(57)【要約】【課題】遮断電流設計を容易に行うことができるようにする。【解決手段】多結晶シリコン層１３とヒューズ配線部１４とを構造的に接続する接触部１３ｃ（１４ｄ）が、多結晶シリコン層１３の側面部１３ａおよび上面部１３ｂの一部上に沿って設けられている。また、接触部１４ｄ（側壁部１４ｂや平坦部１４ｃ）とは別領域に設けられた被溶断部１４ａの断面積を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の主配線層間を構造的に接続可能に構成されると共に過電流が印加されると溶断する被溶断部と、
前記被溶断部と構造的に接続すると共に当該被溶断部とは別領域に設けられ前記複数の主配線層の上面および側面にそれぞれ接触した複数の接触部と、
を存して形成されたヒューズ配線部を具備したことを特徴とする半導体ヒューズ装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体ヒューズ装置において、
前記主配線層は多結晶シリコンにより構成され、
前記ヒューズ配線部は、金属層と、当該金属層および前記主配線層間に介在して設けられたバリアメタル膜とにより構成されていることを特徴とする半導体ヒューズ装置。
【請求項３】
請求項１記載の半導体ヒューズ装置において、
前記ヒューズ配線部の被溶断部が単一材料の金属層のみによって構成されていることを特徴とする半導体ヒューズ装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかに記載の半導体ヒューズ装置において、
前記ヒューズ配線部が前記主配線層と接触する接触部の少なくとも一部の界面において凹凸状に形成されていることを特徴とする半導体ヒューズ装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れかに記載の半導体ヒューズ装置において、
前記ヒューズ配線部の被溶断部を覆う保護膜を備え、
前記ヒューズ配線部の被溶断部と前記保護膜との間に空間部が設けられていることを特徴とする半導体ヒューズ装置。
【請求項６】
請求項１記載の半導体ヒューズ装置を製造する製造方法であって、
主配線層を複数形成する工程と、
前記複数の主配線層の側面および上面の一部にそれぞれ接触する複数の接触部、前記複数の接触部とは別領域に設けられ当該複数の接触部間を構造的に接続する被溶断部、を備えたヒューズ配線部を形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体ヒューズ装置の製造方法。
【請求項７】
前記主配線部の側面および上面を粗く凹凸状に形成する工程を備えたことを特徴とする請求項６記載の半導体ヒューズ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ヒューズ配線構造を溶断することで電流を遮断する構造を備えた半導体ヒューズ装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の半導体ヒューズ装置が例えば特許文献１に開示されている。図１０は、従来から使用されている半導体ヒューズ装置の概略図を示している。この図１０に示すように、絶縁層１上に金属配線層（主配線層）２が形成されており、この金属配線層２上に絶縁層３を介して金属配線層（主配線層）４が形成されている。金属配線層２および４間は、その金属配線層４のコンタクト４ａが金属配線層２の上面のみに接触するように形成されると共に、コンタクト４ａの径がその他の部分よりも小さく構成されており、当該コンタクト４ａに過電流が流れるとコンタクト４ａ部分が溶断するようになっている。
【特許文献１】特開平０６−１５１４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら前述した構造では、コンタクト４ａの断面積と金属配線層４との接触面積とが同一であるため、コンタクト４ａの内部抵抗よりもコンタクト４ａと金属配線層４との間の接触抵抗が大きくなってしまうという問題点があった。したがって、ヒューズの遮断電流が接触抵抗によって制限されてしまい遮断電流設計が困難であるという問題点があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、遮断電流設計を容易に行うことができる半導体ヒューズ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１記載の発明によれば、ヒューズ配線部は、複数の主配線層間を構造的に接続して形成される被溶断部を備え、当該被溶断部とは別領域に設けられると共に主配線層の上面および側面に接触した接触部を存して形成されているため、従来に比して接触抵抗を低減できるようになると共に、遮断電流設計を容易に行うことができるようになる。
【０００５】
請求項２記載の発明によれば、主配線層は多結晶シリコンにより構成されており、ヒューズ配線部は、金属層と当該金属層および主配線層間に介在して設けられたバリアメタル膜とにより構成されているため、多結晶シリコンとの間の接触抵抗を低減することができる。
【０００６】
請求項３記載の発明によれば、ヒューズ配線部の被溶断部が単一材料の金属層のみによって構成されているため、ヒューズ配線部の断線温度調整が容易になる。
請求項４記載の発明によれば、ヒューズ配線部が主配線層と接触する接触部の少なくとも一部の界面において凹凸状に形成されているため、接触部が平坦に形成されているのに比較してヒューズ配線部と主配線層との間の接触面積を増すことができ接触抵抗を低減できる。
【０００７】
請求項５記載の発明によれば、ヒューズ配線部の被溶断部を覆う保護膜と被溶断部との間に空間部が設けられているため、過電流が印加されることにより被溶断部が溶断し不要物が飛散したとしても他の半導体構造領域に対して悪影響が与えられることを極力抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１ないし図６を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、半導体ヒューズ装置を構成するヒューズ配線部の上面図を示しており、図１（ｂ）はヒューズ配線部の断面図（図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図）を示しており、図１（ｃ）は半導体ヒューズ装置の被溶断部が溶断された状態を示している。
【０００９】
図１（ｂ）に示すように、半導体ヒューズ装置１０は、半導体層１１の上に層間絶縁膜１２を介して形成されている。層間絶縁膜１２はその上面が平坦面に形成されており、層間絶縁膜１２の上には、主配線層としての不純物ドープ型の多結晶シリコン層１３が複数形成されている。これらの複数の多結晶シリコン層１３間には、ヒューズ配線部１４が構成されている。ヒューズ配線部１４は、層間絶縁膜１２の上面上に形成された被溶断部１４ａと、多結晶シリコン層１３の側壁面部１３ａの一部上に沿って形成された側壁部１４ｂと、多結晶シリコン層１３の上面部１３ｂの一部上に沿って形成された平坦部１４ｃとからなる。ヒューズ配線部１４は、その側壁部１４ｂと平坦部１４ｃとがほぼ同一膜厚で形成されており、側壁部１４ｂと多結晶シリコン層１３の側面部１３ａの一部とが接触すると共に、平坦部１４ｃと多結晶シリコン層１３の上面部１３ｂの一部とが接触するように構成されている。尚、接触部には符号１３ｃ、１４ｄを付している。
【００１０】
ヒューズ配線部１４は、アルミニウム（Ａｌ）により構成され、過電流が流れることにより溶断する被溶断部１４ａを備えており、その被溶断部１４ａが層間絶縁膜１２の上面上に形成されることにより構成されている。被溶断部１４ａは、その電流の流れる方向に対して直交した断面積が側壁部１４ｂや平坦部１４ｃの断面積とほぼ同一または狭く構成されており、当該断面積が調整されることにより遮断電流を調整可能になっている。
【００１１】
尚、被溶断部１４ａと接触部１３ｃ（１４ｄ）とは別領域に設けられている。ヒューズ配線部１４は、その主要部が凹型形状に形成されている。保護膜１５は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ）またはＰＩＱにより形成されており、ヒューズ配線部１４を覆うように形成されている。また空間部１６が、被溶断部１４ａおよび側壁部１４ｂによって凹状に囲われた領域に設けられている。
【００１２】
図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、空間部１６は被溶断部１４ａと保護膜１５との間に設けられている。この空間部１６は、被溶断部１４ａに過電流が流れることによって溶断して飛散した溶断材痕を収容可能に構成されている。これにより、たとえ被溶断部１４ａが溶断したとしても他の半導体構造の形成領域に対して悪影響が与えられることを極力抑制できる。尚、空間部１６は必要に応じて設ければ良い。
【００１３】
上記構成の作用を説明する。複数の多結晶シリコン層１３間に電流が流れる。このとき、特に断面積の狭い被溶断部１４ａに過電流が印加されると、図１（ｃ）に示すように、当該被溶断部１４ａが溶断し空間部１６に溶断痕が残留する。
【００１４】
上記構造の製造方法について図２ないし図５をも参照しながら説明する。尚、説明の便宜上、前述説明した各膜や各層の構成要素（構造要素と称す）に対応した製造上の構成要素（製造要素と称す）については、構造要素に付した符号に対し必要に応じて１００を加えた符号を付して製造要素の符号として記す。したがって、以下に示す製造要素は、当該製造要素に付された符号から１００を減じた符号を付した構造要素が対応している。
【００１５】
図２に示すように、半導体層１１１の上に層間絶縁膜１１２、多結晶シリコン層１１３を順次積層し、図３に示すように、多結晶シリコン層１１３を複数に分断し溝部１１３ｚを形成する。次に、図４に示すように、溝部１１３ｚの内側にアルミ層１１４をスパッタ法にて等方的に形成し設計寸法に合わせてヒューズ配線部１４の設計寸法に分断する。このアルミ層１１４は、層間絶縁膜１１２の上面上に沿う内面部（下端面部）１１４ａ、多結晶シリコン層１１３の側面部１１３ａの一部に沿う側壁部１１４ｂ、多結晶シリコン層１１３の上面部１１３ｂの一部上に沿う上側端部（上端面部）１１４ｃによって一体形成されており、これらは同一工程で成形される。尚、図４においては、空間部１６を構成しない場合の製造方法を示しているが、図５は、空間部１６を構成する場合の製造方法を示している。
【００１６】
図５に示すように、複数の多結晶シリコン層１１３間の距離や各膜１１３、１１４の膜厚を調整することで、アルミ層１１４の内上端部１１４ｅを接触させその上部を閉塞させながらアルミ層１１４の内側に対し全体がアルミ層１１４によって覆われるボイド１１６を生じさせヒューズ配線部１４の基となる部分を形成する。次に、アルミ層１１４の上に保護膜１１５を形成する。この場合、アルミ層１１４の内上端部１１４ｅが閉塞しているため、保護膜１５がボイド１１６内に入り込むことがない。
【００１７】
次に、図６に示すように、アルミ層１１４の融解温度となる６６０℃以上の温度で熱処理しアルミ層１１４を流動させる。すると、ボイド１１６の内上端部１１４ｅが両側外方に離間するようになり空間部１６を設けながらヒューズ配線部１４を形成できる。
【００１８】
本実施形態によれば、多結晶シリコン層１３とヒューズ配線部１４とを構造的に接続する接触部１３ｃ（１４ｄ）が、多結晶シリコン層１３の側面部１３ａおよび上面部１３ｂの一部上に沿って設けられているため、従来に比して接触面積を増すことができ、多結晶シリコン層１３とヒューズ配線部１４との間の接触面積を広くすることができる。これにより、接触部１３ｃの接触抵抗をヒューズ配線部１４（アルミニウム）の内部抵抗に比べて低減できるようになる。
【００１９】
また、接触部１４ｄ（側壁部１４ｂや平坦部１４ｃ）とは別領域に設けられた被溶断部１４ａの断面積を調整することで遮断電流設計を容易に行うことができる。また、ヒューズ配線部１４の寸法設計を側壁部１４ｂおよび平坦部１４ｃの寸法設計によって容易に行うことができる。
【００２０】
また、ヒューズ配線部１４の被溶断部１４ａを覆う保護膜１５と被溶断部１４ａとの間に空間部１６が設けられているため、過電流が印加されることにより被溶断部１４ａが溶断し不要物が飛散したとしても空間部１６内に収容されるようになり、他の半導体構造領域に対して悪影響が与えられることを極力抑制できる。
【００２１】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、ヒューズ配線部を、アルミ層と当該アルミ層および多結晶シリコン層間に介在して設けられたバリアメタル膜とを備えた構成としたところにある。前述実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。
【００２２】
半導体ヒューズ装置１０に代わる半導体ヒューズ装置２０は、ヒューズ配線部１４に代わるヒューズ配線部１７を備えている。図７に示すように、ヒューズ配線部１７は、バリアメタル膜１８とアルミ層１９とから構成されている。バリアメタル膜１８は、ＡｌＳｉ、Ｔｉ、ＴｉＮなどの金属含有材料から形成されている。バリアメタル膜１８は、アルミ層１９と多結晶シリコン層１３との間に介在すると共に、アルミ層１９と層間絶縁膜１２との間に介在して形成されており、接触抵抗の低減が図られている。より具体的に詳述すると、バリアメタル膜１８は、複数の多結晶シリコン層１３の上面部１３ｂの一部上、側面部１３ａの一部上に沿って形成されていると共に、層間絶縁膜１２の露出上面上に沿って形成されている。その他のヒューズ配線部１７の構造については、ヒューズ配線部１４とほぼ同様であるため、その説明を省略する。
本実施形態においては、ヒューズ配線部１７が、アルミ層１９とバリアメタル膜１８とを備えた構造をなしているため、接触抵抗を低減することができる。
【００２３】
（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態を示すもので、第２の実施形態と異なるところは、被溶断部がアルミ層のみによって形成されているところにある。第２の実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略し、以下、異なる部分についてのみ説明する。
【００２４】
半導体ヒューズ装置２０に代わる半導体ヒューズ装置３０は、ヒューズ配線部１７に代わるヒューズ配線部３１を備えている。このヒューズ配線部３１がヒューズ配線部１７と異なるところは、バリアメタル膜１８が層間絶縁膜１２の上面上では分断されていると共にアルミ層１９が層間絶縁膜１２の上面上に沿って形成されており、被溶断部３１ａがアルミ層１９ａのみによって形成されているところにある。
【００２５】
本実施形態では、被溶断部３１ａを単一材料のアルミ層１９ａのみによって形成しているため、被溶断部を２層以上の異なる材料で構成する場合に比較して被溶断部３１ａの断線温度調整を容易に行うことができる。
【００２６】
（第４の実施形態）
図９は、本発明の第４の実施形態を示すもので、第１の実施形態と異なるところは、多結晶シリコン層の上面および側面を粗く凹凸状に構成することで表面積を増加して接触抵抗を低減しているところにある。第１の実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略し、以下、異なる部分についてのみ説明する。
【００２７】
図９の半導体ヒューズ装置４０に示すように、多結晶シリコン層１３は、その側面部１３ａおよび上面部１３ｂが粗く構成されている。これは、多結晶シリコン層１３の成膜工程において、シリコンの露出部分に対し熱処理を施したり、シリコンを複数に分断するときのエッチング処理にボッシュプロセスを適用したり、シリコン上にレジストをパターニングするときにそのフォトリソグラフィ条件をデフォーカスしてエッチング処理を施すことで形成することができる。すると、多結晶シリコン層１３とヒューズ配線部１４との間の接触面積を増すことができ、接触抵抗を低減できるようになる。
【００２８】
（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形または拡張が可能である。
ヒューズ配線部１４、１７を構成する金属層としてアルミを適用したが、必要に応じて他の金属で形成しても良い。主配線層として多結晶シリコン層１３を適用したが、他の配線材料を適用しても良い。
第４の実施形態では、アルミによって構成されたヒューズ配線部１４を適用しているが、これに代えて、第２または第３の実施形態で説明したようなバリアメタル膜１８を具備したヒューズ配線部１７、３１を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す半導体ヒューズ装置の構造図（（ａ）は上面図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う縦断側面図、（ｃ）は溶断時の縦断側面図）
【図２】製造工程の説明図（その１）
【図３】製造工程の説明図（その２）
【図４】製造工程の説明図（その３）
【図５】製造工程の説明図（その４）
【図６】製造工程の説明図（その５）
【図７】本発明の第２の実施形態を示す図１（ｂ）相当図
【図８】本発明の第３の実施形態を示す図１（ｂ）相当図
【図９】本発明の第４の実施形態を示す図１（ｂ）相当図
【図１０】従来例を示す図１（ｂ）相当図
【符号の説明】
【００３０】
図面中、１０、２０、３０、４０は半導体ヒューズ装置、１３は多結晶シリコン層（主配線層）、１３ａは多結晶シリコン層の側面部（主配線層の側面部）、１３ｂは多結晶シリコン層の上面部（主配線層の上面部）、１４、１７はヒューズ配線部、１４ａは被溶断部、１３ｃ、１４ｄは接触部、１５は保護膜、１６は空間部、１８はバリアメタル膜、１９はアルミ層（金属層）を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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