JP2002093911A - 半導体装置および製造方法 - Google Patents
半導体装置および製造方法Info
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Abstract
いて、工程が簡略でコスト低減が可能な半導体装置およ
びその製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体装置ではヒューズの窓開け部上の
保護用第2の保護絶縁膜42の側壁44のと第1の保護
絶縁膜39の側壁45の位置とは連続し、段差がない。
したがって、ポリイミドの合わせずれによりポリイミド
がヒューズ窓内にはみ出し、ヒューズ窓の開口部50が
狭くなることはなく、安定したヒューズ溶断が可能とな
る。また、半導体装置の製造方法では、第2の保護絶縁
膜42をマスクとして、ヒューズの窓明け部の第1の保
護絶縁膜39、薄いシリコン窒化膜38、層間絶縁膜3
4を同時にエッチングするので、ボンディングパッド4
1の開口と別工程でメタルヒューズの窓開け用にフォト
リソグラフィーを1回追加する必要がないため、工程が
簡略化され、コストの低減を図ることができる。
Description
の製造方法に係り、特に銅配線による不良救済回路を有
する半導体装置およびその製造方法に関するものであ
る。
化による配線遅延の減少やエレクトロマイグレーション
耐性向上のため、銅(Cu)配線が広く採用されてきて
おり、特に高性能なロジックLSIにおいて主流になっ
てきている。
は、歩留まり向上のために不良救済回路を内蔵した冗長
構成の採用が一般的であり、発見された不良セル替わっ
てスペアセルが使用される。このため、テスタによって
不良セルが発見されたときには、その番地をテスタで記
憶した後、AlやCuなどのメタル配線層で形成された
ヒューズをレーザによって溶断し、不良セルに替わって
スペアセルが選択されるようにする技術が一般的であ
る。
配線層の1層下のメタル配線層を使用する。これは、最
上層は必ずしも十分な保護がされておらず、外部雰囲気
と接することによりメタルの劣化が生じる等の信頼性上
の問題がある他、最上層メタル配線層は電源線に使用さ
れることが多いために膜厚が厚く、溶断に適さないため
である。
めには、ヒューズ溶断の障害となる、メタルヒューズよ
り上に位置する層間膜およびパッシベーション膜などの
第1の保護絶縁膜を除去する必要がある。このようなメ
タルヒューズ上の層間膜および第1の保護絶縁膜を除去
する工程をヒューズの窓開け工程と称している。
明する。図14および図15は従来のヒューズ窓開け工
程を示す素子断面図である。
置の断面を示す断面図であって、素子が形成された半導
体基板11の上に第1および第2の層間絶縁膜16、1
9、第1の配線層21、酸化防止層であるシリコン窒化
膜(Si3N4膜)22、第3の層間絶縁膜23、第2
の配線層27、シリコン窒化膜(Si3N4膜)28、
第4の層間絶縁膜29、第3の配線層32、シリコン窒
化膜(Si3N4膜)33、第5の層間絶縁膜34、第
4の配線層37、シリコン窒化膜(Si3N4膜)38
等が積層された4層配線構造となっている。そして最上
層にはボンディングパッド部41とパッシベーション膜
39が形成されている。
体にレジスト100を塗布し、これをフォトリソグラフ
ィによりヒューズの窓開け部分以外がレジスト100で
覆われるようパターニングし、このレジスト100をエ
ッチングマスクとしてRlEなどの方法でパッシベーシ
ョン膜39、薄いシリコン窒化膜38、第5の層間絶縁
膜34をエッチングしヒューズ窓110を開口してい
る。この状態では開口部110におけるレジスト100
の側壁101と、パッシベーション膜39の側壁10
2、薄いシリコン窒化膜38の側壁103、第5の層間
絶縁膜34の側壁104の位置は連続している。
護膜としてのポリイミド膜120がボンディングパッド
部41とヒューズ窓110を除いてパッシベーション膜
39の上に形成される。このときポリイミド膜120の
側壁121とパッシベーション膜39の側壁102の位
置は一致していない。
ボンディングパッドの開口に加えて、メタルヒューズの
窓開けにフォトリソグラフィーを1回追加する必要があ
った。そのため工程数が増加し、コストが高くなるとい
う欠点を持っていた。
なされたもので、ヒューズ溶断用の窓を有する半導体装
置において、工程が簡略でコスト低減が可能な半導体装
置およびその製造方法を提供することを目的とする。
置によれば、それぞれ配線層を有する複数の絶縁層が積
層され、そのうちのいずれかの層の配線層が不良救済の
ためのスペアセルを選択するために溶断されるヒューズ
を構成する半導体装置において、前記ヒューズが含まれ
る層よりも上方に位置する1または複数の絶縁層には前
記ヒューズに対応した開口部が形成されており、前記複
数の絶縁層のうちの最上層の上に形成された第1の保護
絶縁膜の前記開口部に対応する側壁位置と、前記第1の
保護絶縁膜の上に形成された第2の保護絶縁膜の前記開
口部に対応する側壁位置とはこれらの境界部近傍で連続
していることを特徴とする。
れば、ヒューズの窓開け部上の保護用第2の保護絶縁膜
の側壁と第1の保護絶縁膜の側壁との間に段差がないた
め、安定したヒューズ溶断が可能となる。
法の第1の方法によれば、素子を形成する工程と、前記
素子が形成された層の上に層間絶縁膜、その表面部に銅
配線層、その上に酸化防止層をそれぞれ形成する配線層
形成工程を複数回繰り返して積層された配線層を形成す
る工程と、最上層の酸化防止層の上に第1の保護絶縁膜
を堆積する工程と、前記最上層の配線層の引き出し箇所
の前記第1の保護絶縁膜および前記酸化防止層を除去す
る工程と、前記引き出し箇所に引き出し電極を形成する
工程と、前記最上層の下の層のヒューズ部に対応して、
ヒューズ溶断用の窓を形成するための開口を有する第2
の保護絶縁膜を前記第1の保護絶縁膜の上に形成する工
程と、前記第2の保護絶縁膜をマスクとしてエッチング
を行い、前記パッシベーション層、前記最上層の酸化防
止層および層間絶縁膜の一部を除去してヒューズ溶断用
の窓を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
して、ヒューズの窓明け部の第1の保護絶縁膜、酸化防
止膜、層間絶縁膜を同時にエッチングするので、ボンデ
ィングパッドの開口と別工程でメタルヒューズの窓開け
用にフォトリソグラフィーを1回追加する必要がないた
め、工程が簡略化され、コストの低減を図ることができ
る。
方法の第2の方法によれば、素子を形成する工程と、前
記素子が形成された層の上に層間絶縁膜、その表面部に
銅配線層、その上に酸化防止層をそれぞれ形成する配線
層形成工程を複数回繰り返し、積層された配線層を形成
する工程と、最上層の酸化防止層の上に第1の保護絶縁
膜を堆積する工程と、前記最上層の配線層の引き出し箇
所およびヒューズ部に対応する箇所の前記第1の保護絶
縁膜およびその下の前記酸化防止層を除去して引き出し
電極用の開口部とヒューズ開口部とを形成する工程と、
引き出し電極を形成する工程と、前記ヒューズ開口部に
対応して、ヒューズ溶断用の窓を形成するための開口を
有する第2の保護絶縁膜を前記第1の保護絶縁膜の上に
形成する工程と、前記第2の保護絶縁膜をマスクとして
エッチングを行い、前記層間絶縁膜の一部を除去してヒ
ューズ溶断用の窓を形成する工程とを備えたことを特徴
とする。
時にヒューズの窓開け部の第1の保護絶縁膜および酸化
防止層をエッチングしておき、第2の保護絶縁膜をマス
クとして、層間絶縁膜をエッチングするようにしている
ので、ボンディングパッドの開口に加えて、メタルヒュ
ーズの窓開けにフォトリソグラフィーを1回追加する必
要がない。そのため製造工程の簡略化とコストの低減を
図ることができる。
かる半導体装置およびその製造方法について詳述する。
なお、ここで説明しているのは4層Cu配線LSIに適
用した例である。
かる半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。
1上に素子分離領域12を通常の朝溝分離(STI:Sh
allow Trench Isolation)で形成し、この素子分離領域
で囲まれた素子領域内にキャパシタ等の受動素子となる
拡散層13や、ソース、ドレイン拡散14やゲート15
を有するMOSFETのような能動素子を形成する。
な第1の層間絶縁膜16を全面に堆積し、CMP法を用
いてその表面を平坦化する。その後フォトリソグラフィ
ー法を用いて第1のコンタクトホール17を開口し、タ
ングステンをこのコンタクトホール17内に埋め込んで
コンタクト18を形成する。さらにこれらの全体上にS
iO2膜のような第2の層間絶縁膜19を堆積し、フォ
トリソグラフィー法を用いて第1の配線形成箇所を除去
し、この第2層絶縁膜内に第1の配線溝20を形成す
る。続いて銅を全面に堆積させ、CMP法を用いてこれ
を平坦化し、第1の配線溝20内に第1の配線層21を
残存させる。ここで、銅は酸化しやすいことから、酸化
防止および拡散防止のため、全面に薄いシリコン窒化膜
22を堆積する。以上の工程は、銅配線のシングルダマ
シン工程と称される。
な第3の層間絶縁膜23を全面に堆積し、フォトリソグ
ラフィー法を用いて第1の配線層21との接続を図るた
めの第2のコンタクトホール24を開口し、続けてフォ
トリソグラフィー法を用いて第3の層間絶縁膜23の表
面部の第2の配線形成箇所を除去し、第2の配線溝25
を形成する。続いて銅を全面に堆積させ、CMP法を用
いてこれを平坦化し、第2のコンタクトホール24内に
第2のコンタクト27、第2の配線溝25内に第2の配
線層27を残存させる。そして第1層の場合と同様に、
銅の酸化および拡散防止のため、薄いシリコン窒化膜
(Si3N4膜、以下同様)28を堆積する。以上の工
程は、銅配線のデュアルダマシン工程と称される。
な第4の層間絶縁膜29を全面に堆積し、フォトリソグ
ラフィー法を用いて第2のコンタクト24あるいは第2
の配線層27との接続を図るための第3のコンタクトホ
ール30を開口し、続けてフォトリソグラフィー法を用
いて第4の層間絶縁膜29の表面部の第3の配線形成箇
所を除去し、第3の配線溝31を形成する。続いて銅を
全面に堆積させ、CMP法を用いてこれを平坦化し、第
3のコンタクトホール30内および第3の配線溝31内
に第3の配線層32を残存させる。他の層と同様に銅の
酸化および拡散防止のため、薄いシリコン窒化膜33を
堆積する。なお、4層構造の銅配線の場合、メタルヒュ
ーズは、図4における中央部の2つのコンタクトホール
間を接続する第3の配線層32として形成される。
5の層間絶縁膜34を堆積し、フォトリソグラフィー法
を用いて第4のコンタクトホール35を開口し、続けて
フォトリソグラフィー法により第4の配線溝36を所定
の形状にパターニングする。その後、銅を全面に堆積さ
せ、CMP法を用いてこれを平坦化し、第4のコンタク
トホール35内および第4の配線溝36内に第4の配線
層37を残存させる。他の層と同様に銅の酸化防止のた
め、薄いシリコン窒化膜38を堆積する。
ーション膜39を堆積し、フォトリソグラフィー法を用
いてボンディングパッドとなる第4の配線層37上のパ
ッシベーション膜39および薄いシリコン窒化膜38を
エッチング除去して開口部40を形成し、第4の配線層
37を露出させる。全面にアルミニウムを堆積させ、フ
ォトリソグラフィー法により所定形状にパターニングを
行って、開口部40にボンディングパッド41を形成す
る。
Iに本発明によるヒューズの窓開け工程を適用した様子
を図7から図9を参照して説明する。
ポリイミド樹脂膜42を選択的に形成する。このポリイ
ミド膜42はボンディングパッド41上の一部およびヒ
ューズの窓開け部50上にはそれぞれ開口部43、44
が形成されている。このような形状のポリイミド樹脂膜
42は例えばスピンコートによる塗布を行い、リソグラ
フィを行う方法、感光性ポリイミドを塗布し、露光を行
う方法、スクリーン印刷を行う方法などにより得ること
ができる。
42をマスクとして、RIEなどの異方性エッチングを
行うと、パッシベーション膜39、薄いシリコン窒化膜
38、第5の層間絶縁膜34が除去されて窓開け部5
0’となり、これらの側壁45、46、47はポリイミ
ド樹脂膜42の開口部側壁44と段差がなく連続したも
のとなる。
樹脂膜42をマスクとして、パッシベーション膜39、
薄いシリコン窒化膜38、第5の層間絶縁膜34を同時
にエッチングし、ヒューズの窓開け工程を行っているた
め、従来技術のようにボンディングパッドの開口に加え
て、メタルヒューズの窓明けのためにフォトリソグラフ
ィーを1回追加する必要がない。このため、工程を簡略
化することができ、コストを低減することが可能とな
る。
ためのポリイミド膜をマスクとしても利用してヒューズ
の窓開け工程を行っている。このため、窓開けを別工程
で形成しておき、その後にポリイミドの保護膜をその後
に形成したのでは、図9に示すようにポリイミド膜42
の合わせずれによりポリイミド膜42がヒューズ窓5
0’内にはみ出し、ヒューズ窓の開口部50’が狭くな
ってしまうという問題が生ずるおそれがあるが、これを
解決することができる。
発生した応力を緩和し、種々の欠陥の発生を効果的に防
止する。
にかかる半導体装置の製造方法を示す工程別断面図であ
る。
と全く同じであり、同じ要素については同じ参照番号を
用いて説明する。
ベーション膜60を堆積させ、フォトリソグラフィー法
を用いてボンディングパッドとなる第4の銅配線37上
およびヒューズの窓開け部70のパッシベーション膜6
0をエッチングしてこれらに対応する開口部61および
62を形成する。この際、この部分では薄いシリコン窒
化膜38もエッチングされ、ボンディングパッド形成箇
所では第4の銅配線37が露出し、ヒューズ窓開け部で
は第5の層間絶縁膜34の表面の一部63がエッチング
された状態となっている。
ソグラフィー法を用いてボンディングパッド形成箇所に
所定の形状で残存させることにより、ボンディングパッ
ド63を形成する。
ポリイミド樹脂膜64を形成する。このポリイミド樹脂
膜64は、ボンディングパッド63上およびヒューズの
窓開け部70上を除いて前述した方法により選択的に形
成されている。
4をマスクとして、RIEなどの方法で第5の層間絶縁
膜34をエッチングしてヒューズ窓70’を形成する。
このエッチングにより、パッシベーション膜60の窓開
口部の側壁62’は図11の場合よりも広がり、第5層
絶縁膜33の側壁63’も図11の場合よりも深くかつ
広がっている。
ーズ穴明け部に対応した開口部が形成された第1の保護
絶縁膜の上に第2の保護絶縁膜であるポリイミド膜をこ
の開口部に合わせて形成し、ヒューズの穴明け工程を行
っているので、ヒューズ窓開け用に追加のリソグラフィ
を行う必要がない。したがって、製造工程が簡略化さ
れ、コストの低減を図ることができる。また、ポリイミ
ド樹脂膜はその下の層に発生した応力を緩和し、種々の
欠陥の発生を効果的に防止する。
縁膜としてパッシベーション膜、第2の保護絶縁膜とし
てポリイミド膜を用いているが、例示であって限定的な
ものではない。第1の保護絶縁膜としては保護作用を有
するものであればBSG、BPSG等の材料を用いるこ
とができ、第2の保護絶縁膜としては保護と応力緩和作
用を有するものであれば他の材料でも良い。
ューズの窓開け部上の保護用ポリイミド膜の側壁とパッ
シベーション膜の側壁との間に段差がないため、ヒュー
ズ窓の開口部が狭くなることはなく、安定したヒューズ
溶断が可能となる。
製造方法によれば、ポリイミドをマスクとして、ヒュー
ズの窓明け部の第1の保護絶縁膜、薄いシリコン窒化
膜、層間絶縁膜を同時にエッチングするので、ボンディ
ングパッドの開口と別工程でメタルヒューズの窓開け用
にフォトリソグラフィーを1回追加する必要がないた
め、工程が簡略化され、コストの低減を図ることができ
る。
の製造方法によれば、ボンディングパッドの開口時にヒ
ューズの窓開け上の第1の保護絶縁膜および薄いシリコ
ン窒化膜をエッチングしておき、ポリイミドをマスクと
して、層間絶縁膜をエッチングするようにしているの
で、ボンディングパッドの開口に加えて、メタルヒュー
ズの窓開けにフォトリソグラフィーを1回追加する必要
がない。そのため製造工程の簡略化とコストの低減を図
ることができる。
工程を示す素子断面図である。
工程を示す素子断面図である。
工程を示す素子断面図である。
工程を示す素子断面図である。
工程を示す素子断面図である。
工程を示す素子断面図である。
工程を示す素子断面図である。
工程を示す素子断面図である。
は発生することのない不具合を説明する素子断面図であ
る。
おけるヒューズ窓開けの第1の工程を示す素子断面図で
ある。
おけるヒューズ窓開けの第2の工程を示す素子断面図で
ある。
おけるヒューズ窓開けの第3の工程を示す素子断面図で
ある。
おけるヒューズ窓開けの第4の工程を示す素子断面図で
ある。
程を示す素子断面図である。
ーズ窓開け工程を示す素子断面図である。
Claims (7)
- 【請求項1】それぞれ配線層を有する複数の絶縁層が積
層され、そのうちのいずれかの層の配線層が不良救済の
ためのスペアセルを選択するために溶断されるヒューズ
を構成する半導体装置において、 前記ヒューズが含まれる層よりも上方に位置する1また
は複数の絶縁層には前記ヒューズに対応した開口部が形
成されており、前記複数の絶縁層のうちの最上層の上に
形成された第1の保護絶縁膜の前記開口部に対応する側
壁位置と、前記第1の保護絶縁膜の上に形成された第2
の保護絶縁膜の前記開口部に対応する側壁位置とはこれ
らの境界部近傍で連続していることを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項2】前記配線層は銅配線層であることを特徴と
する請求項1に記載の半導体装置。 - 【請求項3】前記第1の保護絶縁膜はパッシベーション
膜である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】前記第2の保護絶縁膜はポリイミド樹脂膜
であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに
記載の半導体装置。 - 【請求項5】素子を形成する工程と、 前記素子が形成された層の上に層間絶縁膜、その表面部
に銅配線層、その上に酸化防止層をそれぞれ形成する配
線層形成工程を複数回繰り返して積層された配線層を形
成する工程と、 最上層の酸化防止層の上に第1の保護絶縁膜を堆積する
工程と、 前記最上層の配線層の引き出し箇所の前記第1の保護絶
縁膜および前記酸化防止層を除去する工程と、 前記引き出し箇所に引き出し電極を形成する工程と、 前記最上層の下の層のヒューズ部に対応して、ヒューズ
溶断用の窓を形成するための開口を有する第2の保護絶
縁膜を前記第1の保護絶縁膜の上に形成する工程と、 前記第2の保護絶縁膜をマスクとしてエッチングを行
い、前記パッシベーション層、前記最上層の酸化防止層
および層間絶縁膜の一部を除去してヒューズ溶断用の窓
を形成する工程と、 を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】前記エッチングは反応性イオンエッチング
であることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項7】素子を形成する工程と、 前記素子が形成された層の上に層間絶縁膜、その表面部
に銅配線層、その上に酸化防止層をそれぞれ形成する配
線層形成工程を複数回繰り返し、積層された配線層を形
成する工程と、 最上層の酸化防止層の上に第1の保護絶縁膜を堆積する
工程と、 前記最上層の配線層の引き出し箇所およびヒューズ部に
対応する箇所の前記第1の保護絶縁膜およびその下の前
記酸化防止層を除去して引き出し電極用の開口部とヒュ
ーズ開口部とを形成する工程と、 引き出し電極を形成する工程と、 前記ヒューズ開口部に対応して、ヒューズ溶断用の窓を
形成するための開口を有する第2の保護絶縁膜を前記第
1の保護絶縁膜の上に形成する工程と、 前記第2の保護絶縁膜をマスクとしてエッチングを行
い、前記層間絶縁膜の一部を除去してヒューズ溶断用の
窓を形成する工程と、 を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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