專利名稱：半導體器件的制作方法
專利說明半導體器件 [發明所屬的技術領域]本發明涉及包括熔絲的半導體器件，特別是涉及包括通過激光照射能熔斷的熔絲的半導體器件。現在，在半導體器件中，為了代替在制造過程中發生的缺陷而導致的不良的電路，預先裝入代用電路。例如，在半導體存儲器中，由于在制造過程中發生的不良現象多半在存儲單元部發生，所以一般說來，設置多個以字線或位線為單元的冗余存儲單元。將控制該冗余存儲單元的電路稱為冗余電路。該冗余電路具有這樣的功能在構成半導體器件的一個芯片內出現了不良元件的情況下，通過用激光照射有對應于該不良元件的地址的熔絲元件，使該熔絲元件熔斷，將該不良元件替換成正常的元件。
可是，近年來由于要求半導體器件高集成化而使得存儲器微細化，與此相伴隨，熔絲元件本身也被微細化。由于熔絲元件的可靠性影響到半導體存儲器的合格率，所以希望熔絲元件的熔斷的可靠性高。如果能提高熔絲熔斷的可靠性，則能提高半導體器件的合格率。本發明的目的在于提供一種合格率優異的半導體器件。(半導體器件)本發明的半導體器件備有按照規定的間距排列的多個熔絲，這是通過激光照射能被熔斷的熔絲；被埋入相鄰的上述熔絲之間的第一絕緣層；以及在上述第一絕緣層上形成的第二絕緣層，該半導體器件的特征在于上述熔絲的上表面、以及上述第一絕緣層和上述第二絕緣層的界面大致處于同一水平面。
如果采用本發明，則在位于上述熔絲下部的絕緣層上不會發生裂痕，能適當地熔斷上述熔絲。其結果是，能提高合格率。
作為本發明的半導體器件的優選形態，能舉例給出以下的(1)～(6)(1)上述第一及第二絕緣層最好利用不同的工序形成。如果采用該結構，則與上述第一及第二絕緣層所使用的材料的種類無關，能形成上述第一絕緣層與第二絕緣層的界面。
(2)上述第二絕緣層的硬度最好比上述第一絕緣層的硬度小。如果采用該結構，則在上述熔絲的熔斷過程中，構成上述熔絲的材料蒸發時，由于在硬度較小的第二絕緣層中產生裂痕，所以與上述材料蒸發的同時容易局部地將上述第二絕緣層除去。
在此情況下，最好是上述第一絕緣層由FSG構成，上述第二絕緣層由氧化硅構成。
(3)能在上述熔絲上形成第三絕緣層。
在此情況下，利用與上述第一絕緣層為同一工序形成上述第三絕緣層。
(4)在上述熔絲上形成的絕緣層的膜厚最好為0.2～1微米。如果采用該結構，則在上述熔絲上形成的絕緣層的膜厚為0.2～1微米，所以不會損害半導體器件的可靠性，能通過激光的照射，可靠地熔斷上述熔絲。
(5)上述熔絲能在半導體襯底上形成的開口部的底部上形成。
(6)另外，還包含具有多層布線結構的電路部，上述熔絲能在與構成上述電路部的一個布線層為同一水平面的層上形成。
在此情況下，上述熔絲的膜厚最好與構成上述電路部的一個布線層的膜厚大致相等。圖1是原理性地表示本發明的一個實施例的半導體器件的剖面圖。
圖2是原理性地表示圖1所示的半導體器件中的熔絲的平面圖。
圖3是原理性地表示圖1所示的半導體器件的一道制造工序的剖面圖。
圖4是原理性地表示圖1所示的半導體器件的熔絲的熔斷工序的剖面圖。
圖5是原理性地表示通過圖4所示的工序被熔斷的熔絲的剖面圖。以下，參照
本發明的優選實施例。
(器件的結構)圖1是原理性地表示本發明的一個實施例的半導體器件的剖面圖。在圖1中示出了在與熔絲20的長度方向垂直的面上將熔絲20切斷時的截面。圖2是原理性地表示圖1所示的半導體器件中形成的熔絲20的平面圖。
如圖1所示，本實施例的半導體器件包括有多層布線結構的電路部120、以及包括多個通過激光的照射能被熔斷的熔絲20的熔絲部110。另外，在圖1中示出了熔斷前的熔絲20的結構。
電路部120及熔絲部110都在硅襯底10上形成。另外，襯底不限于硅襯底，也可以是包括半導體區域的襯底，例如，能舉出GaAs襯底、SiGe襯底、在絕緣體上有薄膜硅層的SOI襯底等。在硅襯底10上從硅襯底10一側開始依次層疊第一層至第四層的層間絕緣層32、34、36、38。第一層至第四層的層間絕緣層32、34、36、38最好由氧化硅、FSG(摻氟的氧化硅)、或者它們的層疊層形成。另外，第三層的層間絕緣層36由下部絕緣層36a和上部絕緣層36b的疊層構成。
在第一層至第四層的層間絕緣層32、34、36、38上、分別在規定的位置形成通孔(圖中未示出)。在該通孔內埋入導電性材料，形成接觸部(圖中未示出)。在各層間絕緣層的上下形成的布線層之間利用該接觸部而被導電性地連接起來。另外，在第四層的層間絕緣層28上形成例如由氮化硅層構成的鈍化層40。
電路部120包括含有晶體管等元件的電路。作為這樣的電路能舉出存儲電路、液晶驅動電路、或形成了電容或電阻元件的模擬電路等。另外，作為上述存儲電路，例如能舉出DRAM、SRAM、閃速存儲器等。
在電路部120上形成與構成電路部120中包含的存儲器等的晶體管或其他元件(圖中未示出)導電性連接的多個布線層(在圖1中只示出了布線層50、60)。在圖1所示的半導體器件中，在第二層的層間絕緣層34上形成布線層50，在第三層的層間絕緣層36上形成布線層60。
如圖1所示，熔絲部110是包括在硅襯底10上形成的開口部16的區域。通過從鈍化層40一側到上部絕緣層36b的途中對半導體器件的規定的區域進行刻蝕，形成開口部16。另外，在熔絲部110中，在該開口部16的底部16a上形成多個熔絲20，而且按照規定的間距排列。
在第二層的層間絕緣層34上形成熔絲20。另外，在第二層的層間絕緣層34上形成第一絕緣層33。第一絕緣層33被埋入相鄰的熔絲20之間。另外，第二絕緣層39層疊在第一絕緣層33上。
在與下部絕緣層36a為同一工序中層疊第一絕緣層33。另外，在與上部絕緣層36b為同一工序中層疊第二絕緣層39。因此，第一絕緣層33及第二絕緣層39分別由與下部絕緣層36a及上部絕緣層36b為同一材料構成。
另外，如圖1所示，第一絕緣層33和第二絕緣層39的界面42形成為與熔絲20的上表面大致呈同一水平面。另外，如本實施例的半導體器件所示，在熔絲20上形成高熔點金屬的氮化物層24的情況下，第一絕緣層33及第二絕緣層39的界面42形成為與高熔點金屬的氮化物層24的上表面大致呈同一水平面。
為了形成第一絕緣層33和第二絕緣層39的界面42，至少需要用不同的成膜工序形成第一絕緣層33和第二絕緣層39。一般說來，如果用不同的成膜工序形成相結合的兩層，則與分別構成上述兩層的材料如何無關，都能形成界面42。即，如果用不同的成膜工序形成第一絕緣層33和第二絕緣層39，就能在第一絕緣層33和第二絕緣層39之間形成界面42。
這里，作為比較例，考慮不形成第一絕緣層33和第二絕緣層39的界面42的情況。在此情況下，熔絲20熔斷時，在位于熔絲20的下部的第二層層間絕緣層34和下部絕緣層36a的界面上往往產生裂痕。特別是第二層的層間絕緣層34由比下部絕緣層36a的硬度大的材料構成的情況下，熔絲20熔斷時，由于構成熔絲20的材料蒸發，受加在熔絲20周邊的絕緣層上的能量的影響，有可能在硬度較小的下部絕緣層36a上產生裂痕。裂痕的產生使得熔絲部難以穩定地熔斷，另外，有可能對內部的元件和布線產生影響。
與此不同，如果采用本實施例的半導體器件，則由于界面42形成為與熔絲20的上表面大致呈同一水平面，所以能適當地將熔絲20熔斷，或者熔斷時能防止在熔絲20周邊的絕緣層上產生裂痕。以下說明其理由。
由于界面42形成為與熔絲20的上表面大致呈同一水平面，所以激光照射在熔絲20后，構成熔絲20的材料蒸發時，在位于熔絲20的下部的層間絕緣層(圖1中為第二層的層間絕緣層34)上產生裂痕之前，沿著界面42在位于熔絲20的上部的絕緣層(圖1中為第二絕緣層39)上產生裂痕，與上述材料蒸發的同時，能局部地將第二絕緣層39除去。因此，不會發生裂痕而能適當地熔斷熔絲20。其結果是，能提高合格率。
另外，為了更適當地熔斷熔絲20，第二絕緣層39的硬度最好比第一絕緣層33的硬度小。即，由于第二絕緣層39的硬度比第一絕緣層33的硬度小，所以在熔絲20的熔斷過程中，構成熔絲20的材料蒸發時，在硬度較小的第二絕緣層39上產生裂痕，所以與上述材料蒸發的同時，容易局部地將第二絕緣層39除去。其結果是，熔絲20的熔斷進行得更順利，所以能更適當地將熔絲20熔斷。
在本實施例中，給出了第一絕緣層33由FSG構成、第二絕緣層39由氧化硅構成的情況。一般說來，摻氟的氧化硅層的摻氟部分比通常的氧化硅層的致密性高，所以比通常的氧化硅層的硬度大。因此，由于第二絕緣層39比第一絕緣層33的硬度小，所以熔絲20的熔斷能更順利地進行，能更適當地將熔絲20熔斷。
另外，主要用第三絕緣層37覆蓋在熔絲20上。在本實施例的半導體器件中，在熔絲20上經高熔點金屬的氮化物層24形成第三絕緣層37。在與下部絕緣層36a為同一工序中層疊該第三絕緣層37。即，在與第一絕緣層33為同一工序中形成第三絕緣層37。根據需要，能將該第三絕緣層37除去。例如，在層疊上部絕緣層36b之前，通過將在高熔點金屬的氮化物層24上形成的下部絕緣層36a除去，形成第二絕緣層39，代替在高熔點金屬的氮化物層24上形成第三絕緣層37。
另外，在熔絲20上形成的絕緣層的膜厚最好為0.2～1微米。如本實施例的半導體器件所示，在熔絲20上形成高熔點金屬的氮化物層24，在該高熔點金屬的氮化物層24上形成第三絕緣層37的情況下，第三絕緣層37的膜厚最好為0.2～1微米。
如果在熔絲20上形成的絕緣層的膜厚小于0.2微米，則水分等有可能從熔絲20侵入半導體器件。另一方面，如果在熔絲20上形成的絕緣層的膜厚超過1微米，則用波長為1.3微米的激光熔斷由鋁構成的熔絲20時，為了使激光到達熔絲20上，如果不增大激光的功率、或不加長激光的照射時間，則不能將熔絲20熔斷。可是，如果加長激光的照射時間，則會發生生產率下降的問題。另外，如果增大激光的功率、則往往會影響相鄰的熔絲。由上可知，有時難以可靠地將熔絲熔斷。與此不同，由于在熔絲20上形成的絕緣層的膜厚為0.2～1微米，所以不會損害半導體器件的可靠性，通過激光的照射，能可靠地熔斷熔絲20。因此，在本實施例的半導體器件中，由于在高熔點金屬的氮化物層24上形成的第三絕緣層37為0.2～1微米，所以能具有上述的效果。其結果是，能進一步提高半導體器件的合格率。
在圖1所示的半導體器件中，在與電路部120上形成的布線層50為同一水平面的層上形成熔絲20。能利用同一構圖工序形成布線層50及熔絲20。因此，在此情況下，布線層50及熔絲20都在第二層層間絕緣層34上形成，具有大致相等的膜厚，而且由相同的材料形成。例如，布線層50及熔絲20能由鋁、銅、多晶硅、鎢、以及鈦形成。
另外，在本實施例的半導體器件中，雖然給出了構成電路部120的布線層中、在與最上布線層60下面的布線層(圖1中的布線層50)為同一水平面的層上形成熔絲20的情況，但形成熔絲20的位置不限定于該層，也能在與其他布線層為同一水平面的層上形成。在與最上布線層60下面的布線層為同一水平面的層上形成熔絲20的情況下，由于不需要將熔絲20提升到最上布線層用的布線，所以能提高電路設計上的自由度。特別是在與最上布線層為同一水平面上形成與外部連接用的焊接部的情況下，由于能同時控制為了在該焊接部上形成與外部連接用的電極而將該焊接部上的絕緣層除去的工序、以及為了形成用來形成熔絲的開口部而將該熔絲上的絕緣層除去的工序，所以能謀求制造工藝的高效率化。
另外，在圖1所示的半導體器件中，在熔絲20的上表面及底面上分別形成高熔點金屬的氮化物層22、24。高熔點金屬的氮化物層22、24由高熔點金屬的氮化物層、或高熔點金屬的氮化物層和高熔點金屬層的疊層構成。
作為高熔點金屬的氮化物層22、24，例如能給出氮化鈦、或由氮化鈦和鈦構成的疊層的例。同樣，在構成電路部120的布線層50的上表面及底面上也分別形成高熔點金屬的氮化物層52、54。能在與在熔絲20的上表面及底面上分別形成高熔點金屬的氮化物層22、24為同一工序中也形成高熔點金屬的氮化物層52、54。
為了提高布線層50的可靠性(耐應力遷徙性及耐電遷徙性等)而形成高熔點金屬的氮化物層52、54。另外，在加工布線層50時的光刻工序中，氮化物層54被作為反射防止膜使用。
(器件的制造工藝)其次，參照圖1及圖3說明圖1所示的本實施例的半導體器件的制造方法的一例。圖3是原理性地表示圖1所示的半導體器件的一道制造工序的剖面圖。
(1)首先，在硅襯底10上形成了元件隔離區域12后，在襯底上形成規定的圖形的抗蝕劑(圖中未示出)，通過離子注入，在規定的位置形成阱(圖中未示出)。接著，在硅襯底10上形成晶體管(圖中未示出)后，采用眾所周知的硅化物技術，形成包括鈦或鈷等高熔點金屬的硅化物層11。其次，采用等離子體CVD法等形成以氮化硅為主成分的抑止層14。
其次，在熔絲部110中形成熔絲20，以及在電路部120中形成包括布線層50、60的布線層(圖中只示出了布線層50、60)，同時依次層疊第一層至第四層的層間絕緣層32、34、36、38。采用HDP法、臭氧TEOS(四乙基正硅酸酯)法、或等離子體CVD法等，形成第一層至第四層的層間絕緣層32、34、36、38，根據需要，用CMP法進行平坦化。
(2)其次，在第二層的層間絕緣層34上形成熔絲20及布線層50。以下，說明熔絲20及布線層50的形成工序。
首先，形成了第一層及第二層的層間絕緣層32、34后，在第二層的層間絕緣層34上，采用濺射法形成氮化鈦等高熔點金屬的氮化物層、由具有規定的膜厚的鋁構成的金屬層、以及鈦等高熔點金屬層和氮化鈦等高熔點金屬的氮化物層的疊層(圖中都未示出)，接著，按照規定的形狀對這些層構圖。利用該工序，從上述高熔點金屬的氮化物層形成高熔點金屬的氮化物層22、52，從由鋁構成的金屬層形成熔絲22及布線層50，以及從高熔點金屬的氮化物層和高熔點金屬層的疊層形成高熔點金屬層的氮化物層24、54。利用該構圖工序，按照規定的膜厚、寬度、以及間距，形成熔絲20，還按照與熔絲20同樣的膜厚形成布線層50。
(3)其次，說明第三層的層間絕緣層36的層疊工序。
首先，在第二層的層間絕緣層34、構成熔絲20的高熔點金屬的氮化物層24、以及布線層50上層疊由FSG構成的下部絕緣層36a。如圖3所示，利用該工序，在第二層的層間絕緣層34及高熔點金屬層的氮化物層24上層疊下部絕緣層36a。這里，設定膜厚，以便下部絕緣層36a的上表面與熔絲20的上表面(在圖1中為高熔點金屬的氮化物層24的上表面)大致呈同一水平面。
另外，利用后面所述的工序，從層疊在高熔點金屬的氮化物層24上的下部絕緣層36a形成第三絕緣層37。
其次，在下部絕緣層36a上層疊由氧化硅構成的上部絕緣層36b。利用以上的工序，形成由下部絕緣層36a及上部絕緣層36b構成的第三層的層間絕緣層36。
(4)其次，在第三層的層間絕緣層36上形成布線層60。
與布線層50一樣，通過濺射及構圖，形成布線層60。因此，在第三層的層間絕緣層36上形成布線層60，該布線層60有規定的膜厚，且在其上表面及底面上分別形成了高熔點金屬層的氮化物層62、64。
另外，為了導電性地將布線層之間連接起來，在各層間絕緣層上形成接觸部(圖中未示出)。通過設置貫通各層間絕緣層的接觸孔(圖中未示出)，采用例如濺射法等將導電性材料埋入該接觸孔中，形成接觸部。
另外，在第四層的層間絕緣層38上埋入了布線層60后，在第四層的層間絕緣層38上形成由氮化硅等構成的鈍化層40。
(5)其次，通過從鈍化層40一側到上部絕緣層36b的途中，對半導體器件的規定的區域進行刻蝕，如圖1所示，形成開口部16。在該工序中，形成開口部16，以使熔絲20到達開口部16的底部16a。另外，為了防止熔絲20的腐蝕，如圖4所示，用規定的膜厚的絕緣層覆蓋在熔絲20上，對上部絕緣層36b進行刻蝕。在該工序中，在高熔點金屬的氮化物層24上形成的上部絕緣層36b被刻蝕成規定的膜厚，在高熔點金屬的氮化物層24上形成第三絕緣層37。另外，在相鄰的熔絲20之間埋入并形成第一絕緣層33。另外，在第一絕緣層33上形成第二絕緣層39。第一絕緣層33及第二絕緣層39分別由下部絕緣層36a及上部絕緣層36b形成。該第一絕緣層33及第二絕緣層39的界面42形成為與熔絲20的上表面(在圖1中為高熔點金屬的氮化物層24的上表面)大致呈同一水平面。
(熔絲的熔斷方法)接著，參照圖4及圖5說明圖1所示的半導體器件中形成的熔絲20的熔斷工序的一例。圖4是原理性地表示熔絲20的熔斷工序的剖面圖。圖5是原理性地表示熔斷了的熔絲28的剖面圖。
如圖4所示，為了使用圖中未示出的冗余存儲單元，從激光光源(圖中未示出)使激光19照射對應的熔絲20。因此，被激光19照射的熔絲20被熔斷。激光的波長和輸出功率等根據熔絲20、在熔絲20的上表面上形成的高熔點金屬層的氮化物層24、以及在高熔點金屬層的氮化物層24上形成的第三絕緣層37的材質和膜厚適當地決定。
圖5中示出了通過圖4所示的工序熔斷了的熔絲28的原理圖。圖4所示的熔絲20一旦熔斷，高熔點金屬層的氮化物層22、24、以及在熔絲20上形成的絕緣層(第三絕緣層37和第二絕緣層39的一部分)與熔絲20一起局部地被除去。如圖5所示，在熔絲部110上形成溝槽17。
在本實施例的半導體器件中，形成第一絕緣層33及第二絕緣層39，以便第一絕緣層33和第二絕緣層39的界面42與熔絲20的上表面大致呈同一水平面。因此，根據上述的理由，能可靠地將熔絲20熔斷。其結果是，能提高合格率。另外，在本實施例的半導體器件中，第二絕緣層39比第一絕緣層33的硬度小。因此，根據上述的理由，能更順利地進行熔絲20的熔斷，所以能更可靠地熔斷熔絲20。
權利要求
1.一種半導體器件，它包括按照規定的間距排列的多個熔絲、是通過激光照射被熔斷的熔絲；被埋入相鄰的上述熔絲之間的第一絕緣層；以及在上述第一絕緣層上形成的第二絕緣層，該半導體器件的特征在于上述熔絲的上表面、以及上述第一絕緣層和上述第二絕緣層的界面大致處于同一水平面。
2.如權利要求1所述的半導體器件，其特征在于上述第一及第二絕緣層是利用不同的工序形成的。
3.如權利要求1所述的半導體器件，其特征在于上述第二絕緣層的硬度比上述第一絕緣層的硬度小。
4.如權利要求1所述的半導體器件，其特征在于上述第一絕緣層由FSG構成，上述第二絕緣層由氧化硅構成。
5.如權利要求1至4中的任意一項所述的半導體器件，其特征在于在上述熔絲上形成第三絕緣層。
6.如權利要求5所述的半導體器件，其特征在于上述第三絕緣層利用與上述第一絕緣層的同一工序形成。
7.如權利要求1至6中的任意一項所述的半導體器件，其特征在于上述第三絕緣層的膜厚為0.2～1微米。
8.如權利要求1至7中的任意一項所述的半導體器件，其特征在于上述熔絲在半導體襯底上形成的開口部的底部上形成。
9.如權利要求1至8中的任意一項所述的半導體器件，其特征在于還包括具有多層布線結構的電路部，上述熔絲在與構成上述電路部的一個布線層為同一水平面的層上形成。
10.如權利要求9所述的半導體器件，其特征在于上述熔絲在構成上述電路部的布線層中與最上布線層下面的布線層為同一水平面的層上形成。
11.如權利要求9所述的半導體器件，其特征在于上述熔絲的膜厚與構成上述電路部的一個布線層的膜厚大致相等。
全文摘要
本發明的課題是提供一種包括了熔絲、合格率優異的半導體器件。包括含有多個通過激光照射被熔斷的熔絲20的熔絲部110。按照規定的間距排列熔絲20。在相鄰的熔絲20之間埋入第一絕緣層33。在第一絕緣層33上形成第二絕緣層39。熔絲20的上表面、以及第一絕緣層33和第二絕緣層39的界面42形成為大致呈同一水平面。因此，熔絲熔斷時，使在界面42上產生裂痕，能可靠地將熔絲熔斷。
文檔編號H01L21/02GK1399328SQ02126950
公開日2003年2月26日 申請日期2002年7月24日 優先權日2001年7月25日
發明者森克己 申請人:精工愛普生株式會社