CN109830459B

CN109830459B - 一种熔丝结构的形成方法

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Publication number: CN109830459B
Application number: CN201910078671.2A
Authority: CN
Inventors: 郭振强
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2021-01-22
Anticipated expiration: 2039-01-28
Also published as: CN109830459A

Abstract

本发明提供一种熔丝结构的形成方法，在衬底上依次形成第一介质层、第一金属层、第二介质层、第二金属层及钝化层；在钝化层上形成熔丝通孔和焊垫通孔的光刻胶图形，按照光刻胶图形依次刻蚀钝化层和第二介质层，形成焊垫通孔及暴露第一金属层表面的熔丝通孔；在硅片表面依次沉积第三介质层、刻蚀停止层、第四介质层形成层叠结构；去除焊垫通孔上的层叠结构以及熔丝通孔上方与钝化层表面齐平的层叠结构；对熔丝通孔内的层叠结构刻蚀至露出熔丝通孔底部的第三介质层为止。本发明可以明显改善熔丝结构中金属层上介质层的均匀性，可以满足要求熔丝结构中金属上的介质层有高要求的需求。

Description

一种熔丝结构的形成方法

技术领域

本发明涉及一种半导体器件的制造方法，特别是涉及一种熔丝结构的形成方法。

背景技术

随着芯片尺寸的持续增加，半导体元件变得更容易受到硅晶体缺陷或杂质的影响，从而使得单一晶体管的失效导致整个芯片的失效；为解决这个问题，在半导体元件中经常设计一些连接熔丝结构的冗余电路；如果在工艺之后发现某块电路有缺陷，可以利用熔丝结构使其不能工作，并使冗余电路替换掉有缺陷的电路结构。

很多芯片中使用到了金属线做成的激光熔丝结构，并使用激光进行烧断；对于激光熔丝的结构，通常需要在顶层中形成一个开口，且激光需要准确对准熔丝而不得摧毁其他临近器件。

图1为传统的熔丝结构示意图，该结构包括：衬底1和自下而上依次位于衬底上的第一介质层01、第一金属层001、第二介质层02以及第二金属层002，焊垫结构04位于所述第二金属层002上，熔丝结构05位于所述第二介质层02上。

对于图1中传统的熔丝结构05对熔丝结构上的第二介质层02的厚度有一定的容忍范围，超出这一容忍范围，会造成电路修补的失败；但是传统方法形成的熔丝结构，熔丝上介质层的厚度H及晶圆内的均匀性是由第二介质层02沉积时的均匀性、第二介质层02研磨时的均匀性及熔丝刻蚀的均匀性决定的，传统熔丝结构的形成方法欠缺均匀性的原因是：传统熔丝结构的均匀性受到介质层厚度的变化的影响，钝化层厚度的变化的影响以及钝化层刻蚀的不同三种方式叠加的导致的差异，这对于有高均匀性要求的时候就不能满足需求。因此，需要提出一种熔丝结构的形成方法来改善熔丝结构中金属层上介质层的均匀性。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种熔丝结构的形成方法，用于解决现有技术中熔丝结构中金属层上的介质层的均匀性的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种熔丝结构的形成方法，所述方法至少包括以下步骤：步骤一、提供一硅片作为衬底，在所述衬底上自下而上依次形成第一介质层、第一金属层、第二介质层、覆盖部分所述第二介质层的第二金属层以及覆盖所述第二介质层和第二金属层的钝化层；步骤二、在所述钝化层上旋涂光刻胶，并形成熔丝和焊垫的光刻胶图形，所述熔丝的光刻胶图形位于所述第二介质层与所述钝化层直接接触的上方，所述焊垫的光刻胶图形位于所述第二金属层与所述钝化层直接接触的上方；步骤三、按照所述光刻胶图形依次刻蚀所述钝化层和第二介质层，形成暴露所述第二金属层表面的焊垫通孔以及暴露所述第一金属层表面的熔丝通孔；步骤四、在所述硅片表面依次沉积第三介质层、刻蚀停止层、第四介质层形成层叠结构；步骤五、去除所述焊垫通孔上的层叠结构以及熔丝通孔上方与所述钝化层表面齐平的层叠结构；步骤六、对所述熔丝通孔内的所述层叠结构进行刻蚀，至暴露出位于所述熔丝通孔底部的所述第三介质层为止。

所述步骤一中的第一介质层为氧化硅；第一、第二金属层为金属铝；所述第二介质层为氧化硅；所述钝化层为氮化硅。

优选地，步骤一中形成覆盖部分所述第二介质层的第二金属层的方法为：先形成覆盖全部所述第二介质层的所述第二金属层，然后对所述第二金属层进行刻蚀，暴露出部分所述第二介质层的上表面。

优选地，步骤一中形成所述第一介质层的方法为CVD化学气相沉积法；形成所述第一、第二金属层的方法为物理气相沉积法；形成所述第二介质层的方式为化学气相沉积法；形成所述钝化层的方式为化学气相沉积。

优选地，步骤二中形成熔丝和焊垫的光刻胶图形的方法为：对所述光刻胶进行曝光、显影和清洗之后，去除被曝光的光刻胶，形成熔丝和焊垫的光刻胶图形。

优选地，步骤三中刻蚀所述钝化层和第二介质层的方法为干法刻蚀。

优选地，步骤四中的刻蚀停止层作为金属阻挡层，材料为氮化钛。

优选地，步骤五中去除所述焊垫通孔上的层叠结构以及熔丝通孔上方与所述钝化层表面齐平的层叠结构的方法包括对所述硅片表面进行普遍刻蚀：首先刻蚀所述第四介质层，去除所述焊垫通孔内部的第四介质层以及所述熔丝通孔表面的第四介质层；然后对所述刻蚀停止层进行刻蚀，去除所述焊垫通孔内部的刻蚀停止层以及所述熔丝通孔表面的刻蚀停止层；之后再对所述第三介质层进行刻蚀，去除所述焊垫通孔内部的第三介质层以及所述熔丝通孔表面的第三介质层。

优选地，步骤六中对所述熔丝通孔内的所述层叠节奏进行刻蚀的方法为自对准刻蚀。沿所述熔丝通孔的侧壁整体刻蚀所述第四介质层刻蚀停止层以及熔丝通孔侧壁的第三介质层至露出所述熔丝通孔底部的所述第三介质层为止。

如上所述，本发明的熔丝结构的形成方法，具有以下有益效果：本发明的熔丝结构的形成方法可以明显改善熔丝结构中金属层上介质层的均匀性，熔丝结构中金属上的介质层厚度均匀性得到改善，后继激光修复时，激光会打不断熔丝，可以满足要求熔丝结构中金属上的介质层有高要求的需求。

附图说明

图1显示为传统的熔丝结构的示意图；

图2显示为本发明中在形成焊垫通孔和熔丝通孔的结构示意图；

图3显示为本发明中在硅片上沉积第三介质层、刻蚀停止层、第四介质层的示意图；

图4显示为本发明中去除焊垫通孔上的层叠结构以及形成熔丝通孔上方与所述钝化层表面齐平的层叠结构的示意图；

图5显示为本发明中熔丝通孔底部具有第三介质层的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本实施例中，本发明的熔丝结构的形成方法包括以下步骤：

步骤一、提供一硅片作为衬底，在所述衬底上自下而上依次形成第一介质层、第一金属层、第二介质层、覆盖部分所述第二介质层的第二金属层以及覆盖所述第二介质层和第二金属层的钝化层；如图2所示，所述衬底1上表面形成第一介质层01，形成所述第一介质层01的方法在本实施例中优选为CVD化学气相沉积法，同时，本实施例优选地，所述第一介质层01为氧化硅材料；之后在所述第一介质层01的上表面形成第一金属层001，本实施例优选地，形成所述第一金属层001的方法为物理气相沉积法。所述第一金属层001为金属铝材料；形成所述第一金属层001之后，在所述第一金属层001的上表面形成第二介质层02，优选地，所述第二介质层02的形成方法为化学气相沉积法，所述第二介质层02优选为氧化硅材料；之后在所述第二介质层02的上表面形成第二金属层002，本实施例优选地，形成所述第二金属层002的方法为物理气相沉积法，所述第二金属层002为金属铝。

该步骤中在所述第二介质层02的上表面形成的所述第二金属层002覆盖了部分所述第二介质层02的上表面，由图2可以看出，所述第二介质层02上表面的一部分被所述第二金属层002覆盖，而本实施例优选地，形成覆盖部分所述第二介质层的第二金属层的方法为：首先形成覆盖全部所述第二介质层02的所述第二金属层002，亦即在所述第二介质层02的上表面沉积一层所述第二金属层002，之后对所述第二金属层进行刻蚀，只刻蚀所述第二金属层的位于所述第二介质层02上表面的一分部，刻蚀至暴露出所述第二介质层02的一部分上表面为止。

之后在形成覆盖所述第二介质层02和所述第二金属层002的钝化层003，本实施例中优选地，形成所述钝化层003的方式为化学气相沉积，由于所述第二介质层02的上表面部分被所述第二金属层002所覆盖，一部分暴露在外，因此，形成所述钝化层003时，所述钝化层003是覆盖了所述暴露在外的第二介质层02，并且所述钝化层003覆盖了所述第二金属层002的上表面。本实施例优选地，所述钝化层003的材料为氮化硅。

步骤二、在所述钝化层003上旋涂光刻胶，并形成熔丝通孔和焊垫通孔的光刻胶图形，所述熔丝通孔的光刻胶图形位于所述第二介质层与所述钝化层直接接触的上方，所述焊垫通孔的光刻胶图形位于所述第二金属层与所述钝化层直接接触的上方；该步骤中优选地，形成所述熔丝通孔和焊垫通孔的光刻胶图形的方法为：对所述光刻胶进行曝光、显影之后，去除被曝光的光刻胶，形成熔丝通孔和焊垫通孔的光刻胶图形。也就是说，先在所述钝化层003上涂一层一定厚度的光刻胶，然后按照形成熔丝通孔和焊垫通孔的光罩图形对所述光刻胶进行曝光，被曝光的光刻胶为即将进行刻蚀去除的部分，被曝光的光刻胶发生了化学反应，经过显影技术后将该部分发生化学反应的光刻胶清洗去除，留下的部分即为形成熔丝通孔和焊垫通孔的图形轮廓的光刻胶。

该步骤中形成的所述熔丝通孔的光刻胶图形以及焊垫通孔的光刻胶图形用以后续按照该光刻胶图形形成熔丝通孔和焊垫通孔；本发明中的所述熔丝通孔的光刻胶图形形成于所述第二介质层与所述钝化层直接接触的上方，如前所述，所述第二介质层02的部分上表面没有被所述第二金属层002覆盖，而是直接被所述钝化层003所覆盖，该部分第二介质层02直接被所述钝化层003直接覆盖的部分，其上表面形成有所述熔丝通孔的光刻胶图形；而所述第二介质层02的另一部分上表面被所述第二金属层002覆盖，该部分也被所述钝化层003覆盖，在所述第二金属层002上方的所述钝化层003的上表面形成的是所述焊垫通孔的光刻胶图形。

步骤三、按照所述光刻胶图形依次刻蚀所述钝化层和第二介质层，形成暴露所述第二金属层表面的焊垫通孔以及暴露所述第一金属层表面的熔丝通孔；如图2所示，图2显示为本发明中在形成焊垫通孔和熔丝通孔的结构示意图。该步骤中，按照所述熔丝通孔的光刻胶图形和焊垫通孔的光刻胶图形先对所述钝化层003进行刻蚀，本实施例中优选地，刻蚀所述钝化层003的方法为干法刻蚀。刻蚀所述钝化层003之后分别形成暴露所述第二介质层02上表面的通孔和暴露所述第二金属层002上表面的焊垫通孔004，该步骤中只对所述钝化层003刻蚀便可形成所述焊垫通孔004。沿着上述暴露所述第二介质层02上表面的通孔继续刻蚀所述第二介质层02，直到刻蚀至暴露所述第一金属层001的上表面为止，亦即该刻蚀所述第二介质层02以所述第一金属层001为刻蚀停止层，形成如图2所示的熔丝通孔005。

步骤四、在所述硅片表面依次沉积第三介质层、刻蚀停止层、第四介质层形成层叠结构；如图3所示，图3显示为本发明中在硅片上沉积第三介质层、刻蚀停止层、第四介质层的示意图。也就是说，经过步骤三中形成所述焊垫通孔和所述熔丝通孔后，接着在所述硅片的上表面沉积第三介质层006，位于所述第三介质层006上表面的沉积刻蚀停止层007，之后在所述刻蚀停止层007的上表面沉积第四介质层008。本实施例优选地，所述刻蚀停止层作为金属阻挡层，材料为氮化钛。该步骤中形成的所述第三介质层、刻蚀停止层、第四介质层三者构成层叠结构。

步骤五、去除所述焊垫通孔上的层叠结构以及形成熔丝通孔上方与所述钝化层表面齐平的层叠结构，形成如图4中结构；图4显示为本发明中去除焊垫通孔上的层叠结构以及形成熔丝通孔上方与所述钝化层表面齐平的层叠结构的示意图。该步骤中采用普遍刻蚀的方法去除所述层叠结构。首先，刻蚀所述第四介质层008，去除所述焊垫通孔004内部的第四介质层以及所述熔丝通孔表面的第四介质层；从图3可以看出，所述第四介质层008除了覆盖所述焊垫通孔004和所述熔丝通孔005之外，还覆盖了暴露在外的所述钝化层003的上表面。因此，对所述第四介质层008进行普遍刻蚀时，位于所述钝化层003上表面的第四介质层008也被去除。所述熔丝通孔表面的第四介质层008也被去除，如图4所示，只留下位于该熔丝通孔内部的所述第四介质层008。

然后对所述刻蚀停止层007进行刻蚀，去除所述焊垫通孔004内部的刻蚀停止层007以及所述熔丝通孔表面的刻蚀停止层；这时，所述熔丝通孔内部还留有如图4所示的刻蚀停止层007；之后再对所述第三介质层006进行刻蚀，所述焊垫内部的第四介质层008以及刻蚀停止层007已被去除，对所述焊垫通孔内部的第三介质层006进行刻蚀后，所述焊垫通孔内部的第三介质层006也别去除，同时暴露在外的所述钝化层的上表面的第四介质层008、刻蚀停止层007以及第三介质层006亦同时被去除，所述熔丝通孔表面的第三介质层也被去除，形成熔丝通孔内部与所述钝化层表面齐平的层叠结构，所述熔丝通孔上方与所述钝化层表面齐平的层叠结构被去除。

步骤六、对所述熔丝通孔内的所述层叠结构进行刻蚀，至暴露出位于所述熔丝通孔底部的所述第三介质层为止；如图5所示，图5显示为本发明中熔丝通孔底部具有第三介质层的结构示意图。由于步骤五中在所述熔丝通孔内部还留有所述第三介质层006、刻蚀停止层007以及第四介质层008，该步骤将所述熔丝通孔内部留有的第三介质层006、刻蚀停止层007以及第四介质层008去除，所去除的第四介质层008为所述熔丝通孔侧壁的所述第四介质层008，最后在所述熔丝通孔的底部还留有所述第三介质层006。优选地，该步骤六中对所述熔丝通孔内的所述层叠节奏进行刻蚀的方法为自对准刻蚀。沿所述熔丝通孔的侧壁整体刻蚀所述第四介质层、刻蚀停止层以及熔丝通孔侧壁的第三介质层至露出所述熔丝通孔底部的所述第三介质层为止。

综上所述，本发明的熔丝结构的形成方法相对于传统的熔丝结构形成方法可以明显改善熔丝结构中金属层上介质层的均匀性，可以满足要求熔丝结构中金属上的介质层有高要求的需求。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种熔丝结构的形成方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：

步骤一、提供一硅片作为衬底，在所述衬底上自下而上依次形成第一介质层、第一金属层、第二介质层、覆盖部分所述第二介质层的第二金属层以及覆盖所述第二介质层和第二金属层的钝化层；

步骤二、在所述钝化层上旋涂光刻胶，并形成熔丝通孔和焊垫通孔的光刻胶图形，所述熔丝通孔的光刻胶图形位于所述第二介质层与所述钝化层直接接触的上方，所述焊垫通孔的光刻胶图形位于所述第二金属层与所述钝化层直接接触的上方；

步骤三、按照所述光刻胶图形依次刻蚀所述钝化层和第二介质层，形成暴露所述第二金属层表面的焊垫通孔以及暴露所述第一金属层表面的熔丝通孔；

步骤四、在所述硅片表面依次沉积第三介质层、刻蚀停止层、第四介质层形成层叠结构；

步骤五、去除所述焊垫通孔上的层叠结构以及熔丝通孔上方与所述钝化层表面齐平的层叠结构；

步骤六、对所述熔丝通孔内的所述层叠结构进行刻蚀，至暴露出位于所述熔丝通孔底部的所述第三介质层为止。

2.根据权利要求1所述的熔丝结构的形成方法，其特征在于：所述步骤一中的第一介质层为氧化硅；第一、第二金属层为金属铝；所述第二介质层为氧化硅；所述钝化层为氮化硅。

3.根据权利要求1所述的熔丝结构的形成方法，其特征在于：步骤一中形成覆盖部分所述第二介质层的第二金属层的方法为：先形成覆盖全部所述第二介质层的所述第二金属层，然后对所述第二金属层进行刻蚀，暴露出部分所述第二介质层的上表面。

4.根据权利要求1所述的熔丝结构的形成方法，其特征在于：步骤一中形成所述第一介质层的方法为CVD化学气相沉积法；形成所述第一、第二金属层的方法为物理气相沉积法；形成所述第二介质层的方式为化学气相沉积法，形成所述钝化层的方式为化学气相沉积。

5.根据权利要求1所述的熔丝结构的形成方法，其特征在于：步骤二中形成熔丝和焊垫的光刻胶图形的方法为：对所述光刻胶进行曝光、显影之后，去除被曝光的光刻胶，形成熔丝和焊垫的光刻胶图形。

6.根据权利要求1所述的熔丝结构的形成方法，其特征在于：步骤三中刻蚀所述钝化层和第二介质层的方法为干法刻蚀。

7.根据权利要求1所述的熔丝结构的形成方法，其特征在于：步骤四中的刻蚀停止层作为金属阻挡层，材料为氮化钛。

8.根据权利要求1所述的熔丝结构的形成方法，其特征在于：步骤五中去除所述焊垫通孔上的层叠结构以及形成熔丝通孔上方与所述钝化层表面齐平的层叠结构的方法包括对所述硅片表面进行普遍刻蚀：首先刻蚀所述第四介质层，去除所述焊垫通孔内部的第四介质层以及所述熔丝通孔表面的第四介质层；然后对所述刻蚀停止层进行刻蚀，去除所述焊垫通孔内部的刻蚀停止层以及所述熔丝通孔表面的刻蚀停止层；之后再对所述第三介质层进行刻蚀，去除所述焊垫通孔内部的第三介质层以及所述熔丝通孔表面的第三介质层。

9.根据权利要求1所述的熔丝结构的形成方法，其特征在于：步骤六中对所述熔丝通孔内的所述层叠结构进行刻蚀的方法为自对准刻蚀沿所述熔丝通孔的侧壁整体刻蚀所述第四介质层、刻蚀停止层以及熔丝通孔侧壁的第三介质层至露出所述熔丝通孔底部的所述第三介质层为止。