電気ヒューズ１２００に適当な条件の電圧を印加し、電気ヒューズ１２００に空隙部（ボイド）１１４０を形成する際に過剰な熱が発生すると、ビア１１５１周りの層間絶縁膜が消失することがある。また、上層配線１１５２においても過剰な熱発生によって、下側の層間絶縁膜中へ意図しないクラックが発生することがある。この両者が同一の電気ヒューズ１２００で発生し、さらに熱ストレスが印加されると、消失した層間絶縁膜の部分に上層配線１１５２から配線材料が流出してしまう。そして、その配線材料が上層配線１１５２と下層配線１１２２とを導通させ、ビア１１５１に形成された空隙部１１４０を迂回する電流パスが形成される。その結果、電気ヒューズ１２００を切断して高抵抗となった電気ヒューズ１２００が低抵抗となり、プログラム情報が破壊されてしまうことになる。
【００３７】
以下の実施の形態において、電気ヒューズ本体（上層配線または下層配線）の周囲に熱拡散用配線を設け、当該熱拡散用配線を電気ヒューズと電気的に接続する。具体的には、電気ヒューズの上層配線または下層配線の少なくとも一方と同層に、当該上層配線または下層配線の側方に、当該上層配線または下層配線と電気的に接続された熱拡散用配線を含む熱拡散部を設ける。ここで、熱拡散用配線は、当該上層配線または下層配線がビアと接続された箇所において、当該上層配線または下層配線の側方に形成された構成とすることができる。さらに、熱拡散用配線は、当該上層配線または下層配線と並行して設けられた構成とすることができる。
【００３８】
これにより、電気ヒューズで発生した熱を、熱拡散用配線に逃がすことができ、電気ヒューズの過度の温度上昇を抑えることができる。以下の実施の形態では、主に上層配線でクラックを優先的に発生させ、加えて上層配線の上側へのみクラックを発生させることが望ましい。上層配線の周囲に熱拡散用配線を設け、当該熱拡散用配線を上層配線と接続させた場合、特に上層配線の異常な温度上昇を抑制でき、下側へのクラックの発生の防止に効果がある。一方、下層配線の周囲に熱拡散用配線を設け、当該熱拡散用配線を下層配線と接続させた場合、下層配線及びビア底部での異常発熱によって引き起こされる層間絶縁膜の消失の抑制に特に効果がある。下層配線は基板に近いため元来放熱されやすい。本提案のように熱拡散部を設けることで放熱をより促進することができる。これによってビア周りが高温に曝される時間を短くすることができるため層間絶縁膜の消失を防止できる。いずれにしても、結果として、低抵抗化の原因の発生を抑制できるため、高い信頼性を得ることができる。ここで、熱拡散用配線は、電気ヒューズを構成する上層配線や下層配線よりも熱容量が大きくなるように構成することができる。
【００３９】
（第１の実施の形態）
以下に、本実施の形態における半導体装置の構成を説明する。
図１および図２は、本実施の形態における電気ヒューズ１００の構成の一例を示す平面模式図である。また、図３および図４は、図１の断面図である。図３は、図１のＡ−Ａ’断面図、図４は、図１のｂ−ｂ’断面図である。
【００４０】
半導体装置２００は、シリコン基板等の半導体基板（基板、不図示）上に形成された電気ヒューズ１００を含む。図１は、説明のために、上層配線１１０、ビア１３０、および下層配線１２０を示している。図２（ａ）は、上層配線１１０が形成された層の構成を示す平面図である。図２（ｂ）は、下層配線１２０が形成された層の構成を示す平面図である。
【００４１】
電気ヒューズ１００は、上層配線１１０と、下層配線１２０と、上層配線１１０および下層配線１２０を接続するビア１３０とを含む。本実施の形態において、電気ヒューズ１００は、図１５を参照して説明した電気ヒューズ１２００と同様の構成を有することができる。たとえば、下層配線１２０、ビア１３０、および上層配線１１０は、それぞれ下層配線１１２２、ビア１１５１、および上層配線１１５２と同様の構成とすることができる。すなわち、下層配線１２０、ビア１３０、および上層配線１１０は、銅含有金属膜により構成することができる。また、ここでは図示していないが、下層配線１２０、ビア１３０、および上層配線１１０の側面および底面にも、バリアメタル膜１１２０やバリアメタル膜１１５０と同様のバリアメタル膜が設けられた構成とすることができる。
【００４２】
また、本実施の形態において、上層配線１１０が、下層配線１２０に比べてより膨張して上層配線１１０で導電体の流出が生じるように制御するため、上層配線１１０は、下層配線１２０よりも体積が大きくなるように設けられる。たとえば、上層配線１１０および下層配線１２０がそれぞれ、ビア１３０に接続された部分であって、他の部分に比べて細幅となっている部分につき、上層配線１１０の方が、下層配線１２０よりも長くなるようにすることができる。ただし、この構成は一例であって、上層配線１１０が下層配線１２０よりも膨張しやすくなっていれば、どのような構成とすることもできる。これにより、電気ヒューズ１００を切断する際に、上層配線１１０周囲にクラックが生じやすいようにすることができる。なお、上層配線１１０は、同層に形成された上層端子１１１と接続されており、下層配線１２０は、同層に形成された下層端子１２１と接続されている。上層端子１１１および下層端子１２１も、それぞれ、上層配線１１０および下層配線１２０と同じ材料により構成することができる。
【００４３】
また、本実施の形態において、電気ヒューズ１００は、半導体装置２００中に設けられる。図３に示すように、半導体装置２００は、層間絶縁膜２０２、エッチング阻止膜２０４、層間絶縁膜２０６、層間絶縁膜２０８、および層間絶縁膜２１０がこの順で積層した構成を有する。ここでは、保護膜やエッチング阻止膜を一部省略しているが、これらの積層膜も、図１５を参照して説明したのと同様とすることができる。
【００４４】
下層配線１２０は、層間絶縁膜２０２中に設けられる。ビア１３０は、エッチング阻止膜２０４および層間絶縁膜２０６中に設けられる。上層配線１１０は、層間絶縁膜２０８中に設けられる。また、ここでは、ビア１３０と上層配線１１０とを別々に示しているが、これらも図１５に示したデュアルダマシン配線１１５４と同様に、デュアルダマシン構造とすることもできる。
【００４５】
また、本実施の形態において、半導体装置２００は、熱拡散部１５０ａ、熱拡散部１５０ｂ、および上部プレート電極１５６を含む。熱拡散部１５０ａ、熱拡散部１５０ｂ、および上部プレート電極１５６は、導電性材料により構成することができる。熱拡散部１５０ａおよび熱拡散部１５０ｂは、図１のＡ−Ａ’線に対して対称に形成することができる。
【００４６】
本実施の形態において、図４に示すように、熱拡散部１５０ａは、接続配線１５８ａ、熱拡散用上層配線１５２ａ、熱拡散用下層ビア１５３ａ、熱拡散用下層配線１５４ａ、および熱拡散用上層ビア１５１ａを含む。また、熱拡散部１５０ｂは、接続配線１５８ｂ、熱拡散用上層配線１５２ｂ、熱拡散用下層ビア１５３ｂ、熱拡散用下層配線１５４ｂ、および熱拡散用上層ビア１５１ｂを含む。
【００４７】
接続配線１５８ａおよび熱拡散用上層配線１５２ａ、ならびに接続配線１５８ｂおよび熱拡散用上層配線１５２ｂは、上層配線１１０と同層に形成される。熱拡散用下層ビア１５３ａおよび熱拡散用下層ビア１５３ｂは、ビア１３０と同層に形成される。熱拡散用下層配線１５４ａおよび熱拡散用下層配線１５４ｂは、下層配線１２０と同層に形成される。熱拡散用上層ビア１５１ａおよび熱拡散用上層ビア１５１ｂは、それぞれ、熱拡散用上層配線１５２ａおよび熱拡散用上層配線１５２ｂ上に形成される。上部プレート電極１５６は、熱拡散用上層ビア１５１ａおよび熱拡散用上層ビア１５１ｂ上に形成される。
【００４８】
図２（ａ）に示すように、熱拡散用上層配線１５２ａは、上層配線１１０の側方に形成される。また、接続配線１５８ａは、熱拡散用上層配線１５２ａと上層配線１１０とを接続する。同様に、熱拡散用上層配線１５２ｂも上層配線１１０の側方に形成される。接続配線１５８ｂは、熱拡散用上層配線１５２ｂと上層配線１１０とを接続する。上層配線１１０は、熱拡散用上層配線１５２ａと熱拡散用上層配線１５２ｂとにより、両側方が囲まれた構成となっている。本実施の形態において、熱拡散部１５０ａおよび熱拡散部１５０ｂは、上層配線１１０と電気的に接続された構成となっている。また、上部プレート電極１５６は、熱拡散部１５０ａおよび熱拡散部１５０ｂと電気的に接続されている。従って、熱拡散部１５０ａ、熱拡散部１５０ｂ、および上部プレート電極１５６は、上層配線１１０と同電位とされる。すなわち、本実施の形態において、上部プレート電極１５６も熱拡散部の一部として機能する。
【００４９】
また、熱拡散用下層ビア１５３ａ、熱拡散用下層配線１５４ａ、および熱拡散用上層ビア１５１ａは、平面視で熱拡散用上層配線１５２ａと少なくとも１部が重なる位置に設けられる。同様に、熱拡散用下層ビア１５３ｂ、熱拡散用下層配線１５４ｂ、および熱拡散用上層ビア１５１ｂは、平面視で熱拡散用上層配線１５２ｂと少なくとも１部が重なる位置に設けられる。また、本実施の形態において、接続配線１５８ａと接続配線１５８ｂとは、同一直線上に形成されており、上層配線１１０と直交する構成とすることができる。本実施の形態において、ビア１３０は、上層配線１１０が接続配線１５８ａおよび接続配線１５８ｂと交差する箇所で、上層配線１１０と接続されている。更にまた、接続配線１５８ａおよび接続配線１５８ｂは、それぞれ、上層配線１１０よりも幅が広く形成される。これらにより、電気ヒューズの上層配線の放熱効果をより高めることができる。
【００５０】
本実施の形態において、熱拡散用上層配線１５２ａおよび熱拡散用上層配線１５２ｂは、平面視で直線形状に設けられる。また、熱拡散用上層配線１５２ａおよび熱拡散用上層配線１５２ｂは、上層配線１１０に略平行に設けられる。さらに、熱拡散用下層配線１５４ａは、平面視で熱拡散用上層配線１５２ａと同形状に形成されている。また、熱拡散用下層配線１５４ｂは、平面視で熱拡散用上層配線１５２ｂと同形状に形成されている。
【００５１】
本実施の形態において、熱拡散部１５０ａおよび熱拡散部１５０ｂが電気ヒューズ１００の両側方に、下層配線１２０が形成された層から上層配線１１０が形成された層にわたって形成されるとともに、さらにその上層にも連続的に形成されることにより、熱拡散部１５０ａおよび熱拡散部１５０ｂをガードリングとしても機能させることができる。
【００５２】
本実施の形態における半導体装置２００によれば、電気ヒューズ１００の周囲に熱拡散部１５０ａや熱拡散部１５０ｂを設けているため、電気ヒューズ１００に発生した熱をより熱容量が大きい熱拡散部１５０ａや熱拡散部１５０ｂに逃がすことができ、電気ヒューズ１００の過度の温度上昇を抑えることができる。
【００５３】
図１４は、本実施の形態における電気ヒューズ１００の効果を説明するための断面図である。本実施の形態において、熱拡散用上層配線１５２ａおよび熱拡散用上層配線１５２ｂが上層配線１１０と電気的に接続されているので、電気ヒューズ１００の切断時に電気ヒューズ１００に熱が発生した場合に、熱を熱拡散用上層配線１５２ａおよび熱拡散用上層配線１５２ｂに逃がして熱を拡散することができる。これにより、電気ヒューズ１００の過度の温度上昇を抑えることができる。そのため、特に上層配線１１０の異常な温度上昇を抑制でき、ビア１３０周囲の層間絶縁膜の消失や下側へのクラックの発生を防止することができる。結果として、低抵抗化の原因の発生を抑制でき、高い信頼性を得ることができる。なお、本実施の形態では上層配線１１０を熱拡散用上層配線１５２ａおよび熱拡散用上層配線１５２ｂと接続する構成を示したが、下層配線１２０を熱拡散用上層配線１５４ａおよび熱拡散用上層配線１５４ｂと接続する構成であってもよい。
【００５４】
（第２の実施の形態）
図５および図６は、本実施の形態における半導体装置２００の構成の一例を示す平面模式図である。また、図７は、図５のｂ−ｂ’断面図である。
【００５５】
図５は、説明のために、上層配線１１０、ビア１３０、および下層配線１２０を示している。図６（ａ）は、上層配線１１０が形成された層の構成を示す平面図である。図６（ｂ）は、下層配線１２０が形成された層の構成を示す平面図である。
【００５６】
本実施の形態において、下層配線１２０の両側方に形成された熱拡散用下層配線１５４ａおよび熱拡散用下層配線１５４ｂが、下層配線１２０と電気的に接続されている点で第１の実施の形態と異なる。熱拡散用下層配線１５４ａは、接続配線１６０ａを介して下層配線１２０と電気的に接続される。また、熱拡散用下層配線１５４ｂは、接続配線１６０ｂを介して下層配線１２０と電気的に接続される。また、本実施の形態において、接続配線１６０ａと接続配線１６０ｂとは、同一直線上に形成されており、下層配線１２０と直交する構成とすることができる。
【００５７】
本実施の形態においても、上層配線１１０が形成された層は、第１の実施の形態と同様の構成とすることができる。本実施の形態において、上層配線１１０が接続配線１５８ａおよび接続配線１５８ｂと交差する箇所、および下層配線１２０が接続配線１６０ａおよび接続配線１６０ｂと交差する箇所は平面視で重なる構成とすることができる。また、ビア１３０は、この交差する箇所で上層配線１１０および下層配線１２０に接続される。更に接続配線１６０ａおよび接続配線１６０ｂは、それぞれ、下層配線１２０よりも幅が広く形成される。これらにより、上層配線１１０だけでなく下層配線１２０及びビア１３０底部の放熱効果を高めることができ、限定的にビア１３０内部を暖めることができる。その結果、より確実にビア１３０部分で切断を行うことができる。
【００５８】
本実施の形態において、熱拡散用下層配線１５４ａは、熱拡散用上層配線１５２ａとは直接には電気的に接続されていない。また、熱拡散用下層配線１５４ｂは、熱拡散用上層配線１５２ｂとは直接には電気的に接続されていない。本実施の形態において、切断前の状態では、上層配線１１０と下層配線１２０とはビア１３０のみで電気的に接続されている。そのため、ビア部に切断箇所を形成することによって、切断後の状態において上層配線１１０と下層配線１２０とを電気的に分離することができる。つまり、電気ヒューズとして機能させるためにはこれまでと同じくビア部のみを切断すればよい。なお、切断後の状態においても熱拡散用上層配線１５２ａ、熱拡散用上層ビア１５１ａ、上部プレート電極１５６、熱拡散用上層配線１５２ｂ、および熱拡散用上層ビア１５１ｂは、上層配線１１０と同電位とされる。一方、熱拡散用下層配線１５４ａおよび熱拡散用下層配線１５４ｂは、下層配線１２０と同電位にされる。
【００５９】
本実施の形態において、接続配線１５８ａ、熱拡散用上層配線１５２ａおよび熱拡散用上層ビア１５１ａ、接続配線１５８ｂ、熱拡散用上層配線１５２ｂおよび熱拡散用上層ビア１５１ｂ、接続配線１６０ａおよび熱拡散用下層配線１５４ａ、ならびに接続配線１６０ｂおよび熱拡散用下層配線１５４ｂがそれぞれ熱拡散部として機能する。また、上部プレート電極１５６も熱拡散部の一部として機能する。
【００６０】
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００６１】
（第３の実施の形態）
図８および図９は、本実施の形態における半導体装置２００の構成の一例を示す平面模式図である。本実施の形態において、接続配線１５８ａおよび接続配線１５８ｂが上層配線１１０と接続する箇所が第１の実施の形態と異なる。本実施の形態において、接続配線１５８ａおよび接続配線１５８ｂは、上層配線１１０がビア１３０と接続される箇所よりも、上層端子１１１に近い位置で上層配線１１０と接続されている。
【００６２】
図８は、説明のために、上層配線１１０、ビア１３０、および下層配線１２０を示している。図９（ａ）は、上層配線１１０が形成された層の構成を示す平面図である。図９（ｂ）は、下層配線１２０が形成された層の構成を示す平面図である。本実施の形態においても、図８のＡ−Ａ’断面図は、図３に示したのと同様になる。また、図１０は、図８のｂ−ｂ’断面図である。
【００６３】
本実施の形態においても第１の実施の形態と同様に、接続配線１５８ａ、熱拡散用上層配線１５２ａ、熱拡散用下層ビア１５３ａ、熱拡散用下層配線１５４ａ、および熱拡散用上層ビア１５１ａにより熱拡散部１５０ａが構成される。また、接続配線１５８ｂ、熱拡散用上層配線１５２ｂ、熱拡散用下層ビア１５３ｂ、熱拡散用下層配線１５４ｂ、および熱拡散用上層ビア１５１ｂにより熱拡散部１５０ｂが構成される。熱拡散部１５０ａおよび熱拡散部１５０ｂは、上層配線１１０と電気的に接続された構成となっている。また、上部プレート電極１５６は、熱拡散部１５０ａおよび熱拡散部１５０ｂと電気的に接続されている。従って、熱拡散部１５０ａ、熱拡散部１５０ｂ、および上部プレート電極１５６は、上層配線１１０と同電位とされる。すなわち、本実施の形態において、上部プレート電極１５６も熱拡散部の一部として機能する。なお、熱拡散部を熱拡散用上層配線１５２ａ、接続配線１５８ａ、熱拡散用上層配線１５２ｂ、接続配線１５８ｂのみとする構成としても良い。
【００６４】
第１の実施の形態で説明したように、接続配線１５８ａおよび接続配線１５８ｂを、上層配線１１０がビア１３０と接続する箇所で接続することにより、熱拡散部１５０ａおよび熱拡散部１５０ｂによる放熱効果を高めることができる。一方、電気ヒューズ１００を切断するためには、電気ヒューズ１００にある程度の熱がかかる必要がある。そのため、放熱効果が高すぎると、電気ヒューズ１００の切断を行いにくくなる可能性がある。電気ヒューズ１００を用いる半導体装置２００の使用環境や半導体装置２００に含まれる他の素子のレイアウト等に応じて、接続配線１５８ａや接続配線１５８ｂを設ける位置を適宜設定することができる。
【００６５】
（第４の実施の形態）
図１１は、本実施の形態における半導体装置２００の構成の一例を示す平面模式図である。
図１１（ａ）は、説明のために、上層配線１１０、ビア１３０、および下層配線１２０を示している。また、図１１（ｂ）は、上層配線１１０が形成された層の構成を示す平面図、図１１（ｃ）は、下層配線１２０が形成された層の構成を示す平面図である。
【００６６】
本実施の形態において、下層配線１２０の両側方に形成された熱拡散用下層配線１５４ａおよび熱拡散用下層配線１５４ｂが、下層配線１２０と電気的に接続されている点で第３の実施の形態と異なる。また、接続配線１６０ａおよび接続配線１６０ｂが下層配線１２０と接続する箇所が第２の実施の形態と異なる。
【００６７】
本実施の形態においても、図１１（ａ）のＡ−Ａ’断面図は、図３に示したのと同様になる。また、図１２は、図１１（ａ）のｂ−ｂ’断面図である。
【００６８】
本実施の形態において、熱拡散用下層配線１５４ａは、熱拡散用上層配線１５２ａとは直接には電気的に接続されていない。また、熱拡散用下層配線１５４ｂは、熱拡散用上層配線１５２ｂとは直接には電気的に接続されていない。本実施の形態において、切断前の状態では、上層配線１１０と下層配線１２０とはビア１３０のみで電気的に接続されている。そのため、ビア部に切断箇所を形成することによって、切断後の状態において上層配線１１０と下層配線１２０とを電気的に分離することができる。つまり、電気ヒューズとして機能させるためにはこれまでと同じくビア部のみを切断すればよい。なお、切断後の状態においても熱拡散用上層配線１５２ａ、熱拡散用上層ビア１５１ａ、上部プレート電極１５６、熱拡散用上層配線１５２ｂ、および熱拡散用上層ビア１５１ｂは、上層配線１１０と同電位とされる。一方、熱拡散用下層配線１５４ａおよび熱拡散用下層配線１５４ｂは、下層配線１２０と同電位にされる。
【００６９】
本実施の形態において、接続配線１５８ａ、熱拡散用上層配線１５２ａおよび熱拡散用上層ビア１５１ａ、接続配線１５８ｂ、熱拡散用上層配線１５２ｂおよび熱拡散用上層ビア１５１ｂ、接続配線１６０ａおよび熱拡散用下層配線１５４ａ、ならびに接続配線１６０ｂおよび熱拡散用下層配線１５４ｂがそれぞれ熱拡散部として機能する。また、上部プレート電極１５６も熱拡散部の一部として機能する。なお、熱拡散部を、熱拡散用上層配線１５２ａ、接続配線１５８ａ、熱拡散用上層配線１５２ｂ、接続配線１５８ｂならびに、接続配線１６０ａおよび熱拡散用下層配線１５４ａ、ならびに接続配線１６０ｂおよび熱拡散用下層配線１５４ｂのみとする構成としても良い。
【００７０】
（第５の実施の形態）
図１６は、本実施の形態における半導体装置２００の構成の一例を示す平面模式図である。また、図１７は、図１６のＡ−Ａ‘断面図、図１８は、図１６のｂ−ｂ’断面図である。図１６は、説明のために、上層配線１１０、ビア１３０、下層配線１２０、およびビア１７０を示している。
【００７１】
本実施の形態において、半導体装置２００は、上層配線１１０と上部プレート電極１５６とを接続するビア１７０（第３のビア）をさらに含む。また、半導体装置２００は、第１の実施の形態で説明したような接続配線１５８ａや接続配線１５８ｂを有しない。本実施の形態において、上層配線１１０は、ビア１７０、上部プレート電極１５６、熱拡散用上層ビア１５１ａ（第４のビア）を介して熱拡散用上層配線１５２ａに接続される。また、上層配線１１０は、ビア１７０、上部プレート電極１５６、熱拡散用上層ビア１５１ｂ（第４のビア）を介して熱拡散用上層配線１５２ｂに接続される。
【００７２】
また、ここでは上層配線１１０の上層に上部プレート電極１５６が形成された例を示したが、半導体装置２００は、下層配線１２０のさらに下層に設けられた下部プレート電極と、下層配線１２０と下部プレート電極とを接続するビア（第５のビア）と、下部プレート電極と熱拡散用下層配線１５４ａまたは熱拡散用下層配線１５４ｂとを接続するビア（第６のビア）と、を含む構成とすることもできる。
【００７３】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００７４】
図１３は、図８に示した半導体装置２００の他の例を示す平面模式図である。
ここで、上層配線１１０の両側方ではなく、一側方にのみ熱拡散用上層配線１５２ａが設けられている点で図８に示した例と異なる。このように熱拡散用上層配線１５２ａを上層配線１１０の一側方のみに配置した場合でも、上層配線１１０が熱拡散用上層配線１５２ａと電気的に接続されているため、電気ヒューズ１００に発生した熱を熱拡散用上層配線１５２ａに逃すことができる。
【００７５】
なお、熱拡散部の熱拡散用配線の構成は、種々の組み合わせとすることができる。たとえば、第１の実施の形態および第２の実施の形態で示した構成の半導体装置２００においても、上層配線１１０の両側方ではなく、一側方にのみ熱拡散用上層配線１５２ａが設けられた構成とすることができる。
【００７６】
また、熱拡散用配線は、たとえば上層配線１１０の両側方に設けてもよく、上層配線１１０の一側方のみに設けてもよい。さらに、上層配線１１０および下層配線１２０の両側方または一側方にそれぞれ設けることもできる。また、熱拡散部は、下層配線１２０と同層、ビア１３０と同層、および上層配線１１０と同層に配線およびビアを連続的に接続して形成し、これを上層配線１１０または下層配線１２０のいずれか一方と電気的に接続するようにすることができる。また、他の例として、下層配線１２０と同層、および上層配線１１０と同層にそれぞれ配線を形成し、これをそれぞれ上層配線１１０および下層配線１２０と電気的に接続するようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態における電気ヒューズを含む半導体装置の構成の一例を示す平面模式図である。
【図２】本発明の実施の形態における電気ヒューズを含む半導体装置の構成の一例を示す平面模式図である。
【図３】図１のＡ−Ａ’断面図である。
【図４】図１のｂ−ｂ’断面図である。
【図５】本発明の実施の形態における電気ヒューズを含む半導体装置の構成の一例を示す平面模式図である。
【図６】本発明の実施の形態における電気ヒューズを含む半導体装置の構成の一例を示す平面模式図である。
【図７】図５のｂ−ｂ’断面図である。
【図８】本発明の実施の形態における電気ヒューズを含む半導体装置の構成の一例を示す平面模式図である。
【図９】本発明の実施の形態における電気ヒューズを含む半導体装置の構成の一例を示す平面模式図である。
【図１０】図８のｂ−ｂ’断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態における電気ヒューズを含む半導体装置の構成の一例を示す平面模式図である。
【図１２】図１１のｂ−ｂ’断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態における電気ヒューズを含む半導体装置の他の例を示す平面模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態における電気ヒューズを含む半導体装置の効果を説明するための断面図である。
【図１５】クラックアシスト型で電気ヒューズを切断する際の動作を説明するための断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態における電気ヒューズを含む半導体装置の構成の一例を示す平面模式図である。
【図１７】図１６のＡ−Ａ’断面図である。
【図１８】図１６のｂ−ｂ’断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１００ 電気ヒューズ
１１０ 上層配線
１１１ 上層端子
１２０ 下層配線
１２１ 下層端子
１３０ ビア
１５０ａ 熱拡散部
１５０ｂ 熱拡散部
１５１ａ 熱拡散用上層ビア
１５１ｂ 熱拡散用上層ビア
１５２ａ 熱拡散用上層配線
１５２ｂ 熱拡散用上層配線
１５３ａ 熱拡散用下層ビア
１５３ｂ 熱拡散用下層ビア
１５４ａ 熱拡散用下層配線
１５４ｂ 熱拡散用下層配線
１５６ 上部プレート電極
１５８ａ 接続配線
１５８ｂ 接続配線
１６０ａ 接続配線
１６０ｂ 接続配線
１７０ ビア
２００ 半導体装置
２０２ 層間絶縁膜
２０４ エッチング阻止膜
２０６ 層間絶縁膜
２０８ 層間絶縁膜
２１０ 層間絶縁膜
１１００ 半導体装置
１１０２ エッチング阻止膜
１１０４ 層間絶縁膜
１１０６ 保護膜
１１０８ エッチング阻止膜
１１１０ 層間絶縁膜
１１１２ エッチング阻止膜
１１１４ 層間絶縁膜
１１１６ 保護膜
１１１８ エッチング阻止膜
１１２０ バリアメタル膜
１１２２ 下層配線
１１４０ 空隙部
１１４２ 流出部
１１５０ バリアメタル膜
１１５１ ビア
１１５２ 上層配線
１１５４ デュアルダマシン配線
１２００ 電気ヒューズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に関し、とくに電気ヒューズを含む半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置にヒューズを搭載しておき、ヒューズを切断することにより半導体装置で使用する抵抗の値を調整したり、不良素子を切り離して正常素子に置き換える等の処理を行う技術が知られている。
【０００３】
ヒューズの切断方法には、ヒューズの一部にレーザを照射することによりヒューズを切断する方式や、ヒューズを電流により切断する方式が用いられている。
【０００４】
特許文献１から３には、ヒューズを構成する材料がエレクトロマイグレーションにより移動する現象を用いて切断される電気ヒューズが開示されている。
【０００５】
特許文献１（特開２００５−３９２２０号公報）には、より小さい電流により切断可能なヒューズが開示されている。特許文献１において、ヒューズを構成する導電体が複数回折り返す形状に形成されている。また、特許文献２（特開２００５−５７１８６号公報）には、ヒューズ溶断部の下方および上方がプレートで覆われ、側方がビアで覆われた構成が記載されている。
【０００６】
特許文献３（特開２００６−２５３２３７号公報）には、第１の配線と、第１の配線の上方に絶縁膜を挟んで形成された第２の配線と、第１の配線と第２の配線とを接続するように絶縁膜中に形成された第１のビアとからなるヒューズ素子が記載されている。ここで、第１のビアの主要部は、第１の配線および第２の配線のそれぞれの主要部と比べてエレクトロマイグレーションを起こしやすい材料により構成されている。また、ビアの周囲にビアを加熱するヒータ配線を設けた構成が記載されている。これにより、ビア切断時におけるビア周囲の温度を上げることができ、効率的にビアを切断できるとされている。
【特許文献１】特開２００５−３９２２０号公報
【特許文献２】特開２００５−５７１８６号公報
【特許文献３】特開２００６−２５３２３７号公報
【特許文献４】特開２００７−３０５６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１から３に記載されたように、ヒューズを構成する材料がエレクトロマイグレーションにより移動する現象を用いてヒューズを切断した場合、ヒューズ切断後に半導体装置に熱処理が施されたり、半導体装置自体が実使用時に発生させる熱に曝されたりすることで、材料が移動し、その結果、切断箇所で再接続が生じる可能性が考えられる。もし、このような再接続が生じてしまうと、切断対象の電気ヒューズを切断しておいても、その電気ヒューズが切断されているか否かを検知する際に、正しい結果が得られないことになる。以上のような再接続が生じる可能性はそれほど高くなく、通常の動作に用いる分には問題はないと考えられるが、半導体装置の信頼性が非常に高度に要求される場合や過酷な条件下で使用される場合等は、切断された電気ヒューズが切断状態を保持する保持特性をより高める必要がある。
【０００８】
このような問題を解決すべく、近年、特許文献４（特開２００７−３０５６９３号公報）に記載されたように、クラックアシスト型と呼ばれる、新たな電気ヒューズの切断方法が提案されている。この方法では、電気ヒューズの構成や電気ヒューズへの電圧印加方法等を制御することにより、電気ヒューズ切断時に、電気ヒューズの一部で電気ヒューズを構成する導電体を強制的に外方、すなわち導電体の周囲の絶縁膜中に流出させ、材料の移動・供給のバランスを崩すことにより、他の部分に大きな切断箇所を形成する。これにより、切断された電気ヒューズが再接続される可能性を大幅に低減することができ、切断状態を良好に保つことができる。
【０００９】
しかし、このような方法で切断した電気ヒューズにおいては、導電体の流出量が多くなるため、導電体の流出箇所や流出した導電体の移動を制御する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、
基板と、
前記基板上に形成された下層配線と、前記下層配線上に当該下層配線に接続して設けられた第１のビアと、前記第１のビア上に当該第１のビアに接続して設けられた上層配線とを含む電気ヒューズであって、切断状態において、前記電気ヒューズを構成する導電体が外方に流出してなる流出部が形成されることにより切断される電気ヒューズと、
前記上層配線および前記下層配線の一方と同層に当該上層配線および前記下層配線の一方の側方に形成されるとともに、当該上層配線および前記下層配線の一方と電気的に接続された熱拡散用配線を含む熱拡散部と、
を含む半導体装置が提供される。
【００１１】
なお、本発明の電気ヒューズは以下の手順で切断することができる。
電気ヒューズの両端（下層配線側と上層配線側）に所定の電圧を印加して電気ヒューズに電流を流し、電気ヒューズを構成する導電体の電流による自己発熱を利用して当該導電体を膨張させる。当該導電体は周囲の絶縁膜に比べてより膨張するため、絶縁膜内にクラックが形成され、このクラックを満たすように当該導電体を上層配線から外方に流出させる。さらに、ビア内部の導電体が外方流出部に向けて移動するため、ビア部にボイドを形成して、切断が生じる。
【００１２】
本発明者の検討によれば、電気ヒューズを構成する導電体が過度に高温になると、上層配線の下方で流出部を形成する頻度が増加することが明らかになった。そして、この下方への流出部が下層配線と電気的に接続してショートを生じさせる可能性があることが明らかになった。上記のように、電気ヒューズの周囲に熱拡散用配線を設け、当該熱拡散用配線を電気ヒューズと電気的に接続することにより、電気ヒューズで発生した熱を、熱拡散用配線に逃がすことができ、電気ヒューズの過度の温度上昇を抑えることができる。これにより、切断時における上層配線の過度な加熱を抑えることができ、意図しない導電体の流出を防ぐことができる。その結果、切断後の電気ヒューズのショートも防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電気ヒューズの切断状態を良好に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下の実施の形態において、同様の構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１５】
本実施の形態において、電気ヒューズは、クラックアシスト型で切断される。クラックアシスト型で電気ヒューズを切断する手順は、以下のとおりである。
（１）電気ヒューズに適切なパワーを印加して、たとえば上層配線から電子を過剰に注入することで、配線およびビアを加熱する。
（２）加熱された配線およびビアを構成する導電体が膨張し、周囲の絶縁膜やバリアメタル膜にクラックが発生する。このとき、半導体基板の面内方向の面積が大きい配線（すなわち体積の大きい配線）周囲にクラックが発生する。
（３）絶縁膜やバリアメタル膜のクラック中に導電体が流出し、電気ヒューズを構成する導電体の密度が下がる。
（４）これに伴い、この密度低下を補償するように半導体基板の面内方向の面積が小さいビア部分（すなわち体積の小さいビア部分）の導電体が流出した方向に吸い上げられる。これにより、ビア部分に切断箇所が生じ、電気ヒューズが切断される。
【００１６】
図１５を参照して、クラックアシスト型で電気ヒューズを切断する際の動作を説明する。図１５は、電気ヒューズ１２００を含む半導体装置１１００の構成を示す断面図である。図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、それぞれ、電気ヒューズ１２００の切断前および切断後の状態を示す。ここでは、配線構造がデュアルダマシン構造を有する例を示す。
【００１７】
半導体装置１１００は、半導体基板（不図示）と、半導体基板上に、以下の順で形成されたエッチング阻止膜１１０２、層間絶縁膜１１０４、保護膜１１０６、エッチング阻止膜１１０８、層間絶縁膜１１１０、エッチング阻止膜１１１２、層間絶縁膜１１１４、保護膜１１１６およびエッチング阻止膜１１１８を含む。
【００１８】
図１５（ａ）に示すように、切断前状態において、電気ヒューズ１２００は、下層配線１１２２と、下層配線１１２２上に形成されたビア１１５１および上層配線１１５２とを含む。ここで、ビア１１５１および上層配線１１５２は、デュアルダマシン配線１１５４として一体に形成される。
【００１９】
下層配線１１２２は、エッチング阻止膜１１０２、層間絶縁膜１１０４および保護膜１１０６内に形成される。また、ビア１１５１は、エッチング阻止膜１１０８、層間絶縁膜１１１０およびエッチング阻止膜１１１２内に形成される。また、上層配線１１５２は、エッチング阻止膜１１１２、層間絶縁膜１１１４および保護膜１１１６内に形成される。
【００２０】
下層配線１１２２、ビア１１５１、および上層配線１１５２は、銅を主成分として含む銅含有金属膜等の導電体により構成される。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。
【００２１】
さらに、下層配線１１２２、およびデュアルダマシン配線１１５４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１１２０およびバリアメタル膜１１５０が形成されている。バリアメタル膜１１２０およびバリアメタル膜１１５０は、高融点金属を含む構成とすることができる。バリアメタル膜は、たとえば、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ等により構成することができる。
【００２２】
つまり、切断前の状態において、下層配線１１２２とビア１１５１との間には、バリアメタル膜１１５０がこれらに接して設けられる。
【００２３】
層間絶縁膜１１０４および層間絶縁膜１１１４は、ＳｉＯＣ等の低誘電率膜により構成することができる。層間絶縁膜１１０４および層間絶縁膜１１１４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。
【００２４】
また、層間絶縁膜１１１０は、層間絶縁膜１１０４や層間絶縁膜１１１４について上述したのと同様の材料により構成することができる。
【００２５】
この場合も、ビア１１５１は、半導体基板の面内方向における面積が配線に比べて非常に狭いので、配線部分に選択的にクラックを生じやすくすることができる。
【００２６】
エッチング阻止膜１１０８およびエッチング阻止膜１１１８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１１２２や上層配線１１５２を構成する銅の拡散を防止する機能を有する。また、本実施の形態において、電気ヒューズ１２００の被覆膜としても機能する。エッチング阻止膜１１０８およびエッチング阻止膜１１１８は、層間絶縁膜１１０４や層間絶縁膜１１１４よりもかたい材料により構成することができる。エッチング阻止膜１１０８およびエッチング阻止膜１１１８は、層間絶縁膜１１０４や層間絶縁膜１１１４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。エッチング阻止膜１１０８およびエッチング阻止膜１１１８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。
【００２７】
保護膜１１０６および保護膜１１１６は、下層配線１１２２および上層配線１１５２をそれぞれ化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing: ＣＭＰ）により研磨する際に、層間絶縁膜１１０４および層間絶縁膜１１１４を保護する機能を有する。保護膜１１０６および保護膜１１１６は、たとえば、ＳｉＯ２膜により構成することができる。
【００２８】
エッチング阻止膜１１０２およびエッチング阻止膜１１１２は、エッチング阻止膜１１０８およびエッチング阻止膜１１１８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、エッチング阻止膜１１０２およびエッチング阻止膜１１１２は、エッチング阻止膜１１０８およびエッチング阻止膜１１１８と同様の材料により構成された第１の絶縁膜と、その上に形成され保護膜１１０６および保護膜１１１６と同様の材料により構成された第２の絶縁膜との積層膜とすることもできる。
【００２９】
なお、以上の構成の下層配線１１２２、ビア１１５１、および上層配線１１５２等は、通常の多層配線構造と同工程で形成することができる。これにより、特別な工程を追加することなく、電気ヒューズ１２００を形成することができる。
【００３０】
以上により、たとえばデュアルダマシン配線１１５４の周囲がバリアメタル膜１１５０およびエッチング阻止膜１１１８等の被覆膜で覆われ、さらにその周囲に被覆膜よりも柔らかい材料である層間絶縁膜１１１４が形成された構成とすることができる。また、上層配線１１５２は、ビア１１５１や下層配線１１２２よりも、半導体基板の面内方向における面積が広く形成される。
【００３１】
次に、このような構成の電気ヒューズ１２００を切断する手順を説明する。
上層配線１１５２と下層配線１１２２との間に所定の電圧を印加して電気ヒューズ１２００に適切なパワーが印加されると、電気ヒューズ１２００の上層配線１１５２を構成する導電体が膨張する。導電体の膨張に伴い、バリアメタル膜１１５０やエッチング阻止膜１１１８等にクラックが生じ、上層配線１１５２を構成する導電体がクラックから周囲の膜中に流出する。つまり、上層配線１１５２を構成する導電体が、配線溝外部に流出する。これにより、図１５（ｂ）に示すように、流出部１１４２が形成される。
【００３２】
さらに、導電体が流出部１１４２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１１５１部分で導電体が切断され、空隙部１１４０が形成される。このようなメカニズムにより、流出部１１４２からある程度離れた箇所に大きな空隙部１１４０が形成される。
【００３３】
また、本実施の形態において、ビア１１５１と下層配線１１２２との間にバリアメタル膜１１５０が設けられているため、バリアメタル膜１１５０が下層配線１１２２から剥離しやすく、バリアメタル膜１１５０と下層配線１１２２との間に空隙部１１４０が形成されやすくなる。
【００３４】
さらに、切断状態において、ビア１１５１を構成する導電体がバリアメタル膜１１５０とともに移動してバリアメタル膜１１５０と下層配線１１２２との間に空隙部１１４０が形成される。そのため、この後の工程で熱処理等が行われても、バリアメタル膜１１５０や銅含有金属膜により構成された導電体が再び移動して下層配線１１２２との間で再接続が生じるのを防ぐことができる。これにより、半導体装置１１００の耐熱性を向上することができる。
【００３５】
電気ヒューズ１２００を、以上のようなメカニズムのクラックアシスト型で切断することにより、必然的に空隙部１１４０が流出部１１４２とは異なる領域に形成される。これによって、電気ヒューズ１２００の再接続を防ぐことができる。
【００３６】
このようにクラックアシスト型で切断する電気ヒューズ１２００は、エレクトロマイグレーションを利用した電気ヒューズよりも高い耐熱性を有する。しかし、車載デバイス等、より高い信頼性を要求される場合に対応するためには、さらに耐熱性を向上させることが望まれている。とくに、電気ヒューズ１２００に適当な条件の電圧を印加し、電気ヒューズ１２００に空隙部（ボイド）１１４０を形成する際に過剰な熱が発生すると、ビア１１５１周りの層間絶縁膜が消失することがある。また、上層配線１１５２においても過剰な熱発生によって、下側の層間絶縁膜中へ意図しないクラックが発生することがある。この両者が同一の電気ヒューズ１２００で発生し、さらに熱ストレスが印加されると、消失した層間絶縁膜の部分に上層配線１１５２から配線材料が流出してしまう。そして、その配線材料が上層配線１１５２と下層配線１１２２とを導通させ、ビア１１５１に形成された空隙部１１４０を迂回する電流パスが形成される。その結果、電気ヒューズ１２００を切断して高抵抗となった電気ヒューズ１２００が低抵抗となり、プログラム情報が破壊されてしまうことになる。
【００３７】
以下の実施の形態において、電気ヒューズ本体（上層配線または下層配線）の周囲に熱拡散用配線を設け、当該熱拡散用配線を電気ヒューズと電気的に接続する。具体的には、電気ヒューズの上層配線または下層配線の少なくとも一方と同層に、当該上層配線または下層配線の側方に、当該上層配線または下層配線と電気的に接続された熱拡散用配線を含む熱拡散部を設ける。ここで、熱拡散用配線は、当該上層配線または下層配線がビアと接続された箇所において、当該上層配線または下層配線の側方に形成された構成とすることができる。さらに、熱拡散用配線は、当該上層配線または下層配線と並行して設けられた構成とすることができる。
【００３８】
これにより、電気ヒューズで発生した熱を、熱拡散用配線に逃がすことができ、電気ヒューズの過度の温度上昇を抑えることができる。以下の実施の形態では、主に上層配線でクラックを優先的に発生させ、加えて上層配線の上側へのみクラックを発生させることが望ましい。上層配線の周囲に熱拡散用配線を設け、当該熱拡散用配線を上層配線と接続させた場合、特に上層配線の異常な温度上昇を抑制でき、下側へのクラックの発生の防止に効果がある。一方、下層配線の周囲に熱拡散用配線を設け、当該熱拡散用配線を下層配線と接続させた場合、下層配線及びビア底部での異常発熱によって引き起こされる層間絶縁膜の消失の抑制に特に効果がある。下層配線は基板に近いため元来放熱されやすい。本提案のように熱拡散部を設けることで放熱をより促進することができる。これによってビア周りが高温に曝される時間を短くすることができるため層間絶縁膜の消失を防止できる。いずれにしても、結果として、低抵抗化の原因の発生を抑制できるため、高い信頼性を得ることができる。ここで、熱拡散用配線は、電気ヒューズを構成する上層配線や下層配線よりも熱容量が大きくなるように構成することができる。
【００３９】
（第１の実施の形態）
以下に、本実施の形態における半導体装置の構成を説明する。
図１および図２は、本実施の形態における電気ヒューズ１００の構成の一例を示す平面模式図である。また、図３および図４は、図１の断面図である。図３は、図１のＡ−Ａ’断面図、図４は、図１のｂ−ｂ’断面図である。
【００４０】
半導体装置２００は、シリコン基板等の半導体基板（基板、不図示）上に形成された電気ヒューズ１００を含む。図１は、説明のために、上層配線１１０、ビア１３０、および下層配線１２０を示している。図２（ａ）は、上層配線１１０が形成された層の構成を示す平面図である。図２（ｂ）は、下層配線１２０が形成された層の構成を示す平面図である。
【００４１】
電気ヒューズ１００は、上層配線１１０と、下層配線１２０と、上層配線１１０および下層配線１２０を接続するビア１３０とを含む。本実施の形態において、電気ヒューズ１００は、図１５を参照して説明した電気ヒューズ１２００と同様の構成を有することができる。たとえば、下層配線１２０、ビア１３０、および上層配線１１０は、それぞれ下層配線１１２２、ビア１１５１、および上層配線１１５２と同様の構成とすることができる。すなわち、下層配線１２０、ビア１３０、および上層配線１１０は、銅含有金属膜により構成することができる。また、ここでは図示していないが、下層配線１２０、ビア１３０、および上層配線１１０の側面および底面にも、バリアメタル膜１１２０やバリアメタル膜１１５０と同様のバリアメタル膜が設けられた構成とすることができる。
【００４２】
また、本実施の形態において、上層配線１１０が、下層配線１２０に比べてより膨張して上層配線１１０で導電体の流出が生じるように制御するため、上層配線１１０は、下層配線１２０よりも体積が大きくなるように設けられる。たとえば、上層配線１１０および下層配線１２０がそれぞれ、ビア１３０に接続された部分であって、他の部分に比べて細幅となっている部分につき、上層配線１１０の方が、下層配線１２０よりも長くなるようにすることができる。ただし、この構成は一例であって、上層配線１１０が下層配線１２０よりも膨張しやすくなっていれば、どのような構成とすることもできる。これにより、電気ヒューズ１００を切断する際に、上層配線１１０周囲にクラックが生じやすいようにすることができる。なお、上層配線１１０は、同層に形成された上層端子１１１と接続されており、下層配線１２０は、同層に形成された下層端子１２１と接続されている。上層端子１１１および下層端子１２１も、それぞれ、上層配線１１０および下層配線１２０と同じ材料により構成することができる。
【００４３】
また、本実施の形態において、電気ヒューズ１００は、半導体装置２００中に設けられる。図３に示すように、半導体装置２００は、層間絶縁膜２０２、エッチング阻止膜２０４、層間絶縁膜２０６、層間絶縁膜２０８、および層間絶縁膜２１０がこの順で積層した構成を有する。ここでは、保護膜やエッチング阻止膜を一部省略しているが、これらの積層膜も、図１５を参照して説明したのと同様とすることができる。
【００４４】
下層配線１２０は、層間絶縁膜２０２中に設けられる。ビア１３０は、エッチング阻止膜２０４および層間絶縁膜２０６中に設けられる。上層配線１１０は、層間絶縁膜２０８中に設けられる。また、ここでは、ビア１３０と上層配線１１０とを別々に示しているが、これらも図１５に示したデュアルダマシン配線１１５４と同様に、デュアルダマシン構造とすることもできる。
【００４５】
また、本実施の形態において、半導体装置２００は、熱拡散部１５０ａ、熱拡散部１５０ｂ、および上部プレート電極１５６を含む。熱拡散部１５０ａ、熱拡散部１５０ｂ、および上部プレート電極１５６は、導電性材料により構成することができる。熱拡散部１５０ａおよび熱拡散部１５０ｂは、図１のＡ−Ａ’線に対して対称に形成することができる。
【００４６】
本実施の形態において、図４に示すように、熱拡散部１５０ａは、接続配線１５８ａ、熱拡散用上層配線１５２ａ、熱拡散用下層ビア１５３ａ、熱拡散用下層配線１５４ａ、および熱拡散用上層ビア１５１ａを含む。また、熱拡散部１５０ｂは、接続配線１５８ｂ、熱拡散用上層配線１５２ｂ、熱拡散用下層ビア１５３ｂ、熱拡散用下層配線１５４ｂ、および熱拡散用上層ビア１５１ｂを含む。
【００４７】
接続配線１５８ａおよび熱拡散用上層配線１５２ａ、ならびに接続配線１５８ｂおよび熱拡散用上層配線１５２ｂは、上層配線１１０と同層に形成される。熱拡散用下層ビア１５３ａおよび熱拡散用下層ビア１５３ｂは、ビア１３０と同層に形成される。熱拡散用下層配線１５４ａおよび熱拡散用下層配線１５４ｂは、下層配線１２０と同層に形成される。熱拡散用上層ビア１５１ａおよび熱拡散用上層ビア１５１ｂは、それぞれ、熱拡散用上層配線１５２ａおよび熱拡散用上層配線１５２ｂ上に形成される。上部プレート電極１５６は、熱拡散用上層ビア１５１ａおよび熱拡散用上層ビア１５１ｂ上に形成される。
【００４８】
図２（ａ）に示すように、熱拡散用上層配線１５２ａは、上層配線１１０の側方に形成される。また、接続配線１５８ａは、熱拡散用上層配線１５２ａと上層配線１１０とを接続する。同様に、熱拡散用上層配線１５２ｂも上層配線１１０の側方に形成される。接続配線１５８ｂは、熱拡散用上層配線１５２ｂと上層配線１１０とを接続する。上層配線１１０は、熱拡散用上層配線１５２ａと熱拡散用上層配線１５２ｂとにより、両側方が囲まれた構成となっている。本実施の形態において、熱拡散部１５０ａおよび熱拡散部１５０ｂは、上層配線１１０と電気的に接続された構成となっている。また、上部プレート電極１５６は、熱拡散部１５０ａおよび熱拡散部１５０ｂと電気的に接続されている。従って、熱拡散部１５０ａ、熱拡散部１５０ｂ、および上部プレート電極１５６は、上層配線１１０と同電位とされる。すなわち、本実施の形態において、上部プレート電極１５６も熱拡散部の一部として機能する。
【００４９】
また、熱拡散用下層ビア１５３ａ、熱拡散用下層配線１５４ａ、および熱拡散用上層ビア１５１ａは、平面視で熱拡散用上層配線１５２ａと少なくとも１部が重なる位置に設けられる。同様に、熱拡散用下層ビア１５３ｂ、熱拡散用下層配線１５４ｂ、および熱拡散用上層ビア１５１ｂは、平面視で熱拡散用上層配線１５２ｂと少なくとも１部が重なる位置に設けられる。また、本実施の形態において、接続配線１５８ａと接続配線１５８ｂとは、同一直線上に形成されており、上層配線１１０と直交する構成とすることができる。本実施の形態において、ビア１３０は、上層配線１１０が接続配線１５８ａおよび接続配線１５８ｂと交差する箇所で、上層配線１１０と接続されている。更にまた、接続配線１５８ａおよび接続配線１５８ｂは、それぞれ、上層配線１１０よりも幅が広く形成される。これらにより、電気ヒューズの上層配線の放熱効果をより高めることができる。
【００５０】
本実施の形態において、熱拡散用上層配線１５２ａおよび熱拡散用上層配線１５２ｂは、平面視で直線形状に設けられる。また、熱拡散用上層配線１５２ａおよび熱拡散用上層配線１５２ｂは、上層配線１１０に略平行に設けられる。さらに、熱拡散用下層配線１５４ａは、平面視で熱拡散用上層配線１５２ａと同形状に形成されている。また、熱拡散用下層配線１５４ｂは、平面視で熱拡散用上層配線１５２ｂと同形状に形成されている。
【００５１】
本実施の形態において、熱拡散部１５０ａおよび熱拡散部１５０ｂが電気ヒューズ１００の両側方に、下層配線１２０が形成された層から上層配線１１０が形成された層にわたって形成されるとともに、さらにその上層にも連続的に形成されることにより、熱拡散部１５０ａおよび熱拡散部１５０ｂをガードリングとしても機能させることができる。
【００５２】
本実施の形態における半導体装置２００によれば、電気ヒューズ１００の周囲に熱拡散部１５０ａや熱拡散部１５０ｂを設けているため、電気ヒューズ１００に発生した熱をより熱容量が大きい熱拡散部１５０ａや熱拡散部１５０ｂに逃がすことができ、電気ヒューズ１００の過度の温度上昇を抑えることができる。
【００５３】
図１４は、本実施の形態における電気ヒューズ１００の効果を説明するための断面図である。本実施の形態において、熱拡散用上層配線１５２ａおよび熱拡散用上層配線１５２ｂが上層配線１１０と電気的に接続されているので、電気ヒューズ１００の切断時に電気ヒューズ１００に熱が発生した場合に、熱を熱拡散用上層配線１５２ａおよび熱拡散用上層配線１５２ｂに逃がして熱を拡散することができる。これにより、電気ヒューズ１００の過度の温度上昇を抑えることができる。そのため、特に上層配線１１０の異常な温度上昇を抑制でき、ビア１３０周囲の層間絶縁膜の消失や下側へのクラックの発生を防止することができる。結果として、低抵抗化の原因の発生を抑制でき、高い信頼性を得ることができる。なお、本実施の形態では上層配線１１０を熱拡散用上層配線１５２ａおよび熱拡散用上層配線１５２ｂと接続する構成を示したが、下層配線１２０を熱拡散用上層配線１５４ａおよび熱拡散用上層配線１５４ｂと接続する構成であってもよい。
【００５４】
（第２の実施の形態）
図５および図６は、本実施の形態における半導体装置２００の構成の一例を示す平面模式図である。また、図７は、図５のｂ−ｂ’断面図である。
【００５５】
図５は、説明のために、上層配線１１０、ビア１３０、および下層配線１２０を示している。図６（ａ）は、上層配線１１０が形成された層の構成を示す平面図である。図６（ｂ）は、下層配線１２０が形成された層の構成を示す平面図である。
【００５６】
本実施の形態において、下層配線１２０の両側方に形成された熱拡散用下層配線１５４ａおよび熱拡散用下層配線１５４ｂが、下層配線１２０と電気的に接続されている点で第１の実施の形態と異なる。熱拡散用下層配線１５４ａは、接続配線１６０ａを介して下層配線１２０と電気的に接続される。また、熱拡散用下層配線１５４ｂは、接続配線１６０ｂを介して下層配線１２０と電気的に接続される。また、本実施の形態において、接続配線１６０ａと接続配線１６０ｂとは、同一直線上に形成されており、下層配線１２０と直交する構成とすることができる。
【００５７】
本実施の形態においても、上層配線１１０が形成された層は、第１の実施の形態と同様の構成とすることができる。本実施の形態において、上層配線１１０が接続配線１５８ａおよび接続配線１５８ｂと交差する箇所、および下層配線１２０が接続配線１６０ａおよび接続配線１６０ｂと交差する箇所は平面視で重なる構成とすることができる。また、ビア１３０は、この交差する箇所で上層配線１１０および下層配線１２０に接続される。更に接続配線１６０ａおよび接続配線１６０ｂは、それぞれ、下層配線１２０よりも幅が広く形成される。これらにより、上層配線１１０だけでなく下層配線１２０及びビア１３０底部の放熱効果を高めることができ、限定的にビア１３０内部を暖めることができる。その結果、より確実にビア１３０部分で切断を行うことができる。
【００５８】
本実施の形態において、熱拡散用下層配線１５４ａは、熱拡散用上層配線１５２ａとは直接には電気的に接続されていない。また、熱拡散用下層配線１５４ｂは、熱拡散用上層配線１５２ｂとは直接には電気的に接続されていない。本実施の形態において、切断前の状態では、上層配線１１０と下層配線１２０とはビア１３０のみで電気的に接続されている。そのため、ビア部に切断箇所を形成することによって、切断後の状態において上層配線１１０と下層配線１２０とを電気的に分離することができる。つまり、電気ヒューズとして機能させるためにはこれまでと同じくビア部のみを切断すればよい。なお、切断後の状態においても熱拡散用上層配線１５２ａ、熱拡散用上層ビア１５１ａ、上部プレート電極１５６、熱拡散用上層配線１５２ｂ、および熱拡散用上層ビア１５１ｂは、上層配線１１０と同電位とされる。一方、熱拡散用下層配線１５４ａおよび熱拡散用下層配線１５４ｂは、下層配線１２０と同電位にされる。
【００５９】
本実施の形態において、接続配線１５８ａ、熱拡散用上層配線１５２ａおよび熱拡散用上層ビア１５１ａ、接続配線１５８ｂ、熱拡散用上層配線１５２ｂおよび熱拡散用上層ビア１５１ｂ、接続配線１６０ａおよび熱拡散用下層配線１５４ａ、ならびに接続配線１６０ｂおよび熱拡散用下層配線１５４ｂがそれぞれ熱拡散部として機能する。また、上部プレート電極１５６も熱拡散部の一部として機能する。
【００６０】
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００６１】
（第３の実施の形態）
図８および図９は、本実施の形態における半導体装置２００の構成の一例を示す平面模式図である。本実施の形態において、接続配線１５８ａおよび接続配線１５８ｂが上層配線１１０と接続する箇所が第１の実施の形態と異なる。本実施の形態において、接続配線１５８ａおよび接続配線１５８ｂは、上層配線１１０がビア１３０と接続される箇所よりも、上層端子１１１に近い位置で上層配線１１０と接続されている。
【００６２】
図８は、説明のために、上層配線１１０、ビア１３０、および下層配線１２０を示している。図９（ａ）は、上層配線１１０が形成された層の構成を示す平面図である。図９（ｂ）は、下層配線１２０が形成された層の構成を示す平面図である。本実施の形態においても、図８のＡ−Ａ’断面図は、図３に示したのと同様になる。また、図１０は、図８のｂ−ｂ’断面図である。
【００６３】
本実施の形態においても第１の実施の形態と同様に、接続配線１５８ａ、熱拡散用上層配線１５２ａ、熱拡散用下層ビア１５３ａ、熱拡散用下層配線１５４ａ、および熱拡散用上層ビア１５１ａにより熱拡散部１５０ａが構成される。また、接続配線１５８ｂ、熱拡散用上層配線１５２ｂ、熱拡散用下層ビア１５３ｂ、熱拡散用下層配線１５４ｂ、および熱拡散用上層ビア１５１ｂにより熱拡散部１５０ｂが構成される。熱拡散部１５０ａおよび熱拡散部１５０ｂは、上層配線１１０と電気的に接続された構成となっている。また、上部プレート電極１５６は、熱拡散部１５０ａおよび熱拡散部１５０ｂと電気的に接続されている。従って、熱拡散部１５０ａ、熱拡散部１５０ｂ、および上部プレート電極１５６は、上層配線１１０と同電位とされる。すなわち、本実施の形態において、上部プレート電極１５６も熱拡散部の一部として機能する。なお、熱拡散部を熱拡散用上層配線１５２ａ、接続配線１５８ａ、熱拡散用上層配線１５２ｂ、接続配線１５８ｂのみとする構成としても良い。
【００６４】
第１の実施の形態で説明したように、接続配線１５８ａおよび接続配線１５８ｂを、上層配線１１０がビア１３０と接続する箇所で接続することにより、熱拡散部１５０ａおよび熱拡散部１５０ｂによる放熱効果を高めることができる。一方、電気ヒューズ１００を切断するためには、電気ヒューズ１００にある程度の熱がかかる必要がある。そのため、放熱効果が高すぎると、電気ヒューズ１００の切断を行いにくくなる可能性がある。電気ヒューズ１００を用いる半導体装置２００の使用環境や半導体装置２００に含まれる他の素子のレイアウト等に応じて、接続配線１５８ａや接続配線１５８ｂを設ける位置を適宜設定することができる。
【００６５】
（第４の実施の形態）
図１１は、本実施の形態における半導体装置２００の構成の一例を示す平面模式図である。
図１１（ａ）は、説明のために、上層配線１１０、ビア１３０、および下層配線１２０を示している。また、図１１（ｂ）は、上層配線１１０が形成された層の構成を示す平面図、図１１（ｃ）は、下層配線１２０が形成された層の構成を示す平面図である。
【００６６】
本実施の形態において、下層配線１２０の両側方に形成された熱拡散用下層配線１５４ａおよび熱拡散用下層配線１５４ｂが、下層配線１２０と電気的に接続されている点で第３の実施の形態と異なる。また、接続配線１６０ａおよび接続配線１６０ｂが下層配線１２０と接続する箇所が第２の実施の形態と異なる。
【００６７】
本実施の形態においても、図１１（ａ）のＡ−Ａ’断面図は、図３に示したのと同様になる。また、図１２は、図１１（ａ）のｂ−ｂ’断面図である。
【００６８】
本実施の形態において、熱拡散用下層配線１５４ａは、熱拡散用上層配線１５２ａとは直接には電気的に接続されていない。また、熱拡散用下層配線１５４ｂは、熱拡散用上層配線１５２ｂとは直接には電気的に接続されていない。本実施の形態において、切断前の状態では、上層配線１１０と下層配線１２０とはビア１３０のみで電気的に接続されている。そのため、ビア部に切断箇所を形成することによって、切断後の状態において上層配線１１０と下層配線１２０とを電気的に分離することができる。つまり、電気ヒューズとして機能させるためにはこれまでと同じくビア部のみを切断すればよい。なお、切断後の状態においても熱拡散用上層配線１５２ａ、熱拡散用上層ビア１５１ａ、上部プレート電極１５６、熱拡散用上層配線１５２ｂ、および熱拡散用上層ビア１５１ｂは、上層配線１１０と同電位とされる。一方、熱拡散用下層配線１５４ａおよび熱拡散用下層配線１５４ｂは、下層配線１２０と同電位にされる。
【００６９】
本実施の形態において、接続配線１５８ａ、熱拡散用上層配線１５２ａおよび熱拡散用上層ビア１５１ａ、接続配線１５８ｂ、熱拡散用上層配線１５２ｂおよび熱拡散用上層ビア１５１ｂ、接続配線１６０ａおよび熱拡散用下層配線１５４ａ、ならびに接続配線１６０ｂおよび熱拡散用下層配線１５４ｂがそれぞれ熱拡散部として機能する。また、上部プレート電極１５６も熱拡散部の一部として機能する。なお、熱拡散部を、熱拡散用上層配線１５２ａ、接続配線１５８ａ、熱拡散用上層配線１５２ｂ、接続配線１５８ｂならびに、接続配線１６０ａおよび熱拡散用下層配線１５４ａ、ならびに接続配線１６０ｂおよび熱拡散用下層配線１５４ｂのみとする構成としても良い。
【００７０】
（第５の実施の形態）
図１６は、本実施の形態における半導体装置２００の構成の一例を示す平面模式図である。また、図１７は、図１６のＡ−Ａ‘断面図、図１８は、図１６のｂ−ｂ’断面図である。図１６は、説明のために、上層配線１１０、ビア１３０、下層配線１２０、およびビア１７０を示している。
【００７１】
本実施の形態において、半導体装置２００は、上層配線１１０と上部プレート電極１５６とを接続するビア１７０（第３のビア）をさらに含む。また、半導体装置２００は、第１の実施の形態で説明したような接続配線１５８ａや接続配線１５８ｂを有しない。本実施の形態において、上層配線１１０は、ビア１７０、上部プレート電極１５６、熱拡散用上層ビア１５１ａ（第４のビア）を介して熱拡散用上層配線１５２ａに接続される。また、上層配線１１０は、ビア１７０、上部プレート電極１５６、熱拡散用上層ビア１５１ｂ（第４のビア）を介して熱拡散用上層配線１５２ｂに接続される。
【００７２】
また、ここでは上層配線１１０の上層に上部プレート電極１５６が形成された例を示したが、半導体装置２００は、下層配線１２０のさらに下層に設けられた下部プレート電極と、下層配線１２０と下部プレート電極とを接続するビア（第５のビア）と、下部プレート電極と熱拡散用下層配線１５４ａまたは熱拡散用下層配線１５４ｂとを接続するビア（第６のビア）と、を含む構成とすることもできる。
【００７３】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００７４】
図１３は、図８に示した半導体装置２００の他の例を示す平面模式図である。
ここで、上層配線１１０の両側方ではなく、一側方にのみ熱拡散用上層配線１５２ａが設けられている点で図８に示した例と異なる。このように熱拡散用上層配線１５２ａを上層配線１１０の一側方のみに配置した場合でも、上層配線１１０が熱拡散用上層配線１５２ａと電気的に接続されているため、電気ヒューズ１００に発生した熱を熱拡散用上層配線１５２ａに逃すことができる。
【００７５】
なお、熱拡散部の熱拡散用配線の構成は、種々の組み合わせとすることができる。たとえば、第１の実施の形態および第２の実施の形態で示した構成の半導体装置２００においても、上層配線１１０の両側方ではなく、一側方にのみ熱拡散用上層配線１５２ａが設けられた構成とすることができる。
【００７６】
また、熱拡散用配線は、たとえば上層配線１１０の両側方に設けてもよく、上層配線１１０の一側方のみに設けてもよい。さらに、上層配線１１０および下層配線１２０の両側方または一側方にそれぞれ設けることもできる。また、熱拡散部は、下層配線１２０と同層、ビア１３０と同層、および上層配線１１０と同層に配線およびビアを連続的に接続して形成し、これを上層配線１１０または下層配線１２０のいずれか一方と電気的に接続するようにすることができる。また、他の例として、下層配線１２０と同層、および上層配線１１０と同層にそれぞれ配線を形成し、これをそれぞれ上層配線１１０および下層配線１２０と電気的に接続するようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態における電気ヒューズを含む半導体装置の構成の一例を示す平面模式図である。
【図２】本発明の実施の形態における電気ヒューズを含む半導体装置の構成の一例を示す平面模式図である。
【図３】図１のＡ−Ａ’断面図である。
【図４】図１のｂ−ｂ’断面図である。
【図５】本発明の実施の形態における電気ヒューズを含む半導体装置の構成の一例を示す平面模式図である。
【図６】本発明の実施の形態における電気ヒューズを含む半導体装置の構成の一例を示す平面模式図である。
【図７】図５のｂ−ｂ’断面図である。
【図８】本発明の実施の形態における電気ヒューズを含む半導体装置の構成の一例を示す平面模式図である。
【図９】本発明の実施の形態における電気ヒューズを含む半導体装置の構成の一例を示す平面模式図である。
【図１０】図８のｂ−ｂ’断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態における電気ヒューズを含む半導体装置の構成の一例を示す平面模式図である。
【図１２】図１１のｂ−ｂ’断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態における電気ヒューズを含む半導体装置の他の例を示す平面模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態における電気ヒューズを含む半導体装置の効果を説明するための断面図である。
【図１５】クラックアシスト型で電気ヒューズを切断する際の動作を説明するための断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態における電気ヒューズを含む半導体装置の構成の一例を示す平面模式図である。
【図１７】図１６のＡ−Ａ’断面図である。
【図１８】図１６のｂ−ｂ’断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１００ 電気ヒューズ
１１０ 上層配線
１１１ 上層端子
１２０ 下層配線
１２１ 下層端子
１３０ ビア
１５０ａ 熱拡散部
１５０ｂ 熱拡散部
１５１ａ 熱拡散用上層ビア
１５１ｂ 熱拡散用上層ビア
１５２ａ 熱拡散用上層配線
１５２ｂ 熱拡散用上層配線
１５３ａ 熱拡散用下層ビア
１５３ｂ 熱拡散用下層ビア
１５４ａ 熱拡散用下層配線
１５４ｂ 熱拡散用下層配線
１５６ 上部プレート電極
１５８ａ 接続配線
１５８ｂ 接続配線
１６０ａ 接続配線
１６０ｂ 接続配線
１７０ ビア
２００ 半導体装置
２０２ 層間絶縁膜
２０４ エッチング阻止膜
２０６ 層間絶縁膜
２０８ 層間絶縁膜
２１０ 層間絶縁膜
１１００ 半導体装置
１１０２ エッチング阻止膜
１１０４ 層間絶縁膜
１１０６ 保護膜
１１０８ エッチング阻止膜
１１１０ 層間絶縁膜
１１１２ エッチング阻止膜
１１１４ 層間絶縁膜
１１１６ 保護膜
１１１８ エッチング阻止膜
１１２０ バリアメタル膜
１１２２ 下層配線
１１４０ 空隙部
１１４２ 流出部
１１５０ バリアメタル膜
１１５１ ビア
１１５２ 上層配線
１１５４ デュアルダマシン配線
１２００ 電気ヒューズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された下層配線と、前記下層配線上に当該下層配線に接続して設けられた第１のビアと、前記第１のビア上に当該第１のビアに接続して設けられた上層配線とを含む電気ヒューズであって、切断状態において、前記電気ヒューズを構成する導電体が外方に流出してなる流出部が形成されることにより切断される電気ヒューズと、
前記上層配線および前記下層配線の一方と同層に当該上層配線および前記下層配線の一方の側方に形成されるとともに、当該上層配線および前記下層配線の一方と電気的に接続された熱拡散用配線を含む熱拡散部と、
を含む半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記熱拡散用配線は、前記上層配線および前記下層配線の一方が前記第１のビアと接続された箇所において、当該上層配線および前記下層配線の一方の側方に少なくとも形成された半導体装置。
【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、
前記熱拡散用配線は、前記上層配線および前記下層配線の一方と並行して設けられた半導体装置。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記熱拡散部は、前記上層配線および前記下層配線の一方と同層に形成され、前記熱拡散用配線と前記上層配線および前記下層配線の一方とを接続する接続配線をさらに含む半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置において、
前記接続配線は、前記上層配線および前記下層配線の一方と、当該上層配線および前記下層配線の一方が前記第１のビアと接続された箇所で接続する半導体装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の半導体装置において、
前記接続配線は、前記上層配線および前記下層配線の一方よりも幅が広く形成された半導体装置。
【請求項７】
請求項１から６いずれかに記載の半導体装置において、
前記熱拡散用配線は、前記上層配線および前記下層配線の一方の両側方にそれぞれ形成された半導体装置。
【請求項８】
請求項１から７いずれかに記載の半導体装置において、
前記熱拡散用配線は、前記上層配線および前記下層配線の側方にそれぞれ形成された半導体装置。
【請求項９】
請求項１から７いずれかに記載の半導体装置において、
前記熱拡散部は、平面視で前記熱拡散用配線と重なるとともに前記上層配線および前記下層配線の他方と同層に形成された他の熱拡散用配線と、当該他の熱拡散用配線と前記熱拡散用配線とを電気的に接続する第２のビアとをさらに含む半導体装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記熱拡散用配線は、前記上層配線と同層に当該上層配線の側方に形成され、
前記上層配線のさらに上層に設けられたプレート電極と、
前記上層配線と前記プレート電極とを接続する第３のビアと、
前記プレート電極と前記熱拡散用配線とを接続する第４のビアと、
をさらに含む半導体装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記熱拡散用配線は、前記下層配線と同層に当該下層配線の側方に形成され、
前記下層配線のさらに下層に設けられたプレート電極と、
前記下層配線と前記プレート電極とを接続する第５のビアと、
前記プレート電極と前記熱拡散用配線とを接続する第６のビアと、
をさらに含む半導体装置。
【請求項１２】
請求項１から１２いずれかに記載の半導体装置において、
前記電気ヒューズは、前記下層配線と前記第１のビアとの間または前記第１のビアに切断箇所が形成される半導体装置。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された下層配線と、前記下層配線上に当該下層配線に接続して設けられた第１のビアと、前記第１のビア上に当該第１のビアに接続して設けられた上層配線とを含む電気ヒューズであって、切断状態において、前記電気ヒューズを構成する導電体が外方に流出してなる流出部が形成されることにより切断される電気ヒューズと、
前記上層配線および前記下層配線の一方と同層に当該上層配線および前記下層配線の一方の側方に形成されるとともに、当該上層配線および前記下層配線の一方と電気的に接続された熱拡散用配線を含む熱拡散部と、
を含む半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記熱拡散用配線は、前記上層配線および前記下層配線の一方が前記第１のビアと接続された箇所において、当該上層配線および前記下層配線の一方の側方に少なくとも形成された半導体装置。
【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、
前記熱拡散用配線は、前記上層配線および前記下層配線の一方と並行して設けられた半導体装置。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記熱拡散部は、前記上層配線および前記下層配線の一方と同層に形成され、前記熱拡散用配線と前記上層配線および前記下層配線の一方とを接続する接続配線をさらに含む半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置において、
前記接続配線は、前記上層配線および前記下層配線の一方と、当該上層配線および前記下層配線の一方が前記第１のビアと接続された箇所で接続する半導体装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の半導体装置において、
前記接続配線は、前記上層配線および前記下層配線の一方よりも幅が広く形成された半導体装置。
【請求項７】
請求項１から６いずれかに記載の半導体装置において、
前記熱拡散用配線は、前記上層配線および前記下層配線の一方の両側方にそれぞれ形成された半導体装置。
【請求項８】
請求項１から７いずれかに記載の半導体装置において、
前記熱拡散用配線は、前記上層配線および前記下層配線の側方にそれぞれ形成された半導体装置。
【請求項９】
請求項１から７いずれかに記載の半導体装置において、
前記熱拡散部は、平面視で前記熱拡散用配線と重なるとともに前記上層配線および前記下層配線の他方と同層に形成された他の熱拡散用配線と、当該他の熱拡散用配線と前記熱拡散用配線とを電気的に接続する第２のビアとをさらに含む半導体装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記熱拡散用配線は、前記上層配線と同層に当該上層配線の側方に形成され、
前記上層配線のさらに上層に設けられたプレート電極と、
前記上層配線と前記プレート電極とを接続する第３のビアと、
前記プレート電極と前記熱拡散用配線とを接続する第４のビアと、
をさらに含む半導体装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記熱拡散用配線は、前記下層配線と同層に当該下層配線の側方に形成され、
前記下層配線のさらに下層に設けられたプレート電極と、
前記下層配線と前記プレート電極とを接続する第５のビアと、
前記プレート電極と前記熱拡散用配線とを接続する第６のビアと、
をさらに含む半導体装置。
【請求項１２】
請求項１から１２いずれかに記載の半導体装置において、
前記電気ヒューズは、前記下層配線と前記第１のビアとの間または前記第１のビアに切断箇所が形成される半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−４５１２９（Ｐ２０１０−４５１２９Ａ）
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０７３５６（Ｐ２００８−２０７３５６）
【出願日】平成２０年８月１１日（２００８．８．１１）
【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２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１１日（２００８．８．１１）
【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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