(57)【要約】【課題】  多層配線構造で設計、配置の自由度が大きく、確実に切断可能なヒューズを有する半導体装置及びその製造方法、ヒューズカット方法を提供する。【解決手段】  半導体チップ表面にアルミニウムを主成分とする電極パッド１１、１２が形成されている。電極パッド１２の一方端と回路素子１０との電流経路にダイオードでなる過電流保護回路１４が設けられている。電極パッド１１、１２間にヒューズ用配線１５が形成されている。ヒューズ用配線１５は金属配線層の任意層を用いて形成することができる。ここでは電極パッド１１、１２のパターニングと同一工程で形成される。ヒューズ用配線１５は過電流により断線状態になるよう最小デザインルールで形成されることが望ましく、この例ではクランク状の屈曲パターンを含むようにパターニングする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路動作のための回路素子及び金属配線層を含む回路配線と、
第１電極部及び第２電極部と、
少なくとも前記第１電極部または第２電極部の一方端と前記回路素子との電流経路に設けられた過電流保護回路と、
前記金属配線層における前記第１電極部と第２電極部間の任意層を用いて構成され、過電流により断線状態を達成するヒューズ用配線と、
を具備したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
集積回路動作のための回路素子及び金属配線層を含む回路配線と、
第１電極パッド及び第２電極パッドと、
少なくとも前記第１電極パッドまたは第２電極パッドの一方端と前記回路素子との電流経路に設けられた過電流保護回路と、
前記金属配線層における前記第１電極パッドと第２電極パッド間の任意層を用いて構成され、前記第１電極パッドと第２電極パッド間に所定電圧をかけることにより過電流を流し断線状態を達成するヒューズ用配線と、
を具備したことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記ヒューズ用配線は、クランク状の屈曲パターンを含み、前記断線状態はエレクトロマイグレーションに起因するものであることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ヒューズ用配線は、前記金属配線層における上下配線層間のプラグ金属を含み、前記断線状態はエレクトロマイグレーションに起因するものであることを特徴とする請求項１〜３いずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ヒューズ用配線は、前記金属配線層における上下配線層間のプラグ金属を含み、前記プラグ金属と配線の接続部はエレクトロマイグレーションを引き起こし易い構造とし必要時に前記断線状態を得ることを特徴とする請求項１〜３いずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記ヒューズ用配線は、アルミニウムを主成分とする金属配線を含むことを特徴とする請求項１〜５いずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項７】
集積回路動作のための回路素子及び配線を形成する回路配線工程中において、
前記回路素子を保護する過電流保護回路を形成する工程と、
どちらかが前記過電流保護回路につなげられる第１電極パッド、第２電極パッドを形成する工程と、
前記第１電極パッド、第２電極パッド形成の前か同時に、前記第１電極パッドと前記第２電極パッド間に、所定電圧をかけてエレクトロマイグレーションに起因する断線状態を生じさせるヒューズ用配線を形成する工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
集積回路動作のための回路素子及び配線を形成する回路配線工程中において、
前記回路素子を保護する過電流保護回路を形成する工程と、
どちらかが前記過電流保護回路につなげられる第１電極パッド、第２電極パッドを形成する工程と、
前記第１電極パッド、第２電極パッド形成の前か同時に、前記第１電極パッドと前記第２電極パッド間にクランク状の屈曲パターンを含むヒューズ用配線を形成する工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
集積回路動作のための回路素子及び配線を形成する回路配線工程中において、
前記回路素子を保護する過電流保護回路を形成する工程と、
どちらかが前記過電流保護回路につなげられる第１電極パッド、第２電極パッドを形成する工程と、
前記第１電極パッド、第２電極パッド形成の前に、前記第１電極パッドと前記第２電極パッド間に配線層間のプラグ金属を含み、所定電圧をかけてエレクトロマイグレーションに起因する断線状態を生じさせるヒューズ用配線を形成する工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
集積回路動作のための回路素子及び金属配線層を含む回路配線と、
第１電極部及び第２電極部と、
少なくとも前記第１電極部または第２電極部の一方端と前記回路素子との電流経路に設けられた過電流保護回路と、
前記金属配線層における前記第１電極部と第２電極部間の任意層を用いて構成され、過電流により断線状態を達成するヒューズ用配線と、
を具備し、
前記ヒューズ用配線のヒューズカットは前記集積回路動作に関する特性試験の工程において前記第１電極部と第２電極部間に所定電圧をかけることにより達成することを特徴とするヒューズカット方法。
【請求項１１】
集積回路動作のための回路素子及び金属配線層を含む回路配線と、
第１電極部及び第２電極部と、
少なくとも前記第１電極部または第２電極部の一方端と前記回路素子との電流経路に設けられた過電流保護回路と、
前記金属配線層における前記第１電極部と第２電極部間の任意層を用いて構成され、過電流により断線状態を達成するヒューズ用配線と、
を具備し、
前記ヒューズ用配線のヒューズカットはプローブ試験に用いられる探針で前記第１電極部と第２電極部間に所定電圧をかけることにより達成することを特徴とするヒューズカット方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に半導体集積回路装置に特性調整用としてまたは冗長回路に組み入れられるヒューズ素子構造を有する半導体装置及びその製造方法、ヒューズカット方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路装置においてその製品特性、あるいは個々の出力信号レベル等を調整する目的で、ヒューズ回路が設けられているものがある。また、ＳＲＡＭ、ドライバＩＣ等のメモリ製品の冗長回路を用いるための回路変更にヒューズ回路が利用される。すなわち、ヒューズカットを実施することにより、回路を構成する所定の信号経路が変更でき、関係する回路ブロックの動作の調整化、回路変更が図れる。
【０００３】
従来、ヒューズは、レーザ光による溶断、または溶断電流を用いる技術が開発されている。レーザ光の効率良い照射はアルミニウムヒューズの蒸発を促進させる。このため、ヒューズ上の絶縁膜（ＳｉＯ２）の膜厚を例えば４００ｎｍ以下と薄くする必要がある。ヒューズ配置領域の制約、腐食等による断線の危険性がある。また、溶断電流を用いる技術では、より低電流でもヒューズカットが可能な技術がある。ヒューズ・リンク中に、電流の密集を促す湾曲部を有した形態である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−１４０５１０号公報（４，５頁、図１〜８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザ光溶断を利用するヒューズは、ヒューズ開口部等、設ける箇所の制約が厳しく、また、不安定で信頼性に欠ける面もある。溶断電流を用いる［特許文献１］では、ポリシリコンヒューズを用いる例が開示されている。よって、やはり多層配線構造を考えると設計、配置の自由度が小さくなる問題がある。
【０００５】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、多層配線構造で設計、配置の自由度が大きく、確実に切断可能なヒューズを有する半導体装置及びその製造方法、ヒューズカット方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体装置は、集積回路動作のための回路素子及び金属配線層を含む回路配線と、第１電極部及び第２電極部と、少なくとも前記第１電極部または第２電極部の一方端と前記回路素子との電流経路に設けられた過電流保護回路と、前記金属配線層における前記第１電極部と第２電極部間の任意層を用いて構成でき、前記配線と同等材料を含み過電流により断線状態を達成するヒューズ用配線と、を具備したことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るより好ましい実施態様としての半導体装置は、集積回路動作のための回路素子及び金属配線層を含む回路配線と、第１電極パッド及び第２電極パッドと、少なくとも前記第１電極パッドまたは第２電極パッドの一方端と前記回路素子との電流経路に設けられた過電流保護回路と、前記金属配線層における前記第１電極パッドと第２電極パッド間の任意層を用いて構成でき、前記第１電極パッドと第２電極パッド間に所定電圧をかけることにより過電流を流し断線状態を達成するヒューズ用配線と、を具備したことを特徴とする。
【０００８】
上記それぞれ本発明に係る半導体装置によれば、２つの電極間における金属配線層の任意層を用いて、過電流によって断線状態を実現するヒューズ用配線が構成できる。なお、回路素子に影響を与えないように過電流保護回路を要する。２つの電極間における金属配線層の任意層を用いることにより、設計、配置の自由度が大きい。ヒューズカット時では容易に確実に断線状態に、また、ヒューズカットしない場合は安定した結線状態が維持できるように形状が工夫できる。
【０００９】
なお、上記本発明に係る半導体装置において、より好ましい次のようないずれかの特徴を有する。これにより、ヒューズカット時では容易に断線状態に、また、ヒューズカットしない場合は安定した結線状態が維持できる。
前記ヒューズ用配線は、クランク状の屈曲パターンを含み、前記断線状態はエレクトロマイグレーションに起因するものであることを特徴とする。
前記ヒューズ用配線は、前記金属配線層における上下配線層間のプラグ金属を含み、前記断線状態はエレクトロマイグレーションに起因するものであることを特徴とする
前記ヒューズ用配線は、前記金属配線層における上下配線層間のプラグ金属を含み、前記プラグ金属と配線の接続部はエレクトロマイグレーションを引き起こし易い構造とし必要時に前記断線状態を得ることを特徴とする。
前記ヒューズ用配線は、アルミニウムを主成分とする金属配線を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、集積回路動作のための回路素子及び配線を形成する回路配線工程中において、前記回路素子を保護する過電流保護回路を形成する工程と、どちらかが前記過電流保護回路につなげられる第１電極パッド、第２電極パッドを形成する工程と、前記第１電極パッド、第２電極パッド形成の前か同時に、前記第１電極パッドと前記第２電極パッド間に、所定電圧をかけてエレクトロマイグレーションに起因する断線状態を生じさせるヒューズ用配線を形成する工程と、を具備したことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、集積回路動作のための回路素子及び配線を形成する回路配線工程中において、前記回路素子を保護する過電流保護回路を形成する工程と、どちらかが前記過電流保護回路につなげられる第１電極パッド、第２電極パッドを形成する工程と、前記第１電極パッド、第２電極パッド形成の前か同時に、前記第１電極パッドと前記第２電極パッド間にクランク状の屈曲パターンを含むヒューズ用配線を形成する工程と、を具備したことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、集積回路動作のための回路素子及び配線を形成する回路配線工程中において、前記回路素子を保護する過電流保護回路を形成する工程と、どちらかが前記過電流保護回路につなげられる第１電極パッド、第２電極パッドを形成する工程と前記第１電極パッド、第２電極パッド形成の前に、前記第１電極パッドと前記第２電極パッド間に配線層間のプラグ金属を含み、所定電圧をかけてエレクトロマイグレーションに起因する断線状態を生じさせるヒューズ用配線を形成する工程と、を具備したことを特徴とする。
【００１３】
上記それぞれの本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、２つの電極パッド形成の前、あるいは同時に任意の配線層を用いてヒューズ用配線を形成することができる。ヒューズ用配線はヒューズカット時ではエレクトロマイグレーションに起因する断線状態を生じさせるものである。ヒューズカット時では容易に断線状態に、また、ヒューズカットしない場合は安定した結線状態が維持できるように形状が工夫できる。設計、配置の自由度が大きく、確実に切断可能なヒューズを形成することができる。
【００１４】
本発明に係るヒューズカット方法は、集積回路動作のための回路素子及び金属配線層を含む回路配線と、第１電極部及び第２電極部と、少なくとも前記第１電極部または第２電極部の一方端と前記回路素子との電流経路に設けられた過電流保護回路と、前記金属配線層における前記第１電極部と第２電極部間の任意層を用いて構成され、過電流により断線状態を達成するヒューズ用配線と、を具備し、前記ヒューズ用配線のヒューズカットは前記集積回路動作に関する特性試験の工程において前記第１電極部と第２電極部間に所定電圧をかけることにより達成することを特徴とする。
【００１５】
上記本発明に係るヒューズカット方法によれば、第１電極部と第２電極部間に所定電圧をかけることによりヒューズカットが達成できるので、特性試験の工程と同じステージで製品に対して必要なヒューズカットを行うようにする。これにより、効率的で信頼性ある確実なヒューズカットに寄与する。ヒューズカット状況の確認も合わせて可能である。
【００１６】
本発明に係るヒューズカット方法は、集積回路動作のための回路素子及び金属配線層を含む回路配線と、第１電極部及び第２電極部と、少なくとも前記第１電極部または第２電極部の一方端と前記回路素子との電流経路に設けられた過電流保護回路と、前記金属配線層における前記第１電極部と第２電極部間の任意層を用いて構成され、過電流により断線状態を達成するヒューズ用配線と、を具備し、前記ヒューズ用配線のヒューズカットはプローブ試験に用いられる探針で前記第１電極部と第２電極部間に所定電圧をかけることにより達成することを特徴とする。
【００１７】
上記本発明に係るヒューズカット方法によれば、第１電極部と第２電極部間に所定電圧をかけることによりヒューズカットが達成できるので、プローブ試験に用いられる探針で必要なヒューズカットを行うようにする。これにより、効率的で容易な高信頼性のヒューズカットに寄与する。ヒューズカット状況の確認も合わせて可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の要部を示す平面図である。メタルヒューズ素子構造を示している。半導体チップ内では集積回路動作のための回路素子１０及びアルミニウムを主成分とする金属配線層を含む回路配線が形成されている。半導体チップ表面にアルミニウムを主成分とする電極パッド１１、１２が形成されている。電極パッド１１、１２それぞれは周囲がパッシベーション膜１３に囲まれている。電極パッド１２の一方端と回路素子１０との電流経路にダイオードでなる過電流保護回路１４が設けられている。電極パッド１１、１２間にヒューズ用配線１５が形成されている。
【００１９】
ヒューズ用配線１５の製造方法は次のようである。ヒューズ用配線１５は金属配線層の任意層を用いて形成することができる。ここでは電極パッド１１、１２の形成層で電極パッド１１、１２のパターニングと同一工程で形成される。ヒューズ用配線１５は過電流により断線状態になるよう構成される。ヒューズ用配線１５は最小デザインルールで形成されることが望ましく、この例ではクランク状の屈曲パターンを含むようにパターニングする。もちろん回路素子及び配線を形成する途中段階でＰＮ接合ダイオード等を形成し過電流保護回路１４として準備しておき、電極パッド１１、１２の形成層で電極パッド１２と接続するようパターニングする。
【００２０】
上記構成においてヒューズカットする場合、電極パッド１１、１２間に所定のヒューズカット電圧をかける。より具体的には、電極パッド１２を接地電位とし、電極パッド１１にヒューズカット電圧を加え、ヒューズ用配線１５に１ｍＡ／ｃｍ２以上の過電流を供給する。ヒューズ用配線１５に過電流が流れると、主に破線で囲んだ内側屈曲部に電流が集中しエレクトロマイグレーションが起こる。すなわち、アルミニウムを主成分とする金属配線にエレクトロマイグレーションが起こり易いこと積極的に利用している。これにより、ヒューズ用配線１５は金属の移動、消失に至って確実に断線する箇所ができる。この時、チップ内部の回路素子１０は過電流保護回路１４により保護される。
【００２１】
図２は、上記第１実施形態の変形例を示す平面図、図３は、図２の任意断面の構成図である。図１と同様の箇所には同一の符号を付して説明する。ヒューズ用配線１５は、例えばアルミニウムを主成分とする金属配線層の任意層を用いて形成することができる。ここでは電極パッド１１、１２の下層の配線層で形成されている。
【００２２】
すなわち、上記第１実施形態との製造方法の違いは次のようである。電極パッド１１、１２のパターニング前にヒューズ用配線１５を形成する。従って、電極パッド１１、１２はアルミニウムである必要はない。もちろん回路素子及び配線を形成する途中段階でＰＮ接合ダイオード等を形成し過電流保護回路１４として準備しておき、後に形成される電極パッド１２と接続されるようにいずれかの配線層でパターニングする。
【００２３】
このような構成においてもヒューズカットする場合、電極パッド１１、１２間に所定のヒューズカット電圧をかけることにより１ｍＡ／ｃｍ２以上の過電流を供給する。ヒューズ用配線１５に過電流が流れると、破線で囲んだ内側屈曲部に電流が集中しエレクトロマイグレーションが著しい箇所が生じ、金属の移動、消失に至って断線状態となる。チップ内部の回路素子１０は過電流保護回路１４により保護される。
【００２４】
上記各実施形態の構成及び方法によれば、２つの電極パッド１１、１２間における金属配線層の任意層を用いて、過電流によって断線状態を実現するヒューズ用配線１５が構成できる。なお、回路素子１０は過電流保護回路１４によって過電流の影響を与えないようにする。ヒューズ用配線１５は、金属配線層の任意層を用いることができ、設計、配置の自由度が大きい。ヒューズカット時では容易に確実に断線状態に、また、ヒューズカットしない場合は安定した結線状態が維持できるように形状が工夫できる。
【００２５】
図４は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の要部を示す平面図である。図５は、図４のＦ５−Ｆ５線断面図である。これらの図はメタルヒューズ素子構造を示している。半導体チップ内では集積回路動作のための回路素子２０及びアルミニウムを主成分とする金属配線層を含む回路配線が形成されている。半導体チップ表面にアルミニウムを主成分とする電極パッド２１、２２が形成されている。電極パッド２１、２２それぞれは周囲がパッシベーション膜２３に囲まれている。電極パッド２２の一方端と回路素子２０との電流経路にダイオードでなる過電流保護回路２４が設けられている。電極パッド２１、２２間にヒューズ用配線２５が形成されている。
【００２６】
ヒューズ用配線２５の製造方法は次のようである。ヒューズ用配線２５は、金属配線層の任意層を用いて形成することができる。ここでは電極パッド２１、２２形成前に配された下層のアルミニウムを主成分とする配線層２５１とタングステンプラグ２５２で構成する。ヒューズ用配線２５は過電流により断線状態になるよう形成する。より具体的には、ヒューズ用配線２５は最小デザインルールで形成され、この例ではタングステンプラグ２５２と配線層２５１の接続部ＣＮがほとんど合わせ余裕のない形成である。すなわち、接続部ＣＮがボーダーレスに近い形態となり、これにより縦のクランク状の屈曲パターンを呈している。
【００２７】
上記構成においてヒューズカットする場合も前記第１実施形態と同様である。電極パッド２１、２２間に所定のヒューズカット電圧をかけることによりヒューズ用配線２５に過電流を供給する。例えば電極パッド２２を接地電位とし、電極パッド２１にヒューズカット電圧を加える。ヒューズ用配線２５に過電流が流れると、図５の破線で囲んだアルミニウムの電流集中箇所にエレクトロマイグレーションが起こる。接続部ＣＮがほとんど合わせ余裕のない形であるため、エレクトロマイグレーションが起こるとヒューズ用配線２５は金属の移動、消失により確実に断線する箇所ができる。この時、チップ内部の回路素子２０は過電流保護回路２４により保護される。
【００２８】
上記実施形態の構成及び方法によれば、２つの電極パッド２１、２２間における金属配線層の任意層を用いて、過電流によって断線状態を実現するヒューズ用配線２５が構成できる。すなわち、ヒューズ用配線２５の形成は電極パッド２１、２２直下の配線層に限らない。なお、回路素子２０は過電流保護回路２４によって過電流の影響を与えないようにする。ヒューズ用配線２５は、金属配線層の任意層を用いることができ、設計、配置の自由度が大きい。ヒューズカット時では容易に確実に断線状態に、また、ヒューズカットしない場合は安定した結線状態が維持できるように形状が工夫できる。
【００２９】
図６は、本発明の第３実施形態に係り、上記各実施形態のヒューズ構造を含む半導体装置のヒューズカット方法を示す流れ図である。ヒューズ形成工程を含む半導体装置のウェハ工程終了後、特性試験、例えばプローブ試験に入る。このプローブ試験工程においてヒューズカットが行えることが特徴である（Ｓ１）。
【００３０】
プローブ試験は、ＩＣチップ組立工程前におけるウェハ状態での試験である。一般にウェハプローバに電気的に接続されるプローブカードを用いる。ウェハプローバはテスターを伴いテストシステムを構築する。テスターは、プローブカードを介し、ＩＣチップ領域からの出力値を期待値と比較して機能の良否を判定する。また、入出力信号、電源部分の電圧、電流などのアナログ値等の測定をする。プローブカードは、測定対象の電極パッド上面に対応して探針（プローブピン）を接触させる。これにより、被測定チップに対する試験信号または試験パターンの入力、結果出力の伝達をする。この試験結果次第で、ヒューズカットをしなければならない場合、または予め特性調整でヒューズカットを要する場合、探針を上記各実施形態で示した各図の電極パッド１１（または２１）、１２（または２２）に接触させ、所定のヒューズカット電圧をかけることにより、ヒューズカットを行うことができる。また、ヒューズカットを行った後、その確認も続けて可能である。
【００３１】
以上説明したように、各実施形態及び方法によれば、２つの電極間における金属配線層の任意層を用いて、過電流によって断線状態を実現するヒューズ用配線が構成できる。なお、回路素子に影響を与えないように過電流保護回路を要する。２つの電極間における金属配線層の任意層を用いることにより、設計、配置の自由度が大きい。ヒューズカット時では容易に確実に断線状態に、また、ヒューズカットしない場合は安定した結線状態が維持できるように形状が工夫できる。また、プローブ試験等の特性試験工程で製品に対して必要なヒューズカットを行うことにより、容易で効率的な信頼性ある確実なヒューズカットに寄与する。この結果、多層配線構造で設計、配置の自由度が大きく、確実に切断可能なヒューズを有する半導体装置及びその製造方法、ヒューズカット方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の要部を示す平面図。
【図２】第１実施形態の変形例を示す平面図。
【図３】図２の任意断面の構成図。
【図４】第２実施形態に係る半導体装置の要部を示す平面図。
【図５】Ｆ５−Ｆ５線断面図。
【図６】第３実施形態に係るヒューズカット方法を示す流れ図。
【符号の説明】
【００３３】
１０，２０…回路素子、１１，１２，２１，２２…電極パッド、１３，２３…パッシベーション膜、１４，２４…過電流保護回路、１５，２５…ヒューズ用配線、２５１…配線層，２５２…タングステンプラグ。
【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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