專利名稱：半導體器件及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種具有熔絲的半導體器件以及制造該半導體器件的 方法。
背景技術：
在某些情況下，半導體器件設置有熔絲和冗余電路(冗余)，以 便替換一個或多個有缺陷的電路。如果某些電路變得有缺陷，則通過 熔斷熔絲，由冗余電路取代這些電路。因而，有缺陷的芯片便保住了。熔斷熔絲的方法包括用激光照射熔絲以及使過電流流過熔絲。當 用激光照射熔斷熔絲時，期望只熔斷將要切斷的那一部分熔絲，并且對不切斷的熔絲部分不造成損害。日本專利特許公開No. 2004-153174 和No. 11-345880描述了用于只可靠地熔斷將要切斷的那部分熔絲的技 術。另一方面，當熔斷熔絲時，需要可靠地切斷熔絲。圖1是示出熔 絲部件的剖面結構的實例圖。在該圖所示的實例中，熔絲形成于層間 膜101上。熔絲用層間膜102覆蓋。雖然在圖中沒有示出，但是在除 了熔絲形成區之外的地方設置有互連。互連穿過層間膜被設置于多個 層中。因此，熔絲形成區也具有由多個層間膜組成的層狀結構。在圖1 的實例中，層間膜103被設置于層間膜102上。在這一如圖1所示多個層間膜被設置于熔絲上的結構的情形下， 覆蓋熔絲的膜的總厚度增加。如果在熔絲上面和上方的膜的總厚度增 加，則熔斷熔絲時所要使用的能量被熔絲上面或上方的層間膜等抑制， 從而可能導致不完全的熔絲熔斷。因此，期望有一種技術能夠防止熔絲熔斷故障。防止熔絲熔斷故障的技術的實例包括在日本專利特許公開No. 10-107146和No. 2006-73698中所公開的那些。日本專利特許公開No. 10-107146描述了一種在襯底上設置互相 鄰近的熔絲金屬圖案和虛擬熔絲(dummy fuse)金屬圖案的技術。根 據日本專利特許公開No. 10-107146，熔絲金屬圖案和虛擬熔絲金屬圖 案設置于互相鄰近的位置上，因此，當CVD絕緣膜覆蓋這些圖案時產 生空隙。因為空隙在CVD絕緣膜中形成，所以熔絲金屬被熔斷時導致 熔絲金屬飛散的力增大。另外，日本專利特許公開No. 2006-73698描述了一種對在熔絲上 面及上方的多個層間絕緣膜中的每一個設置虛擬開口 (dummy opening)的技術。在每個層間絕緣膜中設置的虛擬開口用其中設置有 虛擬開口的層間絕緣膜上方的一層層間絕緣膜來填充，設置在最上面 的層間絕緣膜中的虛擬開口用鈍化膜來填充。該專利文獻聲稱，上述 的這種結構使得在熔絲上面和上方的層間絕緣膜容易被破壞，從而能 夠防止熔絲熔斷故障。然而，本申請的發明者意識到上述的技術存在下述一些問題。艮P， 在日本專利特許公開No. 10-107146和No. 2006-73698中描述的結構意 味著在直接覆蓋熔絲的層間膜中設置空隙和開口。在上面所述的這種 結構中，假設直接覆蓋熔絲的層間膜的強度已減小。如果直接覆蓋熔 絲的層間膜的強度不夠，則雜質可能擴散到熔絲內并且改變其物理屬 性，從而引起熔絲電阻升高。另一方面，熔絲的應力分布可能變得不 均勻，可能導致應力遷移。由于熔絲是否熔斷基于操作測試的結果來 確定，所以可能存在一個或多個未熔斷的熔絲。對于未熔斷的熔絲而 言，其物理屬性的改變和應力遷移成為一個問題。發明內容根據本發明的半導體器件包括在襯底上形成的熔絲；第一絕緣膜， 設置以覆蓋熔絲；孔穴形成圖案，設置在第一絕緣膜上方；以及第二 絕緣膜，設置以覆蓋孔穴形成圖案。孔穴形成圖案被構圖以在其之間 形成空間區域。第二絕緣膜覆蓋孔穴形成圖案以在空間區域中形成孔 穴。如果半導體器件如上述進行配置，則沒有這種用以降低膜強度的 處理應用到覆蓋熔絲的第一絕緣膜。因此，即使當熔絲沒有熔斷時， 熔絲也由第一絕緣膜充分保護。另外，在設置在第一絕緣膜上面和上 方的第二絕緣膜中的每一個中形成孔穴。由于存在孔穴，所以第二絕 緣膜易于破壞。因此，可靠地熔斷熔絲是可能的。根據本發明，提供了一種其中在充分保護將不被熔斷的熔絲時能 夠可靠地熔斷將要切斷的熔絲的半導體器件，以及制造該半導體器件 的方法。
從以下結合附圖的描述，本發明的上述和其他目的、優點及特征 將變得更加明顯，其中圖1是用于說明熔絲部件的結構的示意性剖視圖； 圖2是用于說明第一實施例的半導體器件的結構的示意性剖視圖； 圖3A是用于說明孔穴形成圖案和熔絲之間的相對位置關系的說明圖；圖3B是另一個用于說明孔穴形成圖案和熔絲之間的相對位置關 系的說明圖；圖4是第一實施例的制造半導體器件的方法的流程圖； 圖5A是示出第一實施例的制造半導體器件的方法的剖面工藝圖； 圖5B是示出第一實施例的制造半導體器件的方法的剖面工藝圖； 圖5C是示出第一實施例的制造半導體器件的方法的剖面工藝圖；圖5D是示出第一實施例的制造半導體器件的方法的剖面工藝圖； 圖6是示出第二實施例的半導體器件的示意性剖視圖；以及 圖7是示出第三實施例的半導體器件的示意性剖視圖。
具體實施方式
下面結合說明性的實施例對本發明進行描述。本領域技術人員應 當認識到，利用本發明的教導，可完成許多可替換的實施例，并且本 發明不限于為說明目的而示出的實施例。(第一實施例)在下文中，將參考附圖對本發明的實施例進行描述。圖2是示出 本實施例的半導體器件中熔絲被熔斷之前的結構的示意性剖視圖。該 半導體器件包括襯底l (例如，硅襯底)，在襯底l上形成的多個絕緣膜3-0至3-6(例如，二氧化硅膜)，以及覆蓋最上面的層間絕緣膜3-6的鈍化膜11 (例如，氧化硅膜)。另外，該半導體器件設置有形成半 導體晶體管等的器件形成區以及形成熔絲的熔絲形成區。在器件形成區中，隔離區5和源/漏區4形成于襯底1的表面上。 第一絕緣膜3-0也形成于襯底1的表面上。柵電極2形成于絕緣膜3-0 中。柵電極2與襯底1的表面是電絕緣的。半導體晶體管由柵電極2 和源/漏區4形成。隔離區5是相互絕緣的隔離區，半導體晶體管形成 于其中。互連層7 (7-1至7-7)被設置于器件形成區中的各個絕緣膜3 (3-0 至3-6)上。導電栓6埋植于各個絕緣膜3中。上下層互連7通過栓6 互相連接。設置在最上面絕緣膜3-6上的互連7-7的一部分用作焊盤部 件。在焊盤部件中，鈍化膜11具有開口。互連7由鋁形成。互連7-1 通過栓與源/漏區連接。接下來，將描述熔絲形成區的結構。在熔絲形成區中，設置有熔絲8-l、孔穴形成圖案9和孔穴10。熔絲8-1設置在絕緣膜3-0上，并且被絕緣膜3-l (第一絕緣膜) 所覆蓋。這意味著熔絲8-l被設置在與互連層7-l相同的層中。另外， 形成熔絲8-1的材料與互連7-1的材料相同。g卩，在本實施例中熔絲S-l 由鋁形成。如下文將要描述的，熔絲8-1與互連層7-l在同一步驟中形 成。孔穴形成圖案9設置在絕緣膜3-1至3-5中的每個上，并且用絕緣 膜3-2至3-6 (第二絕緣膜)中的每個覆蓋。這意味著孔穴形成圖案9 被設置在與互連層7-2至7-6中的每個相同的層中。另外，孔穴形成圖 案9的材料與互連7-2至7-6的相同。g卩，在本實施例中孔穴形成圖案 9由鋁形成。如下文將要描述的，孔穴形成圖案9與互連7-2至7-6在 同一步驟中形成。孔穴形成圖案9用于在制造時產生孔穴10，并且以窄間距構圖， 以便產生空間區域。如果孔穴形成圖案9被以窄間距構圖，那么當絕 緣膜3沉積時，空間區域不會由絕緣膜3所填充，因此，將導致孔穴 IO的產生。具體而言，由于孔穴IO要變得易于產生，所以優選每個孔 穴形成圖案9被構圖成使得其縱橫比等于或大于3。縱橫比由每個孔穴 形成圖案9的高度與其間隔寬度(高度+間隔寬度)之比來表示。隨著 縱橫比的增加，當絕緣膜3沉積時，空間區域變得更難由絕緣膜3填 充，從而孔穴IO變得更容易產生。具體而言，如果每個孔穴形成圖案 9的厚度是0.6至0.7pm，那么每個空間區域優選0.20至0.15pm或更 小。圖3A是示出當半導體器件從上方來看時熔絲8和孔穴形成圖案9 之間的相對位置關系的平面圖。實際上，熔絲和孔穴形成圖案9由絕 緣膜3覆蓋，并且因此是不可見的。然而，為了說明的目的，熔絲和 孔穴形成圖案9以透視方式示出。如圖3A所示出的，孔穴形成圖案9被構圖成與襯底表面上的熔絲8垂直。因此，孔穴10也被形成為與襯
底表面上的熔絲8垂直。孔穴IO在對于熔絲8的適當的位置中形成， 結果，能夠降低熔絲8上方的膜的強度從而可靠地熔斷熔絲8。
注意，不必將孔穴形成圖案9設置為與熔絲8垂直。孔穴形成圖 案9可以被構圖成與熔絲8平行，例如，如圖3B所示，只要孔穴形成 圖案9被沉積，孔穴就被形成在熔絲8上方。
再次參考圖2，將開口設置在熔絲形成區的鈍化膜11中。其目的 是為了使在熔絲上面和上方的膜容易被破壞。
隨后，將說明制造具有如上所述結構的這種半導體器件的方法。 圖4是示出制造本實施例的半導體器件的方法的流程圖。圖5A至5D 是熔絲形成區的剖面工藝圖。
步驟S10:熔絲的形成
首先，如圖5A所示，熔絲8-l在絕緣膜3-0上形成。注意，在熔 絲8形成之前，半導體晶體管和絕緣膜3-0在襯底l上形成。然而，這 些步驟與本實施例的主題并不直接相關，因此，這里將不作說明。由 于制成熔絲8-1的材料與互連7-l的相同(在本實施例中為鋁)，所以 熔絲8-l與器件形成區中的互連7-l可以在同一步驟中形成(參見圖2)。
步驟S20:第一絕緣膜的形成
接下來，如圖5B所示，形成絕緣膜3-l (第一絕緣膜)以覆蓋熔 絲8-1。例如，絕緣膜3-1的形成采用CVD工藝。在形成絕緣膜3-1 之后，通過化學機械拋光(CMP)方式，將其表面平坦化。
步驟S30:孔穴形成圖案的形成
接下來，如圖5C所示，孔穴形成圖案9在絕緣膜3-l上形成。孔 穴形成圖案9與器件形成區中的互連7-2在同一步驟中形成。如上所述，孔穴形成圖案9被以窄間距構圖和形成。 步驟S40:第二絕緣膜的形成
接下來，如圖5D所示，通過沉積絕緣膜3-2 (第二絕緣膜)，覆 蓋孔穴形成圖案9。例如，絕緣膜3-2的形成采用CVD工藝。此時， 因為孔穴形成圖案9之間的空間區域足夠狹窄且因而絕緣膜3-2未完全 填充于其中，所以產生孔穴10。注意，絕緣膜3-2在其上部中是連續 的。在絕緣膜3-2形成膜之后，其表面用CMP方法平坦化。
如果當采用CVD工藝沉積絕緣膜3-2時孔穴形成圖案9沉積的條 件是其上部的沉積量大于其側壁上的沉積量，那么孔穴IO變得更容易 形成。在上述這種條件下，絕緣膜3-2被沉積為從每個孔穴形成圖案9 的上部鼓起，因此變得易于與從相鄰的孔穴形成圖案9的上部所沉積 的一部分絕緣膜3-2在孔穴形成圖案9的斜上側相連接。另一方面，因 為每個孔穴形成圖案9的側壁的沉積量相對較小，所以部分絕緣膜3-2 在空間區域中變得難以互相連接且因而易于形成每個孔穴10。在常規 的半導體制造方法中，是防止產生孔穴的。然而，在本實施例中，在 這樣的條件下沉積絕緣膜3-2以便以正確的方式形成孔穴。
如果當使用高密度等離子體(HDP)設備沉積絕緣膜3-2時以低 的偏置電源電平沉積絕緣膜3-2，則孔穴變得較易于形成。在使用HDP 設備的情況下，絕緣膜3-2的沉積和蝕刻是同時執行的。如果在偏置電 源較低的情況下沉積絕緣膜3-2，那么蝕刻變得難以執行。因此，部分 絕緣膜3-2在每個孔穴形成圖案9的斜上側變得容易互相連接，并且在 空間區域的底部變得容易形成每個孔穴10。
本步驟中的絕緣膜3-2的形成步驟，與在器件形成區中形成絕緣 膜3-2的步驟相同。為了防止孔穴IO此時在器件形成區中產生，僅需 要以不允許產生孔穴10的窄間距來對互連7-2構圖。具體而言，如果 每個孔穴形成圖案9被構圖成使得其縱橫比等于或小于3，則孔穴10便變得難以產生。注意，只要孔穴沒有在互連7中導致遷移的這種影 響，它們也可形成在器件形成區中。
在形成絕緣膜3-2之后，重復步驟S30和步驟S40的工藝，以形 成絕緣膜3-3至3-6。孔穴形成圖案9和孔穴10在每個絕緣膜3中形成。 另外，鈍化膜11在最上面的絕緣膜3-6上形成，并且開口在與焊盤部 件和熔絲8-l相應的區中生成。因此，這樣便制造出具有圖2所示的結 構的半導體器件。
在如上所述制造的半導體器件上執行操作測試。然后，基于操作 測試的結果，確定熔絲8-l被熔斷還是保持原樣。例如，通過使過電流 流過熔絲或者將激光照射到熔絲上，可以使熔絲8-1熔斷。由于那時孔 穴10形成在熔絲8-1上面和上方的絕緣膜3的各個層(3-2至3-6)中 且因而絕緣膜是稀疏的，所以防止了用于熔斷熔絲8-1的能量被各個絕 緣膜(3-2至3-6)所抑制。具體而言，孔穴10上方的絕緣膜3中的各 層由于已形成孔穴IO而現在是薄的。熔絲熔斷的沖擊被這些變薄的部 件所吸收，并且這些薄的部件容易被破壞。因為熔絲8-1上面和上方的 絕緣膜3中的各層現在容易被破壞，所以有可能可靠地熔斷熔絲8-1。
直接覆蓋熔絲8-1的絕緣膜3-l未被特別處理。因此，防止了由于 不均勻應力分布所導致的應力遷移，以及在熔絲8-1沒有熔斷的情況下 由于一種或多種雜質進入所導致的熔絲物理屬性的改變。
在本實施例中，已說明了孔穴10被形成在絕緣膜3-2至3-6中的 各層中的情況。然而，可能不必在所有絕緣膜3-2至3-6中形成孔穴10。 如果在至少一層中形成孔穴10，便有助于熔斷熔絲。
(第二實施例)
接下來，將說明第二實施例。圖6是示出本實施例的半導體器件 的結構的示意性剖視圖。在第一實施例中，已經說明了其中熔絲8-1與器件形成區中的互連7-1由相同材料且在同一步驟中形成的情況。然
而，在本實施例中，熔絲8-2與半導體晶體管的柵電極2在同一步驟中
形成。結構的其余部分與第一實施例中的相同，因此，將不詳細說明。
如圖6所示，柵電極2在器件形成區的絕緣膜3-0中形成。柵電 極2由多晶硅形成。另外，熔絲8-2埋植在熔絲形成區中的絕緣膜3-0 (第一絕緣膜)中。熔絲8-2和柵電極2—樣，由多晶硅形成。柵電極 2和熔絲8-2在同一步驟中形成。
在本實施例中，孔穴形成圖案9和孔穴IO設置在熔絲形成區中的 絕緣膜3-0至3-5上。g卩，孔穴10設置在絕緣膜3-1至3-6 (第二絕緣 膜)中。孔穴形成圖案9和孔穴10均未埋植在絕緣膜3-1 (第一絕緣 膜)中。
同樣，如在本實施例中，在使用多晶硅熔絲而非由諸如鋁等金屬 制成的熔絲的情況下，通過在比其中埋植熔絲8-2的層更上面的層中設 置孔穴10，能夠提供與第一實施例相同的效果。即，當熔斷熔絲8-2 時能夠可靠地實現熔絲熔斷，而當未熔斷熔絲8-2時能夠防止該熔絲受 到應力遷移的影響或在其物理屬性方面被改變。
(第三實施例)
隨后，將說明第三實施例。圖7是示出本實施例的半導體器件的 結構的示意性剖視圖。在第一實施例中，已經說明了其中熔絲8-1與器 件形成區中的互連7-l由相同材料且在同一步驟中形成的情況。然而， 在本實施例中，熔絲8-3與器件形成區中的互連7-4由相同材料且在同 一步驟中形成。S卩，在絕緣膜3-4 (在絕緣膜3-3上)中設置熔絲8-3。
在本實施例中，孔穴形成圖案9和孔穴10設置在絕緣膜3-4和3-5 上。S卩，絕緣膜3-5和3-6 (第二絕緣膜)中設置有孔穴IO。孔穴形成 圖案9和孔穴10所形成的層均不低于絕緣膜3-4 (第一絕緣膜)。結構的其余部分與第一實施例中的一樣，因此，將不詳細說明。
如本實施例所描述的，設置有熔絲的層的位置沒有特別限制。艮口， 即使在將熔絲設置于任何中間層(3-1至3-5)的情況下，在由絕緣膜
3-0至3-6所形成的多個層當中，由于孔穴10在高于中間層的層中形成， 所以也可能取得與前述那些實施例相同的效果。即，當熔斷熔絲8-3 時能夠可靠地實現熔絲熔斷，而當熔絲8-3沒有熔斷時能夠防止該熔絲 受到應力遷移的影響或在其物理屬性方面被改變。
權利要求
1.一種半導體器件，包括在襯底上的熔絲；覆蓋所述熔絲的第一絕緣膜；在所述第一絕緣膜上的孔穴形成圖案；以及第二絕緣膜，覆蓋所述孔穴形成圖案使得所述孔穴形成圖案在其之間具有孔穴。
2. 根據權利要求l所述的半導體器件，還包括 半導體晶體管；以及在所述半導體晶體管上方的多個互連層；其中，所述熔絲設置在與所述多個互連層當中的至少一層相同的 層中，所述孔穴形成圖案設置在與所述多個互連層當中的至少另一層 相同的層中。
3. 根據權利要求2所述的半導體器件，其中，所述互連、所述熔 絲和所述孔穴形成圖案由鋁形成。
4. 根據權利要求l所述的半導體器件，還包括具有柵電極的半導 體晶體管，其中，所述熔絲由與所述柵電極相同的材料制成，并且設置在與所述柵電極相同的層中。
5. 根據權利要求4所述的半導體器件，其中，所述柵電極和所述 熔絲由多晶硅形成。
6. 根據權利要求l所述的半導體器件，其中，所述孔穴形成圖案 具有3或更大的縱橫比。
7. 根據權利要求l所述的半導體器件，其中，所述器件包括具有所述晶體管的器件形成區和具有所述孔穴形成圖案的熔絲形成區。
8. 根據權利要求l所述的半導體器件，其中，所述孔穴形成圖案 設置在兩個或更多個互連層中。
9. 一種制造半導體器件的方法，包括 在襯底上形成熔絲； 形成第一絕緣膜以便覆蓋所述熔絲； 在所述第一絕緣膜上形成孔穴形成圖案；以及 形成第二絕緣膜以便覆蓋所述孔穴形成圖案；其中，在所述形成孔穴形成圖案的步驟中，所述孔穴形成圖案被 構圖以形成空間區域，在所述形成所述第二絕緣膜的步驟中，用所述 第二絕緣膜覆蓋所述孔穴形成圖案以在所述空間區域中形成孔穴。
10. 根據權利要求9所述的制造半導體器件的方法，還包括 形成半導體晶體管；以及 在所述半導體晶體管上方形成多個互連層；其中，在與形成所述多個互連層中的至少一層的步驟相同的步驟 中執行所述形成所述熔絲的步驟，并且在與形成所述多個互連層中的 至少另一層的步驟相同的步驟中執行所述形成孔穴形成圖案的步驟。
11. 根據權利要求9所述的制造半導體器件的方法，還包括 形成半導體晶體管，其包括形成柵電極的步驟；其中，在與形成所述熔絲的步驟相同的步驟中執行所述形成所述 柵電極的步驟。
12. 根據權利要求9所述的制造半導體器件的方法，其中，所述 孔穴形成圖案被構圖成使得其縱橫比是3或更大。
13. 根據權利要求9所述的制造半導體器件的方法，其中，所述第二絕緣膜在下述條件下沉積所述孔穴形成圖案的上部中的沉積厚 度大于所述孔穴形成圖案的側壁上的沉積厚度。
14. 根據權利要求9所述的制造半導體器件的方法，還包括 在所述形成第二絕緣膜的步驟之后熔斷所述熔絲。
15. 根據權利要求9所述的制造半導體器件的方法，其中，所述 器件包括具有所述晶體管的器件形成區和具有所述孔穴形成圖案的熔 絲形成區。
16. 根據權利要求9所述的制造半導體器件的方法， 其中，所述孔穴形成圖案設置在兩個或更多個互連層中。
全文摘要
根據本發明的半導體器件包括在襯底上形成的熔絲；設置以覆蓋熔絲的第一絕緣膜；設置在第一絕緣膜上的層中的孔穴形成圖案；以及設置以覆蓋孔穴形成圖案的第二絕緣膜，其中，孔穴形成圖案被構圖，以便在其之間產生空間區域，并且第二絕緣膜覆蓋孔穴形成圖案，以便在空間區域中形成孔穴。
文檔編號H01L21/70GK101330073SQ20081012869
公開日2008年12月24日 申請日期2008年6月23日 優先權日2007年6月21日
發明者小田公規 申請人:恩益禧電子股份有限公司