(57)【要約】【課題】  ヒューズ配線の切断後におけるリーク電流の増加あるいは回路の動作不良の発生を防止すること。【解決手段】  半導体装置は、シリコン基板１と、シリコン基板１上に設けられ、複数層の層間絶縁膜２，５，８および複数層の配線６，９を備えた多層配線層と、上記多層配線層よりも上の層に設けられたヒューズ配線１５と、上記多層配線層内を貫通してシリコン基板１の表面に達し、前記複数層の層間絶縁膜２，５，８よりも吸湿性が低い材料から構成され、中空構造を有する吸湿防止用中空部材１１とを具備してなる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、複数層の絶縁膜および複数層の配線を備えた多層配線層と、
前記多層配線層よりも上の層に設けられたヒューズ配線と、
前記多層配線層内を貫通して前記半導体基板の表面に達し、前記複数層の絶縁膜よりも吸湿性が低い材料から構成され、中空構造を有する吸湿防止用中空部材と
を具備してなることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、複数層の絶縁膜および複数層の配線を備えた多層配線層と、
前記多層配線層内に設けられたヒューズ配線と、
前記多層配線層内を貫通して前記半導体基板の表面に達し、前記複数層の絶縁膜よりも吸湿性が低い材料から構成され、中空構造を有する吸湿防止用中空部材と
を具備してなることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記複数層の絶縁膜は、比誘電率が３．８以下の絶縁膜を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記比誘電率が３．８以下の絶縁膜は、フッ素ドープシリコン酸化膜、カーボンドープシリコン酸化膜、または、シロキサン結合を主骨格とする樹脂、Ｃ−Ｃ結合を主骨格とする樹脂、Ｃ＝Ｃ結合を主骨格とする樹脂、からなる群から選択される少なくとも１つの有機系塗布型絶縁膜または多孔質絶縁膜から形成される絶縁膜であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記吸湿防止用中空部材は、第１の吸湿防止用中空部材と、該第１の吸湿防止用中空部材の周辺を囲む第２の吸湿防止用中空部材とを備えた多重構造の吸湿防止用中空部材であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒューズ配線を備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の集積度の増大に伴う良品取得の困難さを回避し、半導体装置の良品製造率を向上させるための重要な技術の一つとして、リダンダンシ技術が知られている（特許文献１）。
【０００３】
リダンダンシ技術では、例えば、半導体装置内の製造プロセスで不良となった回路を救済するために、半導体装置内にリダンダンシー回路が設けられる。リダンダンシー回路は、ヒューズ配線と呼ばれる配線を備えている。ヒューズ配線を切断して、予備回路へ切り替えることで、回路の救済が行われる。
【０００４】
図１１に従来のヒューズ配線を備えた半導体装置の平面図、図１２に図１１の１２Ａ−１２Ａ’断面図を示す。図１１および図１２には、ヒューズ配線が切断された状態が示されている。
【０００５】
図１１および図１２において、７１は半導体基板、７２は層間絶縁膜、７３はコンタクトプラグ、７４は層間絶縁膜、７５は配線、７６は層間絶縁膜、７７はダマシン配線（配線およびプラグ）、７８は吸湿防止膜、７９は層間絶縁膜、８０はダマシン配線（配線およびプラグ）、８１はヒューズ配線、８２はパッシベーション膜、８３はヒューズ窓を示してしている。レーザー光（不図示）がヒューズ窓８３内に照射され、ヒューズ配線８１は切断（溶断）される。
【０００６】
層間絶縁膜７２，７４，７６には、ｌｏｗ−ｋ膜と呼ばれる低誘電率絶縁膜が使用される。この種の低誘電率絶縁膜は、ＳｉＯ2 膜に比べて、吸湿性が高い。層間絶縁膜７２，７４，７６中に水分が吸収されることを防止するために、層間絶縁膜７６上には吸湿防止膜７８が設けられている。
【０００７】
しかし、ヒューズ配線８１が切断された後には、ヒューズ窓８３下の層間絶縁膜７６の表面が露出する。この露出表面から水分が侵入し、層間絶縁膜７６中に水分８４が拡散する。水分８４が本体回路内に達すると、配線間におけるリーク電流が増加したり、またはコンタクトプラグ７３もしくはダマシン配線７７の腐食による回路の動作不良が発生する。
【特許文献１】特開２０００−２９９３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の如く、従来のヒューズ配線を備えた半導体装置は、ヒューズ配線の切断後に、低誘電率絶縁膜の表面が露出する。この露出表面から水分が侵入し、その結果として、リーク電流の増加あるいは回路の動作不良などの問題が発生する。
【０００９】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、ヒューズ配線の切断後におけるリーク電流の増加あるいは回路の動作不良の発生を防止できる半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
【００１１】
すなわち、上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられ、複数層の絶縁膜および複数層の配線を備えた多層配線層と、前記多層配線層よりも上の層に設けられたヒューズ配線と、前記多層配線層内を貫通して前記半導体基板の表面に達し、前記複数層の絶縁膜よりも吸湿性が低い材料から構成され、中空構造を有する吸湿防止用中空部材とを具備してなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る他の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられ、複数層の絶縁膜および複数層の配線を備えた多層配線層と、前記多層配線層内に設けられたヒューズ配線と、前記多層配線層内を貫通して前記半導体基板の表面に達し、前記複数層の絶縁膜よりも吸湿性が低い材料から構成され、中空構造を有する吸湿防止用中空部材とを具備してなることを特徴とする。
【００１３】
さらに本発明においては、より具体的には以下のように構成することができる。
【００１４】
（１）  前記吸湿防止用中空部材は、導電性の材料で構成されている。
【００１５】
（２）  前記吸湿防止用中空部材は、前記複数層の配線と同じ材料で構成されている。
【００１６】
（３）  前記複数層の配線と同一層内の前記吸湿防止用中空部材は、前記複数層の配線と同一層内の配線と同じ材料で構成されている。
【００１７】
（４）  前記多層配線層は複数層のプラグをさらに備え、前記複数層のプラグと同一層内の前記吸湿防止用中空部材は、前記複数層のプラグと同一層内のプラグと同じ材料で構成されている。
【００１８】
（５）  前記複数層の配線の材料は、Ｃｕ、ＡｌもしくはＷを含む。
【００１９】
（６）  前記ヒューズ配線は切断され、かつ、前記ヒューズ配線の切断箇所下の前記複数層の絶縁膜の表面に開口部が設けられている。
【００２０】
（７）  前記多層配線層よりも上の層に設けられたパッシベーション膜をさらに備え、前記ヒューズ配線の切断箇所上の前記パッシベーション膜内には、前記開口部につながるヒューズ窓が設けられている。
【００２１】
（８）  前記ヒューズ配線は絶縁膜内に設けられ、該絶縁膜と前記多層配線層との間に、シリコンオキサイド膜、シリコンナイトライド膜、炭素ドープシリコンナイトライド膜およびシリコンカーバイト膜の少なくとも一つの膜が設けられている。
【００２２】
（９）  前記ヒューズ配線一本ずつに対し、前記吸湿防止用中空部材が設けられている。
【００２３】
（10）  前記ヒューズ配線は複数本あり、これらの複数本のヒューズ配線をまとめて囲うことが出来るように、前記吸湿防止用中空部材が設けられている。
【００２４】
本発明によれば、ヒューズ配線を切断する工程で、複数層の絶縁膜の表面が露出しても、該露出表面から侵入した水分の前記複数層の配線への拡散は吸湿防止用中空部材によりブロックされるので、リーク電流の増加あるいは回路の動作不良の発生は防止される。
【００２５】
本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記載および添付図面によって明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ヒューズ配線の切断後におけるリーク電流の増加あるいは回路の動作不良の発生を防止できる半導体装置を実現できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００２８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るヒューズ配線を備えた半導体装置の平面図である。図２は、図１の２Ａ−２Ａ’断面図である。図１および図２には、ヒューズ配線が切断された状態が示されている。
【００２９】
本実施形態の半導体装置は、大きく分けて、シリコン基板１と、シリコン基板１上に設けられ、複数層の層間絶縁膜２，５，８および複数層の配線７，１０を備えた多層配線層と、この多層配線層よりも上の層に設けられたヒューズ配線１５と、上記多層配線層内を貫通してシリコン基板１の表面に達し、複数層の層間絶縁膜２，５，８よりも吸湿性が低い材料から構成され、中空構造を有する吸湿防止用中空部材とから構成されている。
【００３０】
なお、複数層の層間絶縁膜２，５，８よりも透水性が低い材料から構成された中空構造を有する透水防止用中空部材を採用することも可能である。可能か否かは透水性の程度による。すなわち、複数層の層間絶縁膜２，５，８の表面が露出しても、該露出表面から侵入した水分の複数層の配線７，１０への拡散が透水防止用中空部材によりブロックされるのであれば、使用可能である。
【００３１】
以下、本実施形態の半導体装置の詳細を詳説する。
【００３２】
シリコン基板１上には第１の層間絶縁膜２が設けられている。シリコン基板１の表面には図示しない拡散層が設けられている。該拡散層は、例えば、ＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン拡散層である。第１の層間絶縁膜２には、ｌｏｗ−ｋ膜が使用される。ｌｏｗ−ｋ膜としては、例えば、フッ素ドープシリコン酸化膜（ＳｉＯＦ）、カーボンドープシリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）、または、シロキサン結合を主骨格とする樹脂、Ｃ−Ｃ結合を主骨格とする樹脂、Ｃ＝Ｃ結合を主骨格とする樹脂、からなる群から選択される少なくとも１つの有機系塗布型絶縁膜または多孔質絶縁膜から形成される絶縁膜があげられる。これらのｌｏｗ−ｋ膜は、一般に、吸湿性（透水性）が高い。
【００３３】
第１の層間絶縁膜２中にはコンタクトプラグ３およびプラグ４が設けられている。コンタクトプラグ３は、上記図示しない拡散層にコンタクトし、本体回路の一部を構成する。上記回路本体は、例えば、システムＬＳＩ中の回路である。プラグ４の形状は閉じたリング状（図では矩形状）である。プラグ４は吸湿防止用中空部材の一部を構成する。
【００３４】
コンタクトプラグ３およびプラグ４の材料（プラグ材料）は同じであり、例えばＷ（タングステン）である。これにより、コンタクトプラグ３およびプラグ４を同じプロセスで形成することができる。したがって、プラグ４を導入してもプロセスの増加や複雑化は生じない。
【００３５】
第１の層間絶縁膜２上には第２の層間絶縁膜５が設けられている。第２の層間絶縁膜５には、第１の層間絶縁膜２と同様のｌｏｗ−ｋ膜が使用される。第２の層間絶縁膜５中には配線６，７が設けられている。配線６は、コンタクトプラグ３とコンタクトし、本体回路の一部を構成する。配線７の形状は閉じたリング状（図では矩形状）である。配線７はプラグ４とコンタクトし、吸湿防止用中空部材の一部を構成する。
【００３６】
配線６，７の材料（配線材料）は同じであり、例えばＣｕ（銅）である。これにより、配線６，７を同じプロセスで形成することができる。したがって、配線７を導入してもプロセスの増加や複雑化は生じない。配線６，７の材料がＣｕの場合、配線６，７の周囲にはバリアメタル膜が設けられる。バリアメタル膜としては、例えば、チタンナイトライド膜（ＴａＮ膜）またはＴａ膜およびそれらの積層膜があげられる。
【００３７】
ここでは、コンタクトプラグ３および配線６はそれぞれ別の工程で形成されたものであるが、デュアルダマシンプロセスにより同一の工程で形成されたものでも構わない。
【００３８】
第２の層間絶縁膜５上には第３の層間絶縁膜８が設けられている。配線６，７の材料がＣｕの場合、絶縁膜５、配線６、７上にはＣｕ拡散防止膜が設けられる（不図示）。Ｃｕ拡散防止膜としては、例えば、シリコンナイトライド膜、炭素ドープシリコンナイトライド膜およびシリコンカーバイト膜の少なくとも一つを含む膜（単層膜または多層膜）があげられる。第３の層間絶縁膜８には、第１の層間絶縁膜２と同様のｌｏｗ−ｋ膜が使用される。第３の層間絶縁膜８中にはダマシン配線（配線およびプラグ）９，１０が設けられている。ダマシン配線９，１０は、周知のデュアルダマシンプロセスにより形成されたものである。
【００３９】
ダマシン配線９は、配線６とコンタクトし、本体回路の一部を構成する。ダマシン配線１０の形状は閉じたリング状（図では矩形状）である。ダマシン配線１０は配線７とコンタクトし、吸湿防止用中空部材の一部を構成する。
【００４０】
ダマシン配線９，１０の材料は同じであり、例えばＣｕである。これにより、ダマシン配線９，１０を同じデュアルプロセスで形成することができる。したがって、ダマシン配線１０を導入してもプロセスの増加や複雑化は生じない。ダマシン配線９，１０の材料がＣｕの場合、ダマシン配線９，１０の周囲にはバリアメタル膜が設けられる。
【００４１】
吸湿防止用中空部材１１は、ダマシン配線１０、配線７およびプラグ４によって構成されている。ダマシン配線１０、配線７およびプラグ４の導入には、プロセスの増加および複雑化は伴わないので、吸湿防止用中空部材の導入にも、プロセスの増加および複雑化は伴わない。
【００４２】
第３の層間絶縁膜８上には吸湿防止膜１２が設けられている。配線材料がＣｕの場合、吸湿防止膜１２として、吸湿防止機能に加えてＣｕ拡散防止機能も備えた膜が使用される。ダマシン配線９，１０の上面は吸湿防止膜１２により覆われている。吸湿防止膜１２としては、例えば、シリコンオキサイド膜、シリコンナイトライド膜、炭素ドープシリコンナイトライド膜およびシリコンカーバイト膜の少なくとも一つを含む膜（単層膜または多層膜）である。
【００４３】
吸湿防止膜１２上には第４の層間絶縁膜１３が設けられている。第４の層間絶縁膜１３は、例えば、プラズマＣＶＤプロセスにより形成されたシリコン酸化膜である。第４の層間絶縁膜１３内には、ダマシン配線１４およびヒューズ配線１５が設けられている。ダマシン配線１４およびヒューズ配線１５は、下層のダマシン配線９とコンタクトする。第４の層間絶縁膜１３上にはパッシベーション膜１６が設けられている。パッシベーション膜１６にはヒューズ窓１７が設けられている。
【００４４】
ヒューズ配線１５を切断する場合には、ヒューズ窓１７内にレーザー光が照射される。上記レーザー光の照射により、ヒューズ配線１５が切断される。上記レーザー光の照射により、ヒューズ配線１５の切断部（溶断部）下に位置する部分の、第４の層間絶縁膜１３および吸湿防止膜１２に貫通口が形成され、さらに該貫通口下の第３の層間絶縁膜８の表面に開口部が形成される。該開口部は、第２の層間絶縁膜５の表面に達していてもかまわない。
【００４５】
さらに、ヒューズ配線１５の切断部下に位置する部分の、第３の層間絶縁膜８の表面が除去される。したがって、第３の層間絶縁膜８の露出表面から水分２０が、第１−第３の層間絶縁膜２，５，８中に侵入する可能性がある。
【００４６】
しかし、本実施形態の場合、第１−第３の層間絶縁膜２，５，８中に水分２０が侵入しても、水分２０の回路本体への拡散は吸湿防止用中空部材１１によってブロックされる。したがって、配線間におけるリーク電流の増加、またはコンタクトプラグ３、配線７もしくはダマシン配線９の腐食による回路の動作不良は防止される。
【００４７】
本実施形態の半導体装置の製造方法は、吸湿防止用中空部材１１（ダマシン配線１０、配線７、プラグ４）の製造工程を有する点を除いて、従来と同じである。すなわち、コンタクトプラグ３の形成工程時にプラグ４を同時に形成し、配線６の形成工程時に配線７を同時に形成し、ダマシン配線９の形成工程時にダマシン配線１０を同時に形成することを除いて、従来と同じである。
【００４８】
本実施形態では、２層の多層配線層の場合について説明したが、３層以上の多層配線についても同様に吸湿防止用中空部材１１を設けることで、同様の効果が得られる。
【００４９】
また、本実施形態では、半導体基板としてシリコン基板１を使用したが、ＳＯＩ基板、歪みシリコン領域を含む基板、ＳｉＧｅ領域を含む基板を使用することも可能である。
【００５０】
また、本実施形態では、吸湿防止用中空部材１１の材料として導線性の材料を使用したが、絶縁性の材料を使用することも可能である。
【００５１】
また、吸湿防止用中空部材１１を配線もしくはプラグだけ構成することも可能である。
【００５２】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係るヒューズ配線を備えた半導体装置の平面図である。図４は、図１の４Ａ−４Ａ’断面図である。図３および図４には、ヒューズ配線が切断された状態が示されている。なお、以下の図において、既出の図と対応する部分には既出の図と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する。
【００５３】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、吸湿防止用中空部材１１が２重に配置されていることにある。これにより、本体回路内への水分の侵入をより効果的に防止することができる。その他、第１の実施形態と同様の効果が得られ、また、同様の変形例も可能である。
【００５４】
なお、図３および図４には、簡単のため、２重構造の吸湿防止用中空部材１１を示したが、３層以上の吸湿防止用中空部材１１を使用しても構わない。現実的には、３重構造もしくは５重構造の吸湿防止用中空部材１１が使用される。
【００５５】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係るヒューズ配線を備えた半導体装置の平面図である。図６は、図１の６Ａ−６Ａ’断面図である。図３および図４には、ヒューズ配線が切断された状態が示されている。
【００５６】
本実施形態が第２の実施形態と異なる点は、吸湿防止用中空部材１１を構成する、外側の配線７と内側の配線７、および、外側のダマシン配線１０と内側のダマシン配線１０がそれぞれ一体化されていることにある。これにより、本体回路内に水分８４が侵入することをより効果的に防止することができる。その他、第１の実施形態と同様の効果が得られ、また、同様の変形例も可能である。
【００５７】
なお、図５および図６には、簡単のため、２重構造の吸湿防止用中空部材１１の配線７，１０が一体化された例を示したが、３層以上の吸湿防止用中空部材１１の各層の配線が一体化されたものを使用しても構わない。
【００５８】
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係るヒューズ配線を備えた半導体装置の平面図である。図８は、図７の８Ａ−８Ａ’断面図である。図７および図８には、ヒューズ配線が切断された状態が示されている。
【００５９】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、配線材料としてＡｌもしくはＷが使用され、吸湿防止膜１２が省かれ、ダマシン配線１４およびヒューズ配線１５が吸湿防止膜（第４の層間絶縁膜）１８中に形成されていることにある。
【００６０】
吸湿防止膜１８は、例えば、窒素を含むシリコン酸化膜である。該シリコン酸化膜は、例えば、プラズマＣＶＤプロセスにより形成される。この場合、ソースガスとしては、例えば、ＳｉＨ4 ガスが使用される。
【００６１】
配線材料がＡｌ等の場合、吸湿防止膜１２は、配線材料（プラグ材料）の拡散防止機能を備えている必要はない。したがって、配線材料がＡｌ等の場合、吸湿防止膜１２の役割を第４の層間絶縁膜に持たせることができる。これにより、吸湿防止膜１２を省くことができ、構造およびプロセスの簡略化を図れる。その他、第１の実施形態と同様の効果、また、変形例が可能である。
【００６２】
（第５の実施形態）
図９は、本発明の第５の実施形態に係るヒューズ配線を備えた半導体装置の平面図である。図１０は、図９の１０Ａ−１０Ａ’断面図である。図９および図１０には、ヒューズ配線が切断された状態が示されている。
【００６３】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、吸湿防止用中空部材１１が形成されている層（ここでは、ダマシン配線９が形成されている層）にヒューズ配線１５が形成されていることにある。ヒューズ配線１５とダマシン配線９は配線１９（接続配線）により接続されている。第１の実施形態では、吸湿防止用中空部材１１よりも上の層にヒューズ配線１５が形成されている。
【００６４】
本実施形態でも、第１の実施形態と同様の効果が得られ、また、第１の実施形態と同様の変形例が可能である。
【００６５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、吸湿防止用中空部材１１は、配線等と同じ導電性の材料により構成されたものであるが、吸湿防止効果を有する絶縁性の材料により構成されたものでも構わない。上記吸湿防止効果を有する絶縁性の材料は、例えば、シリコンナイトライド、シリコンカーバイト、炭素ドープシリコンナイトライド膜である。また、吸湿防止用中空部材が設けられるヒューズ配線の単位は一本のヒューズ配線および複数のヒューズ配線毎のいずれでも構わない。
【００６６】
さらに、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００６７】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るヒューズ配線を備えた半導体装置の平面図。
【図２】図１の２Ａ−２Ａ’断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るヒューズ配線を備えた半導体装置の平面図。
【図４】図３の４Ａ−４Ａ’断面図。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るヒューズ配線を備えた半導体装置の平面図。
【図６】図５の６Ａ−６Ａ’断面図。
【図７】本発明の第４の実施形態に係るヒューズ配線を備えた半導体装置の平面図。
【図８】図７の８Ａ−８Ａ’断面図。
【図９】本発明の第５の実施形態に係るヒューズ配線を備えた半導体装置の平面図。
【図１０】図９の９Ａ−９Ａ’断面図。
【図１１】従来のヒューズ配線を備えた半導体装置の平面図。
【図１２】図１１の１２Ａ−１２Ａ’断面図。
【符号の説明】
【００６９】
１…シリコン基板、２…第１の層間絶縁膜、３…コンタクトプラグ、４…プラグ、５…第２の層間絶縁膜、６…配線、７…配線（吸湿防止用中空部材）、８…第３の層間絶縁膜、９…ダマシン配線、１０…ダマシン配線（吸湿防止用中空部材）、１１…吸湿防止用中空部材、１２…吸湿防止膜、１３…第４の層間絶縁膜、１４…ダマシン配線、１５…ヒューズ配線、１６…パッシベーション膜、１７…ヒューズ窓、１８…吸湿防止膜、１９…配線、２０…水分。
【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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【図１１】
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【図１２】
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