DE3617141C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit integrierter Schaltung und Trennsicherungsstrecke.

Halbleiterbauteile mit integrierten Schaltungen in redundanter Ausführung und Trennsicherungsstrecken sind aus vielen Veröffentlichungen bekannt. Die Trennsicherungsstrecken dienen teilweise zum Unterbrechen vorgegebener Verbindungen und andererseits zum Erzwingen neuer Verbindungen.

Das Auftrennen der Sicherungsstrecken erfolgt durch das Zuführen von Wärme in solchem Ausmaß, daß das Metall der Strecken bis zum Unterbrechen der Strecken wegfließt oder gar verdampft. Dementsprechend wird im folgenden auch von Schmelzsicherungsstrecken oder vom Ausbrennen von Sicherungen gesprochen.

Das Zuführen von Wärme zum Auftrennen einer Sicherungsstrecke kann auf unterschiedliche Arten und Weisen erfolgen. Die eine besteht darin, eine Überkreuzungsstelle der Trennsicherungsstrecke mit einer Leiterstrecke vorzusehen, durch die ein so hoher Strom geschickt werden kann, daß eine solche Erwärmung am Überkreuzungspunkt auftritt, daß das Material der Trennsicherungsstrecke schmilzt und sich dadurch eine Lücke in der Sicherungsstrecke bildet. Ein Halbleiterbauteil mit einem derartigen Aufbau ist z. B. in EP 00 78 165 A2 beschrieben.

Von Vorteil bei Halbleiterbausteinen der eben genannten Art ist es, daß die Trennstelle mit höchster Genauigkeit vorgegeben werden kann. Dies ist vorteilhaft, wenn eine hohe Integrationsdichte erzielt werden soll. Nachteilig ist jedoch, daß die besondere Leiterbahn zum Zuführen von Wärme zur Sicherungsstrecke samt ihrer Ansteuerung bereitgestellt werden muß. Dies ist aufwendig in der Herstellung und macht teilweise die durch das genaue Lokalisieren der Trennstelle prinzipiell ermöglichte Erhöhung der Integrierbarkeit wieder zunichte.

Angesichts dieser Nachteile ohne wesentlichen Vorteil ist es üblicher, Trennsicherungsstrecken so auszubilden, daß sie mit einem Laserstrahl durchgebrannt werden können. Hier hängt die Ortsgenauigkeit der Trennstelle vom Durchmesser des Laserstrahls und seiner Positioniergenauigkeit ab. In diesem Zusammenhang wird auf einen Artikel von R.T. Smith et al verwiesen, der unter dem Titel "Laser Programmable Redundancy and Yield Improvement in a 64K DRAM" in IEEE Journal of Solid-State Circuits, Bd. SC-16, Nr. 5, Okt. 1981, S. 506-513 erschienen ist. Dort sind in Draufsicht die Endanschlüsse einer Trennsicherungsstrecke und ein über der Trennsicherungsstrecke positionierter Laserstrahl dargestellt. Der effektive Durchmesser des Laserstrahls wird mit 7-8 µm angegeben. Tatsächlich ist es inzwischen möglich, noch besser fokussierte Laserstrahlen zu verwenden, nämlich solche, die einen Fleckdurchmesser von nur etwa 4 µm aufweisen. Die Positioniertoleranz beträgt +/- 1,5 µm, so daß insgesamt ein Bereich von 7 µm Breite der Möglichkeit des Trennes ausgesetzt ist. Hierbei sind auch andere Schaltungsteile gefährdet. Die Trennsicherungsstrecke muß demgemäß mit einer Mindestlänge von etwa 7 µm ausgebildet werden.

Wenn das Material einer Schmelzsicherungsstrecke geschmolzen wird, ist dafür zu sorgen, daß sich das geschmolzene Metall in solcher Weise bewegen kann, daß an der Schmelzstelle auch tatsächlich ein Unterbrechen der Sicherungsstrecke auftritt. Um diesen Trennvorgang zu fördern, ist es aus EP 00 83 211 bekannt, bei einem Halbleiterbauelement mit einer integrierten Schaltung auf einem Substrat einen ersten Isolierfilm anzubringen mit einer in einer ersten Richtung verlaufenden Erhöhung auf dem Isolierfilm bzw. in einer ersten Richtung verlaufenden Vertiefungen in dem Isolierfilm. Die Trennsicherungsstrecke, die aus einem elektrisch leitenden Material besteht und das Laserlicht absorbiert, kreuzt die Erhöhung bzw. die zwei Vertiefungen. Über der Trennsicherungsstrecke und dem ersten Isolierfilm befindet sich eine zweite isolierende Schicht, die für das vom Material der Trennsicherungsstrecke absorbierte Laserlicht im wesentlichen durchlässig ist. Diese zweite isolierende Schicht folgt mit im wesentlichen konstanter Dicke den Erhöhungen bzw. Vertiefungen, denen die Trennsicherungsstrecke folgt. Bei dieser Anordnung bestehen im wesentlichen dieselben Probleme in bezug auf die Mindestlänge der Trennsicherungsstrecke, wie sie vorstehend erläutert wurden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement mit integrierter Schaltung und einer durch Einstrahlen von Laserlicht trennbaren Sicherungsstrecke nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, die möglichst kurz ausgebildet werden kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß zu den Enden der Sicherungsstrecke benachbarte Funktionsgrupen des Bauelements durch das eingestrahlte Laserlicht beschädigt werden.

Die Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauteil ist dem oben beschriebenen mit der Erhöhung auf dem ersten Isolierfilm sehr ähnlich. Jedoch besteht der entscheidende Unterschied, daß die zweite isolierende Schicht nicht mehr mit im wesentlichen konstanter Dicke dem Auf- und Ab-Verlauf der Sicherungsstrecke folgt, sondern daß die zweite isolierende Schicht eingeebnet ist und solche Dicken über dem erhöhten Teil und dem tiefer liegenden Teil der Trennsicherungsstrecke aufweist, daß von dem Material der Trennsicherungsstrecke zu absorbierendes Laserlicht im erhöhten Bereich der Trennsicherungsstrecke mit starker Intensität bis zu dieser vordringt, zu den tiefer liegenden Bereichen dagegen mit geringerer Intensität vordringt. Wird in ein solches Halbleiterbauelement Laserlicht in den Bereich der erhöhten Stelle mit solcher Intensität eingestrahlt, daß die eingestrahlte Energie zum Durchtrennen der Sicherungsstrecke im Bereich der Erhöhung ausreicht, dringt noch nicht so viel Energie zu benachbarten Bereichen durch, daß dort Funktionsgruppen beschädigt werden könnten. Trotz der insgesamt nur erzielbaren Positioniergenauigkeit von etwa 7 µm für den Laserstrahl ergibt sich damit eine Positioniergenauigkeit für den Trennort, der allein durch die Abmessung der Erhöhung bestimmt ist. Diese läßt sich jedoch mit derjenigen Genauigkeit erzielen, wie sie beim Herstellen von streifenförmigen Schichten mit Photolithographieverfahren erreicht wird. Es handelt sich hierbei um etwa 2,5 µm.

Die in der ersten Richtung verlaufende Erhöhung auf dem ersten Isolierfilm kann eine Erhöhung des Isolierfilms selbst sein, aber auch eine solche, die durch eine streifenförmige Schicht gebildet wird, die auf der Oberfläche des ersten Isolierfilms gebildet wird. Wie die Erhöhung am zweckmäßigsten hergestellt wird, hängt vom gesamten Herstellablauf des jeweiligen Halbleiterbauelements ab.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1(a) bis (f) in einer (stark vergrößerten) Schnittdarstellung einzelne Stufen zur Erläuterung der Herstellung einer Trennsicherungsstrecke einer Redundanzschaltung für ein Halbleiterbauelement oder eine Halbleiterbaugruppe als eine Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 1(g) die Draufsicht auf einen wesentlichen Teilbereich der Redundanzschaltung;

Fig. 1(h) die Schnittansicht bei einer gedachten Schnittlinie B-B in Fig. 1(g);

Fig. 2 ein Kurvendiagramm zur Erläuterung der Lichtreflexionseigenschaften von Polysilizium in Abhängigkeit von der Dicke eines auf dem Polysilizium angeordneten Siliziumdioxidfilms;

Fig. 3(a) bis 3(d) unterschiedliche Prinzipdarstellungen zur Erläuterung des Zustands des Bauelements bei Beaufschlagung der Redundanzschaltkreissicherung mit einem Laserstrahl;

Zur Erläuterung der Erfindung wird zunächst insbesondere auf Fig. 1 Bezug genommen.

Fig. 1 zeigt ein Siliziumsubstrat 1 und einen darüber aufgebrachten Feld-Oxidfilm 2. Auf dem Oxidfilm 2 wird in Form einer Stufe 8 ein erstes Polysilizium-Gate aufgebracht, das durch einen thermisch erzeugten Oxidfilm 9 überdeckt wird. Auf dem thermisch erzeugten Oxidfilm 9 wird ebenfalls in der Konfiguration einer Stufe eine Sicherung 3 für einen Redundanzschaltkreis aufgebracht. Diese Redundanzschaltkreissicherung 3 kann aus Polysilizium, einem Metall mit hohem Schmelzpunkt oder einer Silizium- Metall-Verbindung (Silizid) mit hohem Schmelzpunkt hergestellt sein. Über der Sicherung 3 des Redundanzschaltkreises wird ein PSG-Film 4 (PSG = Phosphorsilikatglas) oder ein BPSG-Film (BPSG = Borphosphorsilikatglas) aufgebracht. Dieser Film 4 kann auch aus Siliziumdioxid hergestellt sein.

Das Verfahren zur Herstellung einer Trennsicherungsstrecke eines Redundanzschaltkreises für ein Halbleiterbauelement wird nachfolgend unter Bezug auf die Fig. 1(a) bis 1(f) näher erläutert.

Zunächst werden der Feld-Oxidfilm 2 auf dem Siliziumsubstrat 1 und darauf eine erste Polysiliziumschicht hergestellt; wobei letztere zur Bildung des Polysilicium-Gates 8 mit einer Breite l2 dient. Sodann wird das Siliziumsubstrat 1 thermisch oxidiert, wobei gleichzeitig über dem ersten Polysilizium-Gate 8 der Oxidfilm 9 entsteht (vgl. Fig. 1(a)). Sodann wird auf dem Oxidfilm 9 eine zweite Polysilizium-Gateschicht erzeugt und es wird eine Sicherungsstrecke 3 für eine Redundanzschaltung gewonnen, die entsprechend der ersten Polysilizium-Gateschicht 8 stufenartig abgesetzt ist. Anschließend wird über der Sicherung 3 und dem Oxidfilm 9 mittels eines bekannten CVD- Verfahrens der PSG-Film 4 erzeugt. Die gesamte Oberfläche des PSG-Films 4 wird sodann mit einem Photoresist 10 überdeckt und der PSG-Film sowie der Photoresist 10 werden durch eine Ätzlösung abgeätzt, die hinsichtlich der Ätzgeschwindigkeit auf den PSG-Film 4 und den Photoresist 10 gleich wirkt. Auf diese Weise wird die Oberfläche des PSG-Films 4 eingeebnet und seine Dicke über der Sicherung 3 erhält im Mittenbereich den Wert t0, während er an den beiden Seitenbereichen mit dem Wert t1 in größerer Schichtdicke stehen bleibt (siehe Fig. 1(e)).

Anschließend werden Kontaktlöcher 5A bzw. 5B am Siliziumsubstrat 1, am ersten Siliziumgate sowie am zweiten Siliziumgate und an der Sicherung 3 eingebracht unter Verwendung einer auf dem PSG-Film 4 aufgebrachten Photoresistmaske (siehe Fig. 1(f)). Anschließend wird der Photoresistfilm entfernt und zur Vervollständigung der Redundanzschaltung des Halbleiterbauelements, welche die Sicherung 3 einschließt, wird eine Aluminiumverdrahtungsschicht 6 aufgebracht. Fig. 1(h) zeigt den hier interessierenden Ausschnitt eines komplettierten Halbleiterbauelements.

Die Lichtreflexionseigenschaft der durch einen Siliziumoxidfilm überdeckten Polysiliziumfläche ändert sich in Abhängigkeit von der Dicke des Siliziumdioxidfilms auf der Polysiliziumschicht, wie die Fig. 2 erkennen läßt. Wird nun angenommen, daß die Filmdicken t0 und t1 des PSG- Films 4 über der Schmelzsicherung 3 in Fig. 1(h) den Abstandswerten t0 und t1 in Fig. 2 entsprechen, so erreicht die Lichtreflexion in dem Oberflächenabschnitt der Sicherung 3 der Redundanzschaltung, in dem die Dicke des PSG- Films 4 t0 beträgt, einen Wert von 30% während die restlichen 70% des auftreffenden Lichts in der Sicherung 3 absorbiert werden. Andererseits werden etwa 60% des Lichts dort reflektiert, wo die Dicke des PSG-Films 4 t1 beträgt, während die restlichen 40% des eingestrahlten Lichts durch die Sicherung 3 absorbiert werden. Ähnliche Verhältnisse gelten, wenn das auftreffende Licht ein Laserstrahl ist.

Die Fig. 3(a) zeigt den Zustand bei Verwendung eines Laserstrahls 7A mit einem Radius r0, der auf die Mitte oder das Zentrum C1 der Sicherung 3 auftrifft (vgl. auch Fig. 1(g)). In diesem Fall sind die Schichtdicken t0 bzw. t1 des PSG-Films 4 über der Sicherung 3 so gewählt, daß sich eine Lichtreflektivität von etwa 30% bzw. 40% ergibt, wobei die Energie des Laserstrahls 7A auf einen geeigneten Wert eingestellt wird. Die Sicherung 3 des Redundanzschaltkreises wird im Bereich des PSG-Films mit Schichtdicke t0 geschmolzen, und zwar unabhängig vom Radius r0 des Laserstrahls 7A, wie in Fig. 3(b) gezeigt. Die Auftrennlänge oder Ausbrennstrecke hat eine Breite von L2. Diese Breite L2 entspricht etwa der Breite l2 des ersten Polysilicium-Gates 8; sie hängt innerhalb bestimmter Grenzwerte nicht vom Radius r0 des Laserstrahls 7A ab.

Weiterhin wird der zu schmelzende Abschnitt auf den Bereich des PSG-Films mit Schichtdicke t0 beschränkt, selbst dann, wenn der Laserstrahl außermittig, also etwa wie der Laserstrahl 7B, mit einem Strahlzentrum C2 auftrifft, das um einen Abstand d0 gegenüber dem Zentrum C1 der Sicherung 3 versetzt ist (vgl. Fig. 3(d)). Die Wirkung des Laserstrahls hängt also nicht von der absoluten Positioniergenauigkeit ab.

Die Länge l1 des Ausbrennbereichs der Sicherung 3 der Redundanzschaltung läßt sich unter Verwendung des Breitenwerts l2 des ersten Polysilicium-Gates 8 und der Maskenausrichttoleranz Δl zwischen dem ersten Polysilizium-Gate und dem zweiten Polysilizium-Gate (vgl. Fig. 3(d)) durch folgende Formel ausdrücken:

l1 = l2 + 2Δl (1-6)

Mit derzeit zur Verfügung stehenden photolithographischen Techniken lassen sich Werte l2 = 1,5 µm, Δl = 0,5 µm sicherstellen, so daß sich daraus ableiten läßt

l1 ≧ + 2Δl = 2,5 µm (1-7)

Daraus läßt sich unschwer erkennen, daß die Länge der Sicherung 3 um 4,5 µm verkürzt werden kann im Vergleich zur Länge von 7 µm beim Stand der Technik entsprechend der oben angegebenen Gleichung (1-5). Durch diese Verkürzung der Länge L1 des Auftrennbereichs läßt sich also ein höherer Integrationsgrad bei LSI-Chips erreichen.

Wie sich aus der soweit gegebenen Erläuterung ersehen läßt, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, die Dicke des isolierenden Films auf der Sicherung 3 des Redundanzschaltkreises über die Länge der Sicherungsstrecke zu variieren. Dies ermöglicht ein sicheres Auftrennen der Sicherung auf einem konstanten Längenbereich unabhängig vom Radius und der Positioniergenauigkeit des zur Unterbrechung der Sicherung verwendeten Laserstrahls. Aufgrund der Längenreduzierung der Sicherungsstrecke für den Redundanzschaltkreis läßt sich ein höherer Integrationsgrad bei LSI-Schaltkreisen erreichen.

Der Erfindungsgedanke läßt sich auch so verwirklichen, daß die Gate-Leitung oder Leitungsstrecke 8 durch eine in der ersten Isolierschicht 2 nach oben ragende Abstufung gebildet ist, so daß wiederum der Zentralbereich C1 der Sicherung 3 aus der Ebene seiner beiden Enden um den Abstand (t1-t0) nach oben versetzt erscheint. Diese Ausführungsform der Erfindung kann je nach den Herstellungsbedingungen und den Gegebenheiten der Laser-Auftrennvorrichtung gewisse Vorteile gegenüber der erstbeschriebenen Ausführungsform besitzen.

Claims (6)

1. Halbleiterbauteil mit

• - einer integrierten Schaltung,
• - einem Substrat (1) mit einem ersten Isolierfilm (2),
• - einer in einer ersten Richtung verlaufenden Erhöhung (8) auf dem ersten Isolierfilm,
• - einer die Erhöhung kreuzenden Trennsicherungsstrecke (3) aus einem elektrisch leitenden Material, das Laserlicht absorbiert, und die an der Kreuzungsstelle einen stufenartig um die Dicke der Erhöhung nach oben versetzten Teil aufweist,
• - und einer für das vom Material der Trennsicherungsstrecke (3) absorbierte Laserlicht durchlässigen zweiten isolierenden Schicht (4) über dem ersten Isolierfilm (2), der Erhöhung (8) und der Trennsicherungsstrecke (3),

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Oberfläche der zweiten isolierenden Schicht (4) eingeebnet ist und eine solche erste Dicke (t₀) über dem nach oben versetzten Teil und eine solche zweite Dicke (t₁) über den tiefer liegenden Teilen der Trennsicherungsstrecke (3) aufweist, daß von dem Material der Trennsicherungsstrecke das Laserlicht infolge der Lichtreflexionseigenschaften des vorliegenden Schichtaufbaus im nach oben versetzten Teil der Trennsicherungsstrecke stark und den tiefer liegenden Teilen dagegen gering absorbiert wird.

2. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung durch eine streifenförmige Schicht (8) auf der Oberfläche des ersten Isolierfilms (2) gebildet wird.

3. Halbleiterbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenförmige Schicht (8) aus einem Metall besteht und diese Schicht durch eine Oxidschicht (9) abgedeckt ist.

4. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung eine solche des ersten Isolierfilms ist.

5. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite isolierende Schicht (4) über der Trennsicherungsstrecke (3) durch einen PSG-Film (PSG = Phosphor- Silikat-Glas), einen BPSG-Film (BPSG = Bor-Phosphor-Silikat- Glas) oder einen Siliziumdioxidfilm gebildet ist und die Trennsicherungsstrecke (3) aus Polysilizium, einem Metall mit hohem Schmelzpunkt oder aus einem Metall-Silizid mit hohem Schmelzpunkt besteht.