(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記主表面上に形成され、ポリシリコン膜の上に金属シリサイド膜を積層した積層膜をそれぞれ含み、所定の電流を流すことによって切断される複数の電気ヒューズと、
複数の前記電気ヒューズを覆うように、前記半導体基板上に形成された絶縁膜と
を有し、
複数の前記電気ヒューズのそれぞれは、電流が流れる方向と交差する方向に互いに間隔を隔てて配置され、
互いに隣接する電気ヒューズでは、電流を流す方向として、一方の電気ヒューズに流す電流の向きと他方の電気ヒューズに流す電流の向きとが反対向きとなるように設定され、
複数の前記電気ヒューズのうち、切断された電気ヒューズでは、前記金属シリサイド膜と前記ポリシリコン膜の双方が切断され、切断されていない電気ヒューズでは、前記金属シリサイド膜と前記ポリシリコン膜の双方が切断されていない、半導体装置。
【請求項２】
切断された前記電気ヒューズでは、電流が流れる方向に沿って延在する長手方向の中央部よりも正極の側にずれた位置において切断された、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記電気ヒューズの平面パターンは、電流が流れる方向に沿って延在する長手方向の中央部を通り、前記長手方向と直交する方向の線分に対して線対称となるパターンとされた、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記電気ヒューズは、
電流が流れる方向に沿って延在する所定の長さのヒューズ本体部と、
前記電気ヒューズの前記長手方向の両端側にそれぞれ形成された、所定のヴィアが接続されるコンタクト部と
を備え、
前記コンタクト部に接続される前記ヴィアは、前記線分に対して線対称に配置された、請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
切断された前記電気ヒューズは、エレクトロマイグレーションとピンチ効果によって切断された、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
切断された前記電気ヒューズでは、切断された箇所に球形の空隙部が形成された、請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
前記空隙部の大きさは、２００ｎｍ〜１μｍである、請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
半導体基板としてのウェハを用意する工程と、
前記ウェハの主表面に所定の機能を有する内部回路部を形成する工程と、
前記内部回路部を救済するためのトリミング回路部を形成する工程と、
前記ウェハの状態で、前記内部回路部を検査するウェハテストを行う工程と、
前記ウェハをダイシングすることにより切り出された半導体チップを所定のパッケージに封止する工程と、
前記パッケージの状態で前記内部回路部を検査するファイナルテストを行う工程と
を有し、
前記トリミング回路部を形成する工程は、ヒューズとして、ポリシリコン膜に金属シリサイド膜を積層した複数の電気ヒューズを形成する工程を備え、
複数の前記電気ヒューズを形成する工程では、複数の前記電気ヒューズは、電流を流す方向と交差する方向に互いに間隔を隔てて配置し、
互いに隣接する電気ヒューズでは、電流は互いに反対向きに流れるように設定され、
前記ウェハテストを行う工程および前記ファイナルテストを行う工程の少なくともいずれかの工程では、複数の前記電気ヒューズのうち所定の電気ヒューズに電流を流すことにより、前記所定の電気ヒューズの所定の位置に空隙部を形成する態様で前記金属シリサイド膜と前記ポリシリコン膜の双方を切断する、前記所定の電気ヒューズを切断する工程を備えた、半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記所定のヒューズを切断する工程では、前記所定のヒューズを流れる電流密度によって前記空隙部の位置が制御される、請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記所定の電気ヒューズを切断する工程では、前記空隙部は、エレクトロマイグレーションとピンチ効果によって形成される、請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特に、電気ヒューズを備えた半導体装置と、その製造方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の製造プロセスにおいて、不良となった回路を救済する手法として、不良となった回路をあらかじめ形成された予備の冗長回路等に切り換えるレーザトリミングが知られている。レーザトリミングは、ウェハ上のヒューズにレーザ光線を照射することにより実行される。すなわち、ポリシリコン配線あるいは金属配線から形成された複数のヒューズのうち、所定のヒューズにレーザ光線を照射し、そのヒューズを溶断することによって回路の救済が行われることになる。
【０００３】
近年、半導体装置には、システムの高機能化やメモリの大容量化に伴い、複数の半導体チップを１つのパッケージに収めた、ＳＩＰ（System In Package）と称される半導体装置が求められている。このような半導体装置（ＳＩＰ）では、レーザトリミングの後のファイナルテストの歩留まりを上げるために、半導体チップをモールドした後に救済することが求められている。ところが、ウェハの状態で行われるレーザトリミングでは、半導体チップをモールドした後に救済を行うのは困難である。また、レーザトリミングでは、ヒューズを切断するために専用の装置が必要とされる。
【０００４】
このため、レーザ光線を照射することによって切断するのではなく、電流を流すことによって切断する電気ヒューズの需要が高まっている。そのような電気ヒューズを開示した文献の一つとして、特許文献１がある。電気ヒューズでは、半導体チップ内の内部電源を利用して電流を流すことによって電気ヒューズを切断するため、モールドした後においても切断することができ、しかも、ウェハの状態でも切断することができる。
【０００５】
従来、電気ヒューズとしては、半導体装置の配線材料として広くて適用されているポリシリコン配線が採用されている。ポリシリコン配線を適用した電気ヒューズでは、エレクトロマイグレーションを利用して切断されることになる。すなわち、電流を電気ヒューズに流し、金属シリサイドを移動させることによって電気ヒューズの抵抗値を変化させている。切断前では抵抗値が約１００Ω〜２００Ωであるのに対して、切断後では抵抗値が数ＫΩ〜数ＭΩとなり、抵抗値の変化としては１〜４桁程度とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−７３５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の電気ヒューズでは次のような問題点があった。まず、レーザ光線を照射することによってヒューズを切断するレーザトリミングの場合、ヒューズを切断した後のヒューズの抵抗値は１ＭΩ以上となって、抵抗値のばらつきは比較的少ない。このため、ヒューズが切断されたか否かを判定する判定回路のしきい値を、ＭΩオーダに設定することができ、判定回路の負荷を抑えて、判定回路の規模を小さくすることができる。
【０００８】
一方、電気ヒューズでは、エレクトロマイグレーションを利用して金属シリサイドを移動させるため、電気ヒューズを切断した後の電気ヒューズの抵抗値は、数ＫΩ〜数ＭΩとなり、抵抗値のばらつき（範囲）が大きい。このため、判定回路のしきい値を数ＫΩ程度に設定する必要があり、判定回路の規模を小さくするのに限界があり、ある程度の回路規模が必要とされるという問題があった。また、半導体装置の信頼性試験の後に、切断された電気ヒューズの抵抗値が小さくなるという問題があった。
【０００９】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、一つの目的は、切断が確実に行われる電気ヒューズを備えた半導体装置を提供することであり、他の目的は、その半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る半導体装置は、主表面を有する半導体基板と、複数の電気ヒューズと絶縁膜とを有している。複数の電気ヒューズは、半導体基板の主表面上に形成され、ポリシリコン膜の上に金属シリサイド膜を積層した積層膜をそれぞれ含み、所定の電流を流すことによって切断される。絶縁膜は、複数の電気ヒューズを覆うように半導体基板上に形成されている。複数の電気ヒューズのそれぞれは、電流が流れる方向と交差する方向に互いに間隔を隔てて配置されている。互いに隣接する電気ヒューズでは、電流を流す方向として、一方の電気ヒューズに流す電流の向きと他方の電気ヒューズに流す電流の向きとが反対向きとなるように設定されている。複数の電気ヒューズのうち、切断された電気ヒューズでは、金属シリサイド膜とポリシリコン膜の双方が切断され、切断されていない電気ヒューズでは、金属シリサイド膜とポリシリコン膜の双方が切断されていない。
【００１１】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。半導体基板としてのウェハを用意する。ウェハの主表面に所定の機能を有する内部回路部を形成する。内部回路部を救済するためのトリミング回路部を形成する。ウェハの状態で、内部回路部を検査するウェハテストを行う。ウェハをダイシングすることにより切り出された半導体チップを所定のパッケージに封止する。パッケージの状態で内部回路部を検査するファイナルテストを行う。トリミング回路部を形成する工程は、ヒューズとして、ポリシリコン膜に金属シリサイド膜を積層した複数の電気ヒューズを形成する工程を備えている。複数の電気ヒューズを形成する工程では、複数の電気ヒューズは、電流を流す方向と交差する方向に互いに間隔を隔てて配置する。互いに隣接する電気ヒューズでは、電流は互いに反対向きに流れるように設定される。ウェハテストを行う工程およびファイナルテストを行う工程の少なくともいずれかの工程では、複数の電気ヒューズのうち所定の電気ヒューズに電流を流すことにより、所定の電気ヒューズの所定の位置に空隙部を形成する態様で金属シリサイド膜とポリシリコン膜の双方を切断する、所定の電気ヒューズを切断する工程を備えている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る半導体装置によれば、ヒューズとして、ポリシリコン膜の上に金属シリサイド膜を積層した積層膜をそれぞれ含み、所定の電流を流すことによって切断される電気ヒューズを備え、切断された電気ヒューズでは、金属シリサイド膜とポリシリコン膜の双方が切断され、切断されていない電気ヒューズでは、金属シリサイド膜とポリシリコン膜の双方が切断されていない。これにより、切断後の電気ヒューズの抵抗値のばらつきは少なく、信頼性を向上することができるとともに、抵抗値としてＧΩオーダの抵抗値が得られて、判定回路の規模を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施の形態において、電気ヒューズを示す平面図である。
【図３】同実施の形態において、図２に示す断面線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。
【図４】同実施の形態において、図２に示す断面線ＩＶ−ＩＶにおける断面図である。
【図５】同実施の形態において、電気ヒューズを評価するため電気ヒューズとその周辺を示す回路図である。
【図６】同実施の形態において、電気ヒューズの切断前後における電気ヒューズの抵抗値の変化を示す第１のグラフである。
【図７】同実施の形態において、電気ヒューズの切断前後における電気ヒューズの抵抗値の変化を示す第２のグラフである。
【図８】同実施の形態において、電気ヒューズの切断前後における電気ヒューズの抵抗値の変化を示す第３のグラフである。
【図９】同実施の形態において、電気ヒューズの切断前後における電気ヒューズの抵抗値の変化を示す第４のグラフである。
【図１０】同実施の形態において、シミュレーションによる電気ヒューズに流す電流と電気ヒューズの温度との関係を示すグラフである。
【図１１】同実施の形態において、電気ヒューズが切断された部分とその周辺を示す断面ＳＥＭ写真と、その断面ＳＥＭ写真に基づいてトレースされた断面を示す図である。
【図１２】同実施の形態において、電気ヒューズが切断される部分の電流密度の依存性を評価するための、切断された部分とその周辺を示す第１の断面ＳＥＭ写真と、その第１の断面ＳＥＭ写真に基づいてトレースされた断面を示す図である。
【図１３】同実施の形態において、電気ヒューズが切断される部分の電流密度の依存性を評価するための、切断された部分とその周辺を示す第２の断面ＳＥＭ写真と、その第２の断面ＳＥＭ写真に基づいてトレースされた断面を示す図である。
【図１４】同実施の形態において、電気ヒューズが切断される部分の電流密度の依存性を評価するための、切断された部分とその周辺を示す第３の断面ＳＥＭ写真と、その第３の断面ＳＥＭ写真に基づいてトレースされた断面を示す図である。
【図１５】同実施の形態において、電気ヒューズが切断される部分の電流密度の依存性を評価するための、切断された部分とその周辺を示す第４の断面ＳＥＭ写真と、その第４の断面ＳＥＭ写真に基づいてトレースされた断面を示す図である。
【図１６】同実施の形態において、切断された電気ヒューズの信頼性を評価するための、高温保存試験前に測定した切断された電気ヒューズの抵抗値と、高温保存試験後に測定した電気ヒューズの抵抗値との関係を示す第１のグラフである。
【図１７】同実施の形態において、切断された電気ヒューズの信頼性を評価するための、高温保存試験前に測定した切断された電気ヒューズの抵抗値と、高温保存試験後に測定した電気ヒューズの抵抗値との関係を示す第２のグラフである。
【図１８】同実施の形態において、電気ヒューズが切断される過程を模式的に示す断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態２に係る半導体装置において、複数の電気ヒューズの配置関係を示す部分平面図である。
【図２０】比較例１に係る半導体装置において、複数の電気ヒューズの配置関係を示す部分平面図である。
【図２１】比較例２に係る半導体装置において、複数の電気ヒューズの配置関係を示す部分平面図である。
【図２２】同実施の形態において、変形例に係る半導体装置において、複数の電気ヒューズの配置関係を示す部分平面図である。
【図２３】本発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１
本発明の実施の形態１に係る、電気ヒューズを備えた半導体装置について説明する。図１に示すように、半導体装置１では、所定の機能を実行する内部回路部２と、その内部回路部２を救済するトリミング回路部３が形成されている。内部回路部２には、たとえば、中央処理演算部（ＣＰＵ：Central Processing Unit）およびメモリ等のような所定の半導体素子等が形成されている。電気ヒューズはトリミング回路部３に形成されている。
【００１５】
次に、電気ヒューズについて詳しく説明する。図２に示すように、電気ヒューズは、ヒューズ本体部１３、電源電圧に接続される第１ヒューズパッド部１６ａおよび接地電位に接続される第２ヒューズパッド部１６ｂを備えている。ヒューズ本体部１３は、電流が流れる方向に長さＬを有し、電流が流れる方向とほぼ直交する方向に幅Ｗを有する。第１ヒューズパッド部１６ａにはプラグ１７ａが接続され、第２ヒューズパッド部１６ｂにはプラグ１７ｂが接続される。
【００１６】
電気ヒューズ１２は、その平面パターンが、ヒューズ本体部１３の長手方向の中央を、長手方向と直交する方向に横切る線分Ｃ１を対称（中心）軸として、線対称になるように形成されている。また、プラグ１７ａとプラグ１７ｂも、線分Ｃ１に対して線対称になるように配置されている。
【００１７】
図３および図４に示すように、電気ヒューズ１２は、ポリシリコン膜１４と、たとえばタングステンシリサイド等の金属シリサイド膜１５との積層構造（ポリサイド構造）とされる。半導体装置では、電気ヒューズ１２は、半導体基板１０の主表面に形成されたＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）酸化膜１１の表面に接触するように形成され、さらに、電気ヒューズ１２を覆うように、シリコン酸化膜１９が形成されている。シリコン酸化膜１９の表面には、所定の電源電圧に接続された金属配線１８ａと、接地電位に接続された金属配線１８ｂが形成されている。金属配線１８ａと第１ヒューズパッド部１６ａとは、プラグ１７ａを介して電気的に接続される。また、金属配線１８ｂと第１ヒューズパッド部１６ｂとは、プラグ１７ｂを介して電気的に接続される。その金属配線１８ａ，１８ｂを覆うように、パッシーベーション膜２０が形成されている。
【００１８】
発明者らは、種々の評価を行った結果、上述した電気ヒューズでは、電流密度が４０ｍＡ／μｍ3以上、ヒューズ長（ヒューズ本体部の長さ）が４μｍ以上の条件のもとで、エレクトロマイグレーションとピンチ効果によって、電気ヒューズを確実に切断できることを見出した。
【００１９】
次に、その評価について具体的に説明する。はじめに、評価用の電気ヒューズについて説明する。図５に示すように、電気ヒューズ１２に電流を流すスイッチング素子として、切断用トランジスタＴが設けられている。切断用トランジスタＴのドレインＤと、電源電圧（Ｖｄｄ）が印加されるパッド４ａとの間に、電気ヒューズ１２が接続されている。切断用トランジスタＴのソースＳは、接地電位（ＧＮＤ）が印加されるパッド４ｃに接続されている。切断用トランジスタＴのゲートＧには、切断用トランジスタＴをオンさせるための所定のしきい値電圧以上の電圧が印加されるパッド４ｂに接続されている。また、切断用トランジスタＴのドレインＤはパッド４ｄに接続されている。各パッド４ａ〜４ｄのうち、所定のパッドにプローブを接触させることによって、電気ヒューズ１２の抵抗値等の測定が行なわれる。
【００２０】
まず、発明者らは、電気ヒューズの長さと、切断前後での電気ヒューズの抵抗値の変化を測定した。電気ヒューズとして、幅Ｗを０．５μｍとし、長さＬを１μｍ、２μｍ、４μｍおよび６μｍとした電気ヒューズをそれぞれ作製した。また、電源電圧Ｖｄｄを５．５Ｖとし、切断用トランジスタＴのゲートＧ（図２参照）に印加する電圧Ｖｇを３．５Ｖとした。切断する前の電気ヒューズの抵抗値と、切断した後の電気ヒューズの抵抗値をそれぞれ測定した。
【００２１】
その結果を、図６、図７、図８および図９にそれぞれ示す。各図に示すように、電気ヒューズを切断する前の電気ヒューズの抵抗値は１００〜２００Ω程度である。その電気ヒューズのそれぞれに電源電圧（Ｖｄｄ＝５．５Ｖ）を印加して電気ヒューズを切断した後では、電気ヒューズの抵抗値には、電気ヒューズの長さＬに依存してばらつきがあることが確認された。
【００２２】
すなわち、図６および図７に示すように、長さＬが１μｍと２μｍの電気ヒューズでは、抵抗値が１０7Ω程度に達せず、完全に切断できていない電気ヒューズが存在することがわかった。一方、図８および図９に示すように、長さＬが４μｍと６μｍの電気ヒューズでは、すべての電気ヒューズの抵抗値が１０7Ω程度に達しており、完全に切断できていることが確認された。この結果から、電気ヒューズの長さとして、４μｍ以上に設定することが望ましいことが判明した。
【００２３】
なお、図６〜図９のそれぞれにおいて、電気ヒューズが完全に切断された場合の抵抗値として示されている数値（１０7Ω程度）は測定器の測定限界を示す数値であり、実際の抵抗値はＧΩのオーダであることを発明者らは確認した。
【００２４】
発明者らは電気ヒューズを確実に切断するために、さらに詳細な評価を行なった。図１０は、種々の長さ（Ｌ＝２，４，６，８μｍ）の電気ヒューズに流す電流と電気ヒューズの温度との関係を示すシミュレーション結果である。図１０に示すように、たとえば、電流値が３５ｍＡの場合には、長さＬが２μｍ（あるいはそれ以下）の電気ヒューズでは、温度がタングステンシリサイドの融点にまで達していないことがわかる。これは、電気ヒューズの長さが２μｍ以下の場合にでは、所定の電流密度となるように電流を流しても、ヒューズ本体部の両端部から熱が逃げるために、電気ヒューズの温度が金属シリサイドの融点にまで到達しないと考えられる。
【００２５】
一方、長さＬが４μｍ以上である電気ヒューズの場合には、電気ヒューズの温度はタングステンシリサイドの融点を越えていることがわかる。上述した半導体装置の電気ヒューズでは、電気ヒューズの温度がタングステンシリサイドの温度を超えて金属シリサイドが溶解し、ヒューズ本体部に空隙部が形成されることで、電気ヒューズを確実に切断することができることが判明した。図１１に、そのような空隙部が形成された電気ヒューズの電子顕微鏡による拡大写真の一例と、その写真に基づいてトレースされた図を示す。図１１に示すように、エレクトロマイグレーションとピンチ効果によって、ヒューズ本体の所定の位置に空隙部が形成されていることがわかる。この電気ヒューズの切断のメカニズムについては後で詳しく説明する。
【００２６】
次に、ヒューズ本体部に形成される空隙部の位置と、電気ヒューズに流す電流密度との関係について説明する。長さＬが６μｍの電気ヒューズを用意し、電流密度を、５３ｍＡ／μｍ3、４８ｍＡ／μｍ3、４３ｍＡ／μｍ3、３８ｍＡ／μｍ3にそれぞれ設定して電気ヒューズを切断した。切断された電気ヒューズの断面を電子顕微鏡によって観察した。その結果を、図１２、図１３、図１４および図１５にそれぞれ示す。
【００２７】
図１２に示すように、電流密度が５３ｍＡ／μｍ3の場合では、正極側から約３．３μｍの位置に空隙部が形成されていることが確認された。また、図１３に示すように、電流密度が４８ｍＡ／μｍ3の場合では、正極側から約２．３μｍの位置に空隙部が形成されていることが確認された。さらに、図１４に示すように、電流密度が４３ｍＡ／μｍ3の場合では、正極側から約１．６μｍの位置に空隙部が形成されていることが確認された。
【００２８】
このように、電気ヒューズに流す電流密度が小さくなるにしたがって、空隙部が形成される位置はヒューズ本体の中央付近から端の方へシフトすることが判明した。電流密度が最も小さい場合では、図１５（３８ｍＡ／μｍ3）に示すように、ヒューズ本体に空隙部は形成されず、金属シリサイドだけが移動していることがわかった。これらの結果から、後述するように、電気ヒューズに流す電流密度によって空隙部が形成される位置を制御することができることが実証された。
【００２９】
次に、半導体装置の信頼性評価として行った高温保存試験について説明する。電気ヒューズとして、空隙部が明確に形成された電気ヒューズ（図１２に示される状態と同程度の電気ヒューズ）と、空隙部が形成されず金属シリサイド膜のみが移動した電気ヒューズ（図１５に示される状態と同程度の電気ヒューズ）とを用意し、あらかじめ抵抗値を測定した。次に、その電気ヒューズを、温度１５０℃のもとで所定時間（２４，４８，９６，２４０，５００時間）保持した後、電気ヒューズの抵抗値を測定し、高温保存する前の抵抗値と比較した。その結果を、図１６および図１７に示す。
【００３０】
図１６に示すように、空隙部が明確に形成された電気ヒューズでは、いずれの保存時間の場合においても、高温保存試験前の抵抗値に対して、高温保存試験後の抵抗値の変化が少ないことがわかった。一方、図１７に示すように、金属シリサイド膜のみが移動した電気ヒューズでは、高温保存試験前の抵抗値に大きなばらつきが認められ、また、高温保存試験前に抵抗値に対して、高温保存試験後の抵抗値が低くなる場合があり、信頼性に問題があることがわかった。この結果から、電気ヒューズを確実に切断するには、電気ヒューズに流す電流（密度）としては、空隙部が確実に形成される約４０ｍＡ／μｍ3以上（図１４に示す場合に相当）に設定することが望ましいことが判明した。
【００３１】
以上の評価結果を踏まえて、電気ヒューズの切断のメカニズムについて説明する。まず、電気ヒューズに流す電流として、金属シリサイド膜が溶融する温度にまで上昇させることが可能な電流（密度）を考える。
【００３２】
図１８に示すように、まず、エレクトロマイグレーションによる金属シリサイド膜の移動がないとすれば、電気ヒューズの両端部のヒートシンク効果により、電気ヒューズの温度は長手方向の中央部分の温度が最も高くなる。ところが、実際には、エレクトロマイグレーションによって、電流の向きとは反対の向きに金属シリサイド膜が移動して電気ヒューズの抵抗値に分布が生じる。電気ヒューズを流れる電流は、移動した金属シリサイド膜の部分のうち、長手方向の中央部分Ｃ２が最も流れやすくなり、この金属シリサイド膜の部分の温度が融点に達する。すなわち、温度のピークが、電気ヒューズの中央部分から、金属シリサイド膜の移動に対応して電気ヒューズの正極側へシフトすることになる。
【００３３】
金属シリサイド膜の温度が融点に到達すると、金属シリサイド膜が溶融する。溶融した金属シリサイド中を電流が流れると、ローレンツ力に起因したピンチ効果によって、溶融した金属シリサイドが急激に収縮をして電気ヒューズが切断される。このとき、溶融した金属シリサイドの周囲に位置する絶縁膜（図示せず）も軟化しており、電気ヒューズが切断された際の反力によって、電気ヒューズにはほぼ球形のギャップ、すなわち、球形の空隙部が形成されることになる。こうして、電気ヒューズに空隙部を形成することで、電気ヒューズを完全に切断することができる（図１１参照）。この球形の空隙部の大きさ（直径）は、小さいもので約２００ｎｍであり、大きいもので約１μｍとされる。なお、球形とは、数学的な球形を意図するものではなく、一見して球形と判断できる程度のものをいう。
【００３４】
また、電流を流し始めてから金属シリサイド膜の温度が融点に達するまでの時間は、電流値に依存し、電流値が低くなるにしたがって長くなる。金属シリサイド膜の温度が融点に達して溶融するまでは、電気ヒューズを流れる電流によって、金属シリサイド膜は、エレクトロマイグレーションにより移動する。このため、溶融した金属シリサイドに形成される空隙部は、電流値が低いほど、電気ヒューズの中央部分から正極側へ距離を隔てられた部分に形成されることになる（図１２、図１３および図１４参照）。
【００３５】
一方、電気ヒューズに流す電流として、金属シリサイド膜が溶融する温度にまで上昇させることができない電流（密度）の場合には、金属シリサイド膜が溶融しないために、ピンチ効果によって空隙部が形成されることはなく、エレクトロマイグレーションによる金属シリサイド膜の移動のみが起こる（図１５参照）。この場合には、上述したように、電気ヒューズの抵抗値にばらつきが認められ、電気ヒューズが完全に切断されておらず、また、信頼性も低い。
【００３６】
上述した電気ヒューズを備えた半導体装置では、電気ヒューズを、ポリシリコン膜と金属シリサイド膜との積層構造とし、エレクトロマイグレーションとピンチ効果により電気ヒューズの所定の部分に空隙部を形成することによって電気ヒューズを切断する。空隙部を形成することで、切断後の電気ヒューズの抵抗値のばらつきは少なく、しかも、抵抗値としてＧΩオーダの抵抗値が得られ、その結果、判定回路の負荷が抑えられて、判定回路の規模を小さくすることができる。
【００３７】
また、空隙部を形成することで、金属シリサイド膜とポリシリコン膜の双方が切断されることになって、高温保存試験を経た後でも電気ヒューズの抵抗値に変動はなく、信頼性を向上することができる。
【００３８】
実施の形態２
実施の形態１では、溶融した金属シリサイドに形成される空隙部の位置は、電流値（電流密度）に依存し、電流値が低いほど、電気ヒューズの中央部分から距離を隔てられた部分に形成されることを述べた。ここでは、その性質を利用して所定のパターンに配置された電気ヒューズを備えた半導体装置について説明する。
【００３９】
図１９に示すように、本半導体装置では、複数の電気ヒューズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、電流が流れる長手方向とほぼ直交する方向にそれぞれ間隔を隔てて形成されている。また、互いに隣接する電気ヒューズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃに印加される電圧の極性は、互い違いになるように設定されている。さらに、電気ヒューズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを切断する際に流す電流密度として、空隙部が形成される電流密度の範囲内において、比較的低い一定の電流密度が設定されている。
【００４０】
上述した半導体装置では、互いに隣接する電気ヒューズに空隙部が形成されるような場合に、一方の電気ヒューズに形成される空隙部と、他方の電気ヒューズに形成される空隙部との間隔を開けることができ、電気ヒューズの信頼性を確保することができる。このことについて、比較例を交えて説明する。
【００４１】
まず、図２０に示すように、比較例１に係る半導体装置では、電気ヒューズ１１２として、複数の電気ヒューズ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃが、電流が流れる長手方向とほぼ直交する方向にそれぞれ間隔を隔てて形成されている。また、互いに隣接する電気ヒューズ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃに印加される電圧の極性が同じ向きになるように設定されている。さらに、電気ヒューズ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃを切断する際に流す電流密度として、空隙部が形成される電流密度の範囲内において、比較的高い一定の電流密度が設定されている。
【００４２】
この場合には、電流を流し始めてから金属シリサイド膜が溶融するまでの時間が比較的短く、電気ヒューズ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃの中央部分の近傍に空隙部が形成されることになる。そうすると、互いに隣接する電気ヒューズ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃに空隙部が形成されるような場合には、一方の電気ヒューズに形成される空隙部と、他方の電気ヒューズに形成される空隙部との間隔Ｌ２は、実質的に電気ヒューズ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ間の間隔程度となって、電気ヒューズ１１２の信頼性が損なわれるおそれがある。
【００４３】
一方、この配置態様のもとで、空隙部と空隙部との間隔を間隔Ｌ１にまで開けようとすれば、図２１に示される比較例２に係る半導体装置のように、互いに隣接する電気ヒューズ１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ間の間隔をさらに開ける必要があり、電気ヒューズ１１２が形成される領域の占有面積が増えることになる。
【００４４】
これに対して、本半導体装置の電気ヒューズでは、電気ヒューズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを切断する際に流す電流密度として、空隙部が形成される電流密度の範囲内において、比較的低い一定の電流密度が設定されていることで、電気ヒューズ１２に空隙部が形成される場合には、電気ヒューズ１２の正極側の端に空隙部が形成される。しかも、各電気ヒューズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃに印加される電圧の極性が互い違いになるように設定されて、空隙部が形成される正極側が長手方向の一方と他方とに交互に配置されることになる。これにより、互いに隣接する電気ヒューズ１２に空隙部が形成されるような場合に、一方の電気ヒューズに形成される空隙部と、他方の電気ヒューズに形成される空隙部との間隔Ｌ１を最も長く確保することができ、電気ヒューズ１２の信頼性を向上させることができる。
【００４５】
なお、上述した半導体装置では、この空隙部と空隙部との間隔に関する効果を説明するために、互いに隣接する電気ヒューズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃのいずれもが切断された場合を例に挙げて説明した。実際の半導体装置では、テスト結果に基づいて電気ヒューズが切断されるために、必ずしも隣接する電気ヒューズの双方が切断されるわけではなく、図２２に示すように、互いに隣接するヒューズの一方の電気ヒューズ１２ｃは溶断部３０において切断されて、他方の電気ヒューズ１２ｂは切断されていない場合（非溶断部３２）もあり、複数のヒューズ１２として、切断された電気ヒューズ１２ｃと切断されていない電気ヒューズ１２ａ，１２ｂとが混在していることになる。
【００４６】
実施の形態３
ここでは、実施の形態１あるいは実施の形態２において説明した電気ヒューズを備えた半導体装置の製造方法の一例について説明する。
【００４７】
図２３に示すように、まず、ステップＳ１では、半導体基板（ウェハ）の主表面に所定のウェハプロセス処理を施すことにより、たとえば、中央処理演算部やメモリを含む内部回路部と、その内部回路部に対してトリミングを行うトリミング回路部が形成される。トリミング回路部では、半導体基板の主表面上に形成されるポリシリコン膜と、タングステンシリサイド膜等の金属シリサイド膜との積層膜に、所定のエッチング処理を施すことによって、電気ヒューズが形成される。
【００４８】
次に、ステップＳ２では、ウェハの状態で、ウェハテストＷＴ１と電気ヒューズトリミングＷＴ２が行われる。ウェハテストＷＴ１では、ウェハに形成された複数の半導体装置（チップ）のそれぞれについて、半導体装置として所定の特性を満たしているか否かが評価される。この評価において所定の特性を満たしていないと判定された半導体装置のうち、トリミングにより救済可能な半導体装置については、電気ヒューズトリミングＷＴ２により、所定の電気ヒューズを切断することによって救済されることになる。
【００４９】
次に、ステップＳ３では、ウェハをダイシングすることによりチップとして取り出された半導体装置を、モールド樹脂等にて封止する（パッケージ）。次に、ステップＳ４では、パッケージの状態で、ファイナルテストＦＴ１と電気ヒューズトリミングＦＴ２が行われる。ファイナルテストＦＴ１では、製品として半導体装置が所定の機能を具備しているか否かが評価される。この評価において所定の機能を具備していないと判定されたパッケージ（不良品）のうち、トリミングにより救済可能なパッケージについては、電気ヒューズトリミングＦＴ２により、所定の電気ヒューズを切断することによって、良品として救済されることになる。こうして半導体装置が完成する。
【００５０】
上述した半導体装置の製造方法では、電気ヒューズトリミングＷＴ２，ＦＴ２を行う際に、エレクトロマイグレーションとピンチ効果によって、電気ヒューズに空隙部を形成する。これにより、すでに説明したように、電気ヒューズを確実に切断することができるとともに、切断後の電気ヒューズの信頼性も確保することができる。
【００５１】
また、電気ヒューズでは、電気ヒューズに電流を流すことによって切断するため、ウェハの状態に加えて、パッケージされた状態においても、トリミングが可能になる。これにより、モールド工程後、オンサイト、バーンイン後においても、半導体装置の救済を行うことができ、生産性向上に寄与することができる。また、自己テストとして、ＢＩＳＴ（Built In Self Test）との組み合わせによるセルフリペアテスト構築によるテストコストの削減にも貢献することが可能になる。
【００５２】
また、電気ヒューズでは、テスタを使用してテスト直後に電流を流すことによってトリミングを行うことができ、レーザ光線によりヒューズを切断する手法に比べて、別途、トリミング工程を設けたり、トリミングのための専用のＬＴ装置も必要としない。さらに、レーザ光線によりヒューズを切断する手法では、ヒューズを露出する開口部が必要とされて、配線を形成してはならない配線禁止領域として比較的広い領域が必要とされる。このため、エリアパッドを設けるのが困難である。これに対して、電気ヒューズの場合では、そのような開口部を設ける必要がないため、配線禁止領域はより狭くなり、エリアパッドを設けやすくなる。
【００５３】
なお、上述した半導体装置の製造方法では、電気ヒューズによるトリミングを、ウェハテストとファイナルテストの双方に適用する場合について説明したが、いずれか一方にだけ適用してもよく、特に、パッケージ後のファイナルテストに適用することができる点で、半導体装置の歩留まり向上に大きく貢献することができる。
【００５４】
また、上述した各実施の形態に係る半導体装置を組み合わせて、本発明に係る半導体装置を構成してもよく、その場合には、組み合わせた各実施の形態に記載の効果と同様の効果を奏することができる。
【００５５】
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、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でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、配線材料としてポリシリコン膜と金属シリサイド膜を適用した半導体装置の電気ヒューズとして有効に利用される。
【符号の説明】
【００５７】
１  半導体装置、２  内部回路部、３  トリミング回路部、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ  プラグ、５  切断用トランジスタ、６  ゲート、７  ドレイン、８  ソース、１０  半導体基板、１１  ＬＯＣＯＳ酸化膜、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  電気ヒューズ、１３ヒューズ本体部、１４  ポリシリコン膜、１５  金属シリサイド膜、１６ａ  第１ヒューズパッド部、１６ｂ  第２ヒューズパッド部、１７ａ，１７ｂ  プラグ、１８ａ，１８ｂ  金属配線、１９  シリコン酸化膜、２０  パッシベーション膜、３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ  溶断部、３１  空隙部、３２  非溶断部、Ｌ１，Ｌ２  間隔。
【図１】
0005581520.tif 000002
【図２】
0005581520.tif 000003
【図３】
0005581520.tif 000004
【図４】
0005581520.tif 000005
【図５】
0005581520.tif 000006
【図６】
0005581520.tif 000007
【図７】
0005581520.tif 000008
【図８】
0005581520.tif 000009
【図９】
0005581520.tif 000010
【図１０】
0005581520.tif 000011
【図１６】
0005581520.tif 000012
【図１７】
0005581520.tif 000013
【図１８】
0005581520.tif 000014
【図１９】
0005581520.tif 000015
【図２０】
0005581520.tif 000016
【図２１】
0005581520.tif 000017
【図２２】
0005581520.tif 000018
【図２３】
0005581520.tif 000019
【図１１】
0005581520.tif 000020
【図１２】
0005581520.tif 000021
【図１３】
0005581520.tif 000022
【図１４】
0005581520.tif 000023
【図１５】
0005581520.tif 000024