JP2006228792A

JP2006228792A - Semiconductor device and its manufacturing method

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Publication number: JP2006228792A
Application number: JP2005037485A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Ashizawa; 哲夫芦澤; Toyoji Sawada; 豊治澤田; Toshiyuki Otsuka; 敏志大塚
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2005-02-15
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2025-02-15
Also published as: JP4634180B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily manufacture a fuse constituted from a barrier metal in a Cu embedding wiring structure at few processes, and moreover, to realize a structure that the embedding wiring front surface and the fuse front surface are provided to the identical surface. <P>SOLUTION: A semiconductor device includes a pair of fuse electrodes of the structure that a barrier metal film 5 and wiring 7 made of the Cu are sequentially laminated and embedded into an insulating film 4. The barrier metal film 5 ties both the fuse electrodes over the insulating film 4 for separating both the fuse electrodes. The front surface of the part on this insulating film 4 constitutes the fuse electrode and the approximate identical surface to its perimeter, and the part on the insulating film 4 forms the fuse 5A. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば半導体記憶装置などヒューズを備えることが必要な半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device that requires a fuse, such as a semiconductor memory device, and a method for manufacturing the same.

例えば、ＳＲＡＭ（ｓｔａｔｉｃｒａｎｄｏｍａｃｃｅｓｓｍｅｍｏｒｙ）に於ける冗長救済を行ったり、或いは、半導体記憶装置に於けるセンス増幅器の起動タイミングを設定する為、レーザービーム照射で切断されるヒューズが多用されてきた。 For example, fuses that are blown by laser beam irradiation have been frequently used in order to perform redundant relief in an SRAM (Static Random Access Memory) or to set the activation timing of a sense amplifier in a semiconductor memory device.

近年、半導体装置を組み込んだチップの面積縮小化や信頼性確保に応える為、様々な構造のヒューズが開発され、例えば、面積縮小化や製造工程簡略化の為、Ｃｕ配線に用いられるバリアメタルをヒューズとして利用することが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。 In recent years, fuses with various structures have been developed to reduce the area and ensure reliability of chips incorporating semiconductor devices. For example, barrier metal used for Cu wiring has been developed to reduce area and simplify manufacturing processes. It has been proposed to use it as a fuse (see, for example, Patent Document 1).

図２４はバリアメタルをヒューズとして用いる半導体装置の公知例を説明する為の要部切断側面図であり、図に於いて、１は基板、２は絶縁膜、３はエッチングストッパー膜、４は絶縁膜、５はバリアメタル膜、６はＣｕからなる導電プラグ、７はＣｕからなる埋め込み配線、８はバリアメタル膜をそれぞれ示している。尚、特許文献１に見られる図には省略があり、実際の半導体装置では有り得ない構成を示しているので、若干の加筆をしてある。 FIG. 24 is a side view of a principal part for explaining a known example of a semiconductor device using a barrier metal as a fuse. In the figure, 1 is a substrate, 2 is an insulating film, 3 is an etching stopper film, and 4 is an insulating film. Films 5, 5 are barrier metal films, 6 is a conductive plug made of Cu, 7 is a buried wiring made of Cu, and 8 is a barrier metal film. In addition, since the figure seen in the patent document 1 has abbreviate | omitted and has shown the structure which cannot be in an actual semiconductor device, it has added a little.

図示の半導体装置に於いては、絶縁膜４及び絶縁膜２をエッチングしてビアホールを形成し、次いで、絶縁膜４をエッチングして配線溝を形成し、次いで、ビアホール内及び配線溝内にバリアメタル膜５を形成し、次いで、ビアホール内及び配線溝内を埋めるＣｕ膜を形成し、次いで、表面を研磨してビアホール内に導電プラグ６を、また、配線溝内に配線７を形成し、次いで、全面にバリアメタル膜８を形成し、次いで、バリアメタル膜８をパターニングし、記号８Ａで指示した箇所をヒューズとするものである。 In the illustrated semiconductor device, the insulating film 4 and the insulating film 2 are etched to form a via hole, then the insulating film 4 is etched to form a wiring groove, and then a barrier is formed in the via hole and the wiring groove. A metal film 5 is formed, then a Cu film filling the via hole and the wiring groove is formed, then the surface is polished to form a conductive plug 6 in the via hole and a wiring 7 in the wiring groove, Next, a barrier metal film 8 is formed on the entire surface, and then the barrier metal film 8 is patterned, and the portion indicated by symbol 8A is used as a fuse.

ここで問題となるのは、図２４に見られる半導体装置を作製する場合、２回のバリアメタル膜形成工程が必要になることであり、大別すると、バリアメタル形成→配線形成→バリアメタル形成、の三つの工程を実施しなければならず、製造工程の複雑化は免れない。 The problem here is that when the semiconductor device shown in FIG. 24 is manufactured, two barrier metal film forming steps are required. Broadly speaking, barrier metal formation → wiring formation → barrier metal formation. These three steps must be carried out, and the manufacturing process cannot be complicated.

また、従来、レーザービーム照射に依って切断するヒューズが多用されてきたのであるが、ヒューズの微細化を更に進展させた場合、切断することが困難となり、従って、その微細化には限界がある。 Conventionally, fuses that are cut by laser beam irradiation have been widely used. However, if the fuse is further miniaturized, it becomes difficult to cut the fuse, and therefore there is a limit to the miniaturization. .

然しながら、面積縮小化や試験工程の短縮化は当該分野で回避できない命題であり、それに応える手段として、エレクトロマイグレーションに依って切断される電気ヒューズが開発されている（例えば、特許文献２、或いは、特許文献３を参照。）。 However, area reduction and shortening of the test process are propositions that cannot be avoided in the field, and as means for responding to this, an electric fuse that is cut by electromigration has been developed (for example, Patent Document 2 or (See Patent Document 3).

エレクトロマイグレーションに依って切断する電気ヒューズとして、特許文献２に見られる発明では、ポリサイドを材料とするものが知られているのであるが、その材料を採用したことに起因し、ヒューズを作製し得る層は最下層に限られてしまい、レイアウトの自由度が極めて低い旨の欠点がある。 As an electrical fuse to be cut by electromigration, in the invention shown in Patent Document 2, a material using polycide is known, but the fuse can be produced due to the adoption of the material. The layer is limited to the lowermost layer, and there is a disadvantage that the degree of freedom of layout is extremely low.

同じく、エレクトロマイグレーションに依って切断する電気ヒューズとして、特許文献３に見られる発明では、導電プラグや配線にタングステンを用い、それと同じ材料でヒューズを形成しているのであるが、この発明にＣｕを用いるデュアルダマシン法を応用して配線を形成するとした場合、当然、導電プラグ、配線、ヒューズの材料はＣｕとなるが、ヒューズをＣｕにしたのでは、切断した際、絶縁膜中にＣｕが拡散してしまうから実施は不可能である。
特開２００１−２８４３５２号公報米国特許第５９６９４０４号明細書特開２００２−４３４３２号公報 Similarly, in the invention found in Patent Document 3 as an electrical fuse that is cut by electromigration, tungsten is used for the conductive plug and wiring, and the fuse is formed of the same material as that. However, in this invention, Cu is used. When the wiring is formed by applying the dual damascene method used, naturally, the material of the conductive plug, wiring, and fuse is Cu. However, if the fuse is made of Cu, Cu diffuses in the insulating film when cut. This is impossible to implement.
JP 2001-284352 A US Pat. No. 5,969,404 JP 2002-43432 A

本発明では、Ｃｕの埋め込み配線構造に於けるバリアメタルで構成したヒューズを少ない工程で容易に作製できるように、また、埋め込み配線表面とヒューズ表面とが同一面にある構造を実現しようとする。 In the present invention, it is intended to realize a structure in which the surface of the embedded wiring and the surface of the fuse are on the same plane so that the fuse constituted by the barrier metal in the embedded wiring structure of Cu can be easily manufactured with few steps.

本発明に於いては、第１の金属と第２の金属とが順に積層されて絶縁膜中に埋め込まれた構造の一対のヒューズ電極を備え、第１の金属は両ヒューズ電極を隔てる絶縁膜上を越えて両ヒューズ電極を結ぶと共に表面がヒューズ電極周辺と略同一面を成し且つ該絶縁膜上に在る部分がヒューズ部を成すことが基本になっている。 In the present invention, a first metal and a second metal are sequentially stacked and provided with a pair of fuse electrodes embedded in an insulating film, and the first metal is an insulating film that separates both fuse electrodes. Basically, both fuse electrodes are connected over the top, the surface is substantially flush with the periphery of the fuse electrode, and the portion on the insulating film forms a fuse portion.

前記手段を採ることに依り、ヒューズの面積は、レーザー切断を用いるヒューズに比較して縮小することが可能であり、また、配線層に形成されるので、多結晶Ｓｉの電気ヒューズと異なり、レイアウトの自由度が大きく、そして、縦方向に積層形成することができる為、高い集積度を実現することができ、更にまた、特許文献１に見られるヒューズに比較して製造工程が簡単であり、そして、ヒューズを作製する際に近接効果を利用すれば、工程の増加は皆無である。 By adopting the above means, the area of the fuse can be reduced as compared with the fuse using laser cutting, and since it is formed in the wiring layer, the layout differs from the polycrystalline Si electric fuse. The degree of freedom is large, and since it can be laminated in the vertical direction, a high degree of integration can be realized, and the manufacturing process is simple compared to the fuse found in Patent Document 1, If the proximity effect is utilized when manufacturing the fuse, there is no increase in the number of processes.

図１は本発明の半導体装置に於ける基本構造を説明する為の要部切断側面図であり、図２４に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。 FIG. 1 is a cutaway side view of an essential part for explaining a basic structure in a semiconductor device of the present invention. The same symbols as those used in FIG. 24 represent the same parts or have the same meanings. To do.

図１に見られる半導体装置が図２４に見られる半導体装置と相違するところは、バリアメタル膜は記号５で表示した１層のみであり、そのバリアメタル膜５にヒューズ５Ａを形成してあるので、図２４に見られるバリアメタル膜８及びヒューズ８Ａは存在しない。ここで、バリアメタルとしては、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮを用いることができる。 The semiconductor device shown in FIG. 1 is different from the semiconductor device shown in FIG. 24 in that the barrier metal film is only one layer indicated by symbol 5 and the fuse 5A is formed in the barrier metal film 5. The barrier metal film 8 and the fuse 8A shown in FIG. 24 do not exist. Here, Ta, TaN, Ti, TiN, W, WN can be used as the barrier metal.

即ち、図１に見られる半導体装置では、１層のバリアメタル膜５が埋め込み配線７−７間の絶縁膜４を越えて延在し、その絶縁膜４上に位置するバリアメタル膜５をパターニングしてヒューズ５Ａを形成した構成になっている。 That is, in the semiconductor device shown in FIG. 1, one layer of barrier metal film 5 extends beyond the insulating film 4 between the embedded wirings 7-7, and the barrier metal film 5 located on the insulating film 4 is patterned. Thus, the fuse 5A is formed.

この構成が可能になった理由は、埋め込み配線７−７間の絶縁膜４の頂面がバリアメタル膜５の厚さを受容する分だけ他の部分の絶縁膜４に比較して低く形成されていることに依る。即ち、ビアホール及び配線溝を埋めるバリアメタル膜及びＣｕ膜を形成した後、ＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法を適用して研磨を行って図示の構成にするのであるが、図２４に見られる従来の半導体装置に於いて、バリアメタル膜８に対し、このような研磨を行った場合、ヒューズとなるべき部分は勿論のこと、他の部分も除去されてしまうので、図１に見られるような半導体装置は実現することができない。 The reason why this configuration is possible is that the top surface of the insulating film 4 between the embedded wirings 7-7 is formed lower than the insulating film 4 in other parts by the thickness of the barrier metal film 5. Depends on That is, after forming the barrier metal film and the Cu film filling the via hole and the wiring groove, the structure shown in FIG. 24 is obtained by polishing using a CMP (chemical mechanical polishing) method. In the semiconductor device, when such a polishing is performed on the barrier metal film 8, not only the portion to be a fuse but also other portions are removed, so that the semiconductor as shown in FIG. The device cannot be realized.

ところで、埋め込み配線７−７間に位置するヒューズ形成予定部分の絶縁膜４を少なくともバリアメタル膜５の厚さ分だけ他の部分の絶縁膜４に比較して低く（薄く）することは本発明にとって重要な事項であり、そして、それを実現する手段は幾つか存在するが、後に説明する実施例に見られるように、エッチャントを異にする複数の被膜を使い分ける方法、エッチングマスクとなるレジスト膜の一部を選択的に薄くしてマスク効果を低下させ、その下の絶縁膜のみエッチングされるようにする方法などがある。 By the way, the insulating film 4 in the part where the fuse is to be formed located between the embedded wirings 7-7 is made lower (thinner) than the insulating film 4 in other parts by at least the thickness of the barrier metal film 5. There are several means for realizing this, and there are several means for realizing it. As seen in the examples described later, a method of selectively using a plurality of coatings with different etchants, and a resist film serving as an etching mask For example, there is a method in which a part of the film is selectively thinned to reduce the mask effect so that only the insulating film underneath is etched.

エッチングマスクとなるレジスト膜の一部を選択的に薄くするには、近接効果を利用すとことが効果的であることから、公知の技術ではあるが、ここで、近接効果について概略を説明する。 In order to selectively thin a part of the resist film to be an etching mask, it is effective to use the proximity effect. Therefore, although it is a known technique, an outline of the proximity effect will be described here. .

図２及び図３は近接効果について説明する為の半導体装置及び露光装置の一部を表す要部説明図であり、図に於いて、９はレジスト膜、１０は露光マスク、１１は露光光をそれぞれ示している。 2 and 3 are main part explanatory views showing a part of the semiconductor device and the exposure apparatus for explaining the proximity effect, in which 9 is a resist film, 10 is an exposure mask, and 11 is exposure light. Each is shown.

図示のように、露光マスク１０を透過してきた光は強度分布をもつので、パターンの間隔が狭い場合、楕円で囲んだ部分に見られるように強度分布が重なる領域が生じ、その重なった領域に於ける光強度は足し算されるので、他の領域に比較して大きな値となる。この光強度がレジスト膜９の感光閾値を越えてしまうとパターンが形成されることとなり、従って、現像を行うと記号９Ａで示してあるように薄くすることができる。 As shown in the drawing, since the light transmitted through the exposure mask 10 has an intensity distribution, when the pattern interval is narrow, an area where the intensity distribution overlaps is generated as seen in the part surrounded by the ellipse, and the overlapping area is formed. Since the light intensity in the region is added, the value is larger than that in other regions. When this light intensity exceeds the photosensitive threshold value of the resist film 9, a pattern is formed. Therefore, when development is performed, the pattern can be thinned as indicated by symbol 9A.

この状態で、図３に見られるようにエッチングを行った場合、薄いレジスト膜９Ａの下地になっている絶縁膜４は、レジスト膜９が全く存在しない領域に比較し、量は少ないのであるがエッチングされるので、薄くすることができる。 When etching is performed in this state as shown in FIG. 3, the amount of the insulating film 4 which is the base of the thin resist film 9A is smaller than that of the region where the resist film 9 does not exist at all. Since it is etched, it can be thinned.

図４乃至図１２は実施例１を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。尚、実施例１は前記近接効果を利用しない方法である。 FIGS. 4 to 12 are side sectional views showing a main part of the semiconductor device at the main points for explaining the first embodiment. Hereinafter, description will be given with reference to these drawings. The first embodiment is a method that does not use the proximity effect.

図４参照
（１）
ＰＥ（ｐｌａｓｍａｅｎｈａｎｃｅｄ）−ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を適用することに依り、半導体素子が作り込まれた基板（図示せず）に積層された配線層１３の上にビア層間絶縁膜である厚さ５０ｎｍのＳｉＣからなる第１のエッチングストッパー膜１５、厚さ３００ｎｍのＳｉＯ₂からなる第１の絶縁膜１６を成膜する。尚、必須ではないが、この工程に於いて、配線層１３に於ける配線に起因する段差を平坦化する為、第１の絶縁膜１６の厚さを８００ｎｍ程度に成膜し、ＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法を適用して例えば５００ｎｍ程度を研磨・除去を行っても良い。 Refer to FIG. 4 (1)
A thickness which is a via interlayer insulating film on a wiring layer 13 stacked on a substrate (not shown) in which a semiconductor element is formed by applying a PE (plasma enhanced) -CVD (chemical vapor deposition) method. A first etching stopper film 15 made of SiC having a thickness of 50 nm and a first insulating film 16 made of SiO ₂ having a thickness of 300 nm are formed. Although not essential, in this step, in order to flatten the step caused by the wiring in the wiring layer 13, the thickness of the first insulating film 16 is formed to about 800 nm and CMP (chemical) is performed. For example, about 500 nm may be polished and removed by applying a mechanical polishing method.

（２）
引き続いて、ＰＥ−ＣＶＤ法を適用することに依り、第１の絶縁膜１６上に配線層間絶縁膜である厚さ３０ｎｍのＳｉＣからなる第２のエッチングストッパー膜１７、厚さ３００ｎｍのＳｉＯ₂からなる第２の絶縁膜１８、厚さ５０ｎｍのＳｉ₃Ｎ₄からなる反射防止膜１９を成膜する。 (2)
Subsequently, by applying a PE-CVD method, a second etching stopper film 17 made of SiC having a thickness of 30 nm, which is a wiring interlayer insulating film, is formed on the first insulating film 16 and SiO ₂ having a thickness of 300 nm. A second insulating film 18 and an antireflection film 19 made of Si ₃ N _{4 having} a thickness of 50 nm are formed.

図５参照
（３）
リソグラフィ技術に於けるレジストプロセスを適用することに依り、反射防止膜１９上にビアホールパターンの開口２０Ａをもつレジスト膜２０を形成する。 Refer to FIG. 5 (3)
By applying a resist process in lithography technology, a resist film 20 having an opening 20A of a via hole pattern is formed on the antireflection film 19.

（４）レジスト膜２０をマスクとして、反射防止膜１９、第２の絶縁膜１８、第２のエッチングストッパー膜１７、第１の絶縁膜１６のエッチングを行ってビアホール１５Ａを形成する。この際のエッチング法としてはドライエッチング法を適用し、又、エッチングガスとしてはＳｉ₃Ｎ₄に対してはＣＦ₄＋Ａｒを、ＳｉＯ₂及びＳｉＣに対してはＣ₄Ｆ₆＋Ａｒ＋Ｏ₂を用いて良い。 (4) Using the resist film 20 as a mask, the antireflection film 19, the second insulating film 18, the second etching stopper film 17, and the first insulating film 16 are etched to form a via hole 15A. As an etching method at this time, a dry etching method is applied, and as an etching gas, CF ₄ + Ar is used for Si ₃ N ₄ and C ₄ F ₆ + Ar + O ₂ is used for SiO ₂ and SiC. good.

図６参照
（５）エッチングガスをＯ₂＋ＣＦ₄とするプラズマアッシング法を適用することに依り、レジスト膜２０を除去し、その後、新たに浅いトレンチを形成する為の開口２１Ａをもつレジスト膜２１を形成する。 (5) By applying a plasma ashing method using an etching gas of O ₂ + CF ₄ , the resist film 20 is removed, and then a resist film 21 having an opening 21A for forming a new shallow trench. Form.

（６）
エッチングガスをＣＦ₄＋Ａｒとするドライエッチング法を適用することに依り、レジスト膜２１をマスクとして反射防止膜１９のエッチングを行い、浅いトレンチのパターンをもつ開口１９Ａを形成する。尚、開口１９Ａのパターンを用いて、第２の絶縁膜１８に形成される浅いトレンチの深さは、後に形成するバリアメタル膜２２（図１１参照）の厚さ如何に依って調整する必要があり、バリアメタル膜２２が厚い場合には、第２の絶縁膜１８に形成する浅いトレンチは深く形成しなければならず、その為には、反射防止膜１９に開口１９Ａを形成する際、下地の第２の絶縁膜１８の一部に食い込むようにエッチングを行うことも必要になる。 (6)
By applying a dry etching method using an etching gas of CF ₄ + Ar, the antireflection film 19 is etched using the resist film 21 as a mask to form an opening 19A having a shallow trench pattern. The depth of the shallow trench formed in the second insulating film 18 using the pattern of the opening 19A needs to be adjusted depending on the thickness of the barrier metal film 22 (see FIG. 11) to be formed later. If the barrier metal film 22 is thick, the shallow trench formed in the second insulating film 18 must be formed deeply. For this purpose, when forming the opening 19A in the antireflection film 19, It is also necessary to perform etching so as to bite into a part of the second insulating film 18.

図７参照
（７）
ガスをＯ₂とするプラズマアッシング法を適用することに依り、レジスト膜２１を除去する。この工程を経ることで、開口１９Ａが形成された反射防止膜１９が表出され、又、再度、ビアホール１５Ａが現れる。 See FIG. 7 (7)
The resist film 21 is removed by applying a plasma ashing method using O ₂ as a gas. Through this process, the antireflection film 19 having the opening 19A is exposed, and the via hole 15A appears again.

（８）
ビアホール１５Ａ内に樹脂２７を埋め込み、エッチングガスをＯ₂とするプラズマエッチング法を適用することに依り、樹脂２７を所要高さ、例えば、配線層間絶縁膜である第２の絶縁膜１８とビア層間絶縁膜である第１の絶縁膜１６との境界、即ち、第２のエッチングストッパー膜１７の近傍までエッチバックする。尚、樹脂２７としてはノボラック樹脂を用いて良い。 (8)
By applying a plasma etching method in which a resin 27 is embedded in the via hole 15A and an etching gas is O ₂ , the resin 27 is provided at a required height, for example, the second insulating film 18 which is a wiring interlayer insulating film and the via interlayer. Etching back is performed to the boundary with the first insulating film 16 that is an insulating film, that is, to the vicinity of the second etching stopper film 17. As the resin 27, a novolac resin may be used.

図８参照
（９）
リソグラフィ技術に於けるレジストプロセスを適用することに依り、配線パターンの開口２６Ａをもつレジスト膜２６を形成する。 See FIG. 8 (9)
By applying a resist process in lithography technology, a resist film 26 having an opening 26A of a wiring pattern is formed.

図９参照
（１０）
エッチングガスをＣＦ₄＋Ａｒとするドライエッチング法を適用することに依り、レジスト膜２６をマスクとして反射防止膜１９並びに第２の絶縁膜１８のエッチングを行い、配線溝１７Ａを形成する。 Refer to FIG. 9 (10)
By applying a dry etching method using an etching gas of CF ₄ + Ar, the antireflection film 19 and the second insulating film 18 are etched using the resist film 26 as a mask to form a wiring groove 17A.

図１０参照
（１１）
エッチングガスをＣＦ₄＋Ｏ₂とするプラズマエッチング法を適用することに依り、レジスト膜２６及びビアホール１５Ａ内の樹脂２７を除去し、引き続き、ビアホール１５Ａ内の第１のエッチングストッパー膜１５、レジスト膜２６を除去することで現れた反射防止膜１９、配線溝１７Ａ内の第２のエッチングストッパー膜１７を除去する。尚、レジスト膜２６が除去されて表出される第２の絶縁膜１８のうち、浅いトレンチに対応する領域は他の領域に比較して薄くなっていて、これを記号１８Ａで指示してある。 Refer to FIG. 10 (11)
By applying a plasma etching method in which the etching gas is CF ₄ + O ₂ , the resist film 26 and the resin 27 in the via hole 15A are removed, and then the first etching stopper film 15 and the resist film 26 in the via hole 15A are removed. The antireflection film 19 that appears by removing the second etching stopper film 17 in the wiring groove 17A is removed. Of the second insulating film 18 exposed by removing the resist film 26, the region corresponding to the shallow trench is thinner than the other regions, and this is indicated by the symbol 18A.

図１１参照
（１２）
スパッタリング法を適用することに依り、厚さが２５ｎｍのＴａからなるバリアメタル膜２２及び厚さ１００ｎｍのシードＣｕ膜を形成する。尚、シードＣｕ膜は、次の工程で成膜するＣｕ膜と一体化される為、図示されていない。 Refer to FIG. 11 (12)
By applying the sputtering method, a barrier metal film 22 made of Ta having a thickness of 25 nm and a seed Cu film having a thickness of 100 nm are formed. The seed Cu film is not shown because it is integrated with the Cu film to be formed in the next step.

（１３）
電解めっき法を適用することに依り、シードＣｕ膜上にＣｕ膜を形成する。尚、ビアホール１５Ａ内に埋め込まれたＣｕ膜は、そのまま導電プラグとして作用可能であるから、これを２４Ａで指示してある。また、この実施例では、導電プラグや配線にＣｕを用いるが、Ａｌに代替しても良い。 (13)
A Cu film is formed on the seed Cu film by applying an electroplating method. The Cu film embedded in the via hole 15A can act as a conductive plug as it is, and this is indicated by 24A. In this embodiment, Cu is used for the conductive plug and wiring, but Al may be substituted.

図１２参照
（１４）
ＣＭＰ法を適用することに依り、Ｃｕ膜及びバリアメタル膜２２の研磨を行って、第２の絶縁膜１８を表出させる。この工程を経ることで、第２の絶縁膜１８上のバリアメタル膜２２は除去されてしまうが、浅いトレンチの部分、即ち、薄い第２の絶縁膜１８Ａ上に在るバリアメタル膜２２は残ってヒューズ２２Ａを成し、また、配線溝１７Ａ内のＣｕ膜が配線２４を構成する。尚、ヒューズ２２Ａは、必要とされる形状、例えば細線状にパターニングされても良い。 See FIG. 12 (14)
By applying the CMP method, the Cu film and the barrier metal film 22 are polished to expose the second insulating film 18. Through this process, the barrier metal film 22 on the second insulating film 18 is removed, but the shallow trench portion, that is, the barrier metal film 22 on the thin second insulating film 18A remains. Thus, the fuse 22A is formed, and the Cu film in the wiring groove 17A constitutes the wiring 24. Note that the fuse 22A may be patterned into a required shape, for example, a thin line shape.

図１３乃至図２０は実施例２を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。尚、実施例２は前記説明した近接効果を利用する方法を採っている。 FIGS. 13 to 20 are sectional side views showing the main part of the semiconductor device in the main points of the process for explaining the second embodiment, and will be described below with reference to these drawings. The second embodiment employs a method that utilizes the proximity effect described above.

図１３参照
（１）
ＰＥ−ＣＶＤ法を適用することに依り、半導体素子が作り込まれた基板に積層された配線層の上にビア層間絶縁膜である厚さ５０ｎｍのＳｉＣからなる第１のエッチングストッパー膜１５、厚さ３００ｎｍのＳｉＯ₂からなる第１の絶縁膜１６を成膜する。尚、必須ではないが、この工程に於いて、配線層１３に於ける配線に起因する段差を平坦化する為、第１の絶縁膜１６の成膜厚さを８００ｎｍ程度とし、ＣＭＰ法を適用して例えば５００ｎｍ程度を研磨・除去を行っても良い。 See FIG. 13 (1)
By applying the PE-CVD method, a first etching stopper film 15 made of SiC having a thickness of 50 nm as a via interlayer insulating film is formed on a wiring layer stacked on a substrate on which a semiconductor element is formed, A first insulating film 16 made of 300 nm thick SiO ₂ is formed. Although not essential, in this step, in order to flatten the level difference caused by the wiring in the wiring layer 13, the thickness of the first insulating film 16 is set to about 800 nm and the CMP method is applied. Then, for example, about 500 nm may be polished and removed.

図１４参照
（３）
リソグラフィ技術に於けるレジストプロセスを適用することに依り、反射防止膜１９上にビアホールパターンの開口２０Ａをもつレジスト膜２０を形成する。 See FIG. 14 (3)
By applying a resist process in lithography technology, a resist film 20 having an opening 20A of a via hole pattern is formed on the antireflection film 19.

（４）レジスト膜２０をマスクとして、反射防止膜１９、第２の絶縁膜１８、第２のエッチングストッパー膜１７、第１の絶縁膜１６のエッチングを行ってビアホール１５Ａを形成する。この際のエッチング法としてはドライエッチング法を適用し、又、エッチングガスとしてはＳｉ₃Ｎ₄に対しＣＦ₄＋Ａｒを、ＳｉＯ₂並びにＳｉＣに対しＣ₄Ｆ₆＋Ａｒ＋Ｏ₂をそれぞれ用いて良い。 (4) Using the resist film 20 as a mask, the antireflection film 19, the second insulating film 18, the second etching stopper film 17, and the first insulating film 16 are etched to form a via hole 15A. As an etching method at this time, a dry etching method may be applied, and as an etching gas, CF ₄ + Ar may be used for Si ₃ N _{4 and} C ₄ F ₆ + Ar + O ₂ may be used for SiO _{2 and} SiC.

図１５参照（５）
エッチングガスをＯ₂＋ＣＦ₄とするプラズマアッシング法を適用することに依り、レジスト膜２０を除去する。 See Fig. 15 (5)
The resist film 20 is removed by applying a plasma ashing method using an etching gas of O ₂ + CF ₄ .

（６）
ビアホール１５Ａ内に樹脂２７を埋め込み、エッチングガスをＯ₂とするプラズマエッチング法を適用することに依り、樹脂２７を所要高さ、例えば、配線層間絶縁膜である第２の絶縁膜１８とビア層間絶縁膜である第１の絶縁膜１６との境界、即ち、第２のエッチングストッパー膜１７の近傍までエッチバックする。尚、樹脂２７としてはノボラック樹脂を用いて良い。 (6)
By applying a plasma etching method in which a resin 27 is embedded in the via hole 15A and an etching gas is O ₂ , the resin 27 is provided at a required height, for example, the second insulating film 18 which is a wiring interlayer insulating film and the via interlayer. Etching back is performed to the boundary with the first insulating film 16 that is an insulating film, that is, to the vicinity of the second etching stopper film 17. As the resin 27, a novolac resin may be used.

図１６参照
（７）
レジストプロセスを適用することに依り、配線溝を形成する為の開口２８Ａをもつレジスト膜２８を形成する。 Refer to FIG. 16 (7)
By applying a resist process, a resist film 28 having an opening 28A for forming a wiring trench is formed.

（８）
配線溝パターンを形成する為、レジスト膜２８の露光及び現像を行うのであるが、露光の際、配線溝−配線溝の間隔を狭めた箇所で近接効果を生成させてレジスト膜２８の一部露光を行って現像すると、記号２８Ｂで指示してあるように、他の部分に比較して薄いレジスト膜が形成される。 (8)
In order to form a wiring groove pattern, the resist film 28 is exposed and developed. At the time of exposure, a proximity effect is generated at a position where the distance between the wiring groove and the wiring groove is narrowed to partially expose the resist film 28. When the development is performed, a thin resist film is formed as compared with other portions as indicated by symbol 28B.

図１７参照（９）
レジスト膜２８をマスクとして反射防止膜１９、第２の絶縁膜１８のエッチングを行って配線溝１７Ａを形成するのであるが、薄いレジスト膜２８Ｂは、エッチング中に失われてしまうので、その下地になっている第２の絶縁膜１８もエッチングされるので薄くなってしまう。図１７では、この薄くなった第２の絶縁膜を記号１８Ａで示してある。 See Fig. 17 (9)
The antireflection film 19 and the second insulating film 18 are etched by using the resist film 28 as a mask to form the wiring groove 17A. However, the thin resist film 28B is lost during the etching, so Since the second insulating film 18 is also etched, it becomes thin. In FIG. 17, the thinned second insulating film is indicated by symbol 18A.

図１８参照
（１０）
Ｏ₂＋ＣＦ₄を反応ガスとするプラズマエッチング法を適用し、レジスト膜２８及びビアホール１５Ａ内の樹脂２７を除去し、次いで、配線溝１７Ａの底に表出された第２のエッチングストッパー膜１７及びビアホール１５Ａの底に表出された第１のエッチングストッパー膜１５のエッチングを行って配線溝１７Ａの底には第１の絶縁膜１６の一部が、そして、ビアホール１５Ａの底には下層配線の一部がそれぞれ表出される。 See FIG. 18 (10)
A plasma etching method using O ₂ + CF ₄ as a reaction gas is applied to remove the resist film 28 and the resin 27 in the via hole 15A, and then the second etching stopper film 17 exposed on the bottom of the wiring groove 17A and The first etching stopper film 15 exposed at the bottom of the via hole 15A is etched so that a part of the first insulating film 16 is formed at the bottom of the wiring groove 17A, and the lower layer wiring is formed at the bottom of the via hole 15A. Some are expressed.

図１９参照
（１１）
スパッタリング装置を用い、全面に厚さ２５ｎｍのＴａからなるバリアメタル膜２２及び厚さ１００ｎｍのシードＣｕ膜を形成する。尚、シードＣｕ膜は、その上に形成されるＣｕ膜と一体化されてしまうものであるから、特に記号を付与して表示することはしていない。また、バリアメタル膜２２を成膜する前に同一真空中（ｉｎ−ｓｉｔｕ）でＡｒスパッタリングやＨ₂プラズマ、及び、Ｈ₂アニールで前処理を行っても良い。 See FIG. 19 (11)
Using a sputtering apparatus, a barrier metal film 22 made of Ta having a thickness of 25 nm and a seed Cu film having a thickness of 100 nm are formed on the entire surface. Since the seed Cu film is integrated with the Cu film formed on the seed Cu film, the seed Cu film is not particularly given a symbol. In addition, before the barrier metal film 22 is formed, pretreatment may be performed in the same vacuum (in-situ) by Ar sputtering, H ₂ plasma, and H ₂ annealing.

（１２）
電界めっき法を適用することに依り、シードＣｕ膜上に厚いＣｕ膜を形成する。Ｃｕ膜はビアホール１５Ａ内並びに配線溝１７Ａを充分に埋めて表面に展延する程度の厚さにする。尚、ビアホール１５Ａを埋めたＣｕ膜は、そのまま導電プラグとして作用可能であるから、これを記号２４Ａで指示してある。 (12)
A thick Cu film is formed on the seed Cu film by applying the electroplating method. The Cu film is made thick enough to fill the via hole 15A and the wiring groove 17A and extend to the surface. Since the Cu film filling the via hole 15A can act as a conductive plug as it is, this is indicated by the symbol 24A.

図２０参照
（１３）
ＣＭＰ法を適用することに依り、不要なＣｕ膜及びバリアメタル膜２２の研磨除去を行って、第２の絶縁膜１８を表出させる。この工程を経ることで、第２の絶縁膜１８上のバリアメタル膜２２は除去されてしまうが、浅いトレンチの部分、即ち、薄い第２の絶縁膜１８Ａ上に在るバリアメタル膜２２は残ってヒューズ２２Ａを成し、また、配線溝１７Ａ内のＣｕ膜が配線２４を構成する。尚、ヒューズ２２Ａは、必要とされる形状、例えば細線状にパターニングされても良い。 See FIG. 20 (13)
By applying the CMP method, unnecessary Cu film and barrier metal film 22 are polished and removed, and the second insulating film 18 is exposed. Through this process, the barrier metal film 22 on the second insulating film 18 is removed, but the shallow trench portion, that is, the barrier metal film 22 on the thin second insulating film 18A remains. Thus, the fuse 22A is formed, and the Cu film in the wiring groove 17A constitutes the wiring 24. Note that the fuse 22A may be patterned into a required shape, for example, a thin line shape.

図２１乃至図２３は実施例３を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。尚、実施例３は実施例２で説明した近接効果をビアホールの形成段階で利用する方法である。 FIG. 21 to FIG. 23 are cutaway side views showing a main part of a semiconductor device at a process point for explaining the third embodiment, and will be described below with reference to these drawings. The third embodiment is a method in which the proximity effect described in the second embodiment is used at the via hole formation stage.

図２１参照
（１）
基板上に第１のエッチングストッパー膜１５を形成してから反射防止膜１９を形成するまでの工程は実施例２と同じであるから説明を省略して次の段階から説明する。
先ず、リソグラフィ技術に於けるレジストプロセスを適用することに依り、ビアホール形成予定部分に開口２６Ａをもつレジスト膜２６を形成する。尚、この場合、形成すべきビアホールは、レジスト膜２６にパターンを露光する際に近接効果が生ずる程度に近接した位置に形成するものとする。 Refer to FIG. 21 (1)
The processes from the formation of the first etching stopper film 15 on the substrate to the formation of the antireflection film 19 are the same as those in the second embodiment, and therefore the description thereof will be omitted and the description will be made from the next stage.
First, by applying a resist process in lithography technology, a resist film 26 having an opening 26A is formed at a via hole formation scheduled portion. In this case, the via hole to be formed is formed at a position close enough to produce a proximity effect when the resist film 26 is exposed to a pattern.

（２）
ビアホールを形成する為、レジスト膜２６の露光及び現像を行うのであるが、ビアホール形成予定領域に対応する開口は前記したように近接している為、開口−開口間に在るレジスト膜は、記号２６Ｂで指示してあるように、他の部分に比較して薄く形成される。 (2)
In order to form a via hole, the resist film 26 is exposed and developed, but the opening corresponding to the via hole formation scheduled region is close as described above. As indicated by 26B, it is thinner than the other parts.

図２２参照
（３）
レジスト膜２６をマスクとして反射防止膜１９、第２の絶縁膜１８、第２のエッチングストッパー膜１７、第１の絶縁膜１６のエッチングを行ってビアホール１６Ａを形成するのであるが、薄いレジスト膜２６は、エッチング中に失われてしまうので、その下地になっている第２の絶縁膜１８もエッチングされ、破線で表したように薄くなってしまう。図２２では、薄くなった第２の絶縁膜を記号１８Ａで示してある。 See FIG. 22 (3)
The via hole 16A is formed by etching the antireflection film 19, the second insulating film 18, the second etching stopper film 17, and the first insulating film 16 using the resist film 26 as a mask. Is lost during the etching, the second insulating film 18 that is the underlying layer is also etched and thinned as indicated by the broken line. In FIG. 22, the thinned second insulating film is indicated by symbol 18A.

図２３参照
（４）
ビアホール１６Ａ内に例えばノボラックからなる樹脂を埋め込み、Ｏ₂プラズマを用いて樹脂を所要高さ、例えば第１の絶縁膜１６と略同一面になる程度までエッチバックを行う（図示せず）。 See FIG. 23 (4)
A resin made of, for example, novolak is embedded in the via hole 16A, and etch back is performed to a required height, for example, approximately flush with the first insulating film 16 using O ₂ plasma (not shown).

（５）
リソグラフィ技術に於けるレジストプロセスを適用することに依り、配線溝パターンをもつレジスト膜（図示せず）を形成する。 (5)
By applying a resist process in the lithography technique, a resist film (not shown) having a wiring groove pattern is formed.

（６）
前記工程（５）で形成したレジスト膜をマスクとして、反射防止膜１９、第２の絶縁膜１８のエッチングを行って配線溝を形成する。 (6)
Using the resist film formed in the step (5) as a mask, the antireflection film 19 and the second insulating film 18 are etched to form wiring grooves.

（７）
Ｏ₂＋ＣＦ₄を反応ガスとするプラズマエッチング法を適用し、レジスト膜及びビアホール１６Ａ内のノボラック樹脂を除去する。 (7)
A plasma etching method using O ₂ + CF ₄ as a reaction gas is applied to remove the resist film and the novolak resin in the via hole 16A.

（８）
配線溝の底に表出されている第２のエッチングストッパー膜１７及びビアホールの底に表出された第１のエッチングストッパー膜１５のエッチングを行って、配線溝の底には第１の絶縁膜１６の一部を、そして、ビアホールの底には下層配線２５の一部をそれぞれ表出させる。 (8)
The second etching stopper film 17 exposed at the bottom of the wiring groove and the first etching stopper film 15 exposed at the bottom of the via hole are etched, and the first insulating film is formed at the bottom of the wiring groove. A part of 16 and a part of the lower layer wiring 25 are exposed at the bottom of the via hole.

（９）
スパッタリング装置を用い、全面に厚さ２５ｎｍのＴａからなるバリアメタル膜２２及び厚さ１００ｎｍのシードＣｕ膜を形成する。尚、シードＣｕ膜は、その上に形成されるＣｕ膜と一体化されてしまうものであるから、特に記号を付与して表示することはしていない。また、バリアメタル膜２２を成膜する前にｉｎ−ｓｉｔｕでＡｒスパッタリングやＨ₂プラズマ、及び、Ｈ₂アニールで前処理を行っても良い。 (9)
Using a sputtering apparatus, a barrier metal film 22 made of Ta having a thickness of 25 nm and a seed Cu film having a thickness of 100 nm are formed on the entire surface. Since the seed Cu film is integrated with the Cu film formed on the seed Cu film, the seed Cu film is not particularly given a symbol. Further, before the barrier metal film 22 is formed, pretreatment may be performed in-situ by Ar sputtering, H ₂ plasma, and H ₂ annealing.

（１０）
電界めっき法を適用することに依り、シードＣｕ膜上にＣｕ膜を形成する。そのＣｕ膜はビアホール内及び配線溝を充分に埋めて表面に展延する程度の厚さにする。 (10)
A Cu film is formed on the seed Cu film by applying the electroplating method. The Cu film is thick enough to fill the via hole and the wiring groove and extend to the surface.

（１１）
ＣＭＰ法を適用することに依り、不要なＣｕ膜及びバリアメタル膜２２の研磨除去を行う。この場合の研磨は、薄い第２の絶縁膜１８Ａ上に在るバリアメタル膜２２が表出される程度に実施する。この工程を経ることで、導電プラグ２３及び埋め込み配線２４が形成される。 (11)
By applying the CMP method, unnecessary Cu film and barrier metal film 22 are polished and removed. Polishing in this case is performed to such an extent that the barrier metal film 22 on the thin second insulating film 18A is exposed. Through this process, the conductive plug 23 and the embedded wiring 24 are formed.

（１２）
薄い第２の絶縁膜１８Ａ上に在るバリアメタル膜２２を所要の形状、例えば細線状にパターニングしてヒューズ２２Ａを形成する。 (12)
The barrier metal film 22 on the thin second insulating film 18A is patterned into a required shape, for example, a thin line shape, to form the fuse 22A.

本発明の半導体装置に於ける基本構造を説明する為の要部切断側面図である。It is a principal part cutting side view for demonstrating the basic structure in the semiconductor device of this invention. 近接効果について説明するための半導体装置及び露光装置の一部を表す要部説明図である。It is principal part explanatory drawing showing a part of semiconductor device and exposure apparatus for demonstrating a proximity effect. 近接効果について説明するための半導体装置及び露光装置の一部を表す要部説明図である。It is principal part explanatory drawing showing a part of semiconductor device and exposure apparatus for demonstrating a proximity effect. 実施例１を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 3 is a cutaway side view of a main part showing a semiconductor device in a process key point for explaining Example 1; 実施例１を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 3 is a cutaway side view of a main part showing a semiconductor device in a process key point for explaining Example 1; 実施例１を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 3 is a cutaway side view of a main part showing a semiconductor device in a process key point for explaining Example 1; 実施例１を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 3 is a cutaway side view of a main part showing a semiconductor device in a process key point for explaining Example 1; 実施例１を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 3 is a cutaway side view of a main part showing a semiconductor device in a process key point for explaining Example 1; 実施例１を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 3 is a cutaway side view of a main part showing a semiconductor device in a process key point for explaining Example 1; 実施例１を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 3 is a cutaway side view of a main part showing a semiconductor device in a process key point for explaining Example 1; 実施例１を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 3 is a cutaway side view of a main part showing a semiconductor device in a process key point for explaining Example 1; 実施例１を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 3 is a cutaway side view of a main part showing a semiconductor device in a process key point for explaining Example 1; 実施例２を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 6 is a cutaway side view showing a main part of a semiconductor device in a process key point for explaining Example 2; 実施例２を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 6 is a cutaway side view showing a main part of a semiconductor device in a process key point for explaining Example 2; 実施例２を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 6 is a cutaway side view showing a main part of a semiconductor device in a process key point for explaining Example 2; 実施例２を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 6 is a cutaway side view showing a main part of a semiconductor device in a process key point for explaining Example 2; 実施例２を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 6 is a cutaway side view showing a main part of a semiconductor device in a process key point for explaining Example 2; 実施例２を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 6 is a cutaway side view showing a main part of a semiconductor device in a process key point for explaining Example 2; 実施例２を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 6 is a cutaway side view showing a main part of a semiconductor device in a process key point for explaining Example 2; 実施例２を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 6 is a cutaway side view showing a main part of a semiconductor device in a process key point for explaining Example 2; 実施例３を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 10 is a cutaway side view showing a main part of a semiconductor device in a process key point for explaining Example 3; 実施例３を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 10 is a cutaway side view showing a main part of a semiconductor device in a process key point for explaining Example 3; 実施例３を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 10 is a cutaway side view showing a main part of a semiconductor device in a process key point for explaining Example 3; バリアメタルをヒューズとして用いる半導体装置の公知例を説明する為の要部切断側面図である。It is a principal part cutting side view for demonstrating the well-known example of the semiconductor device which uses a barrier metal as a fuse.

Explanation of symbols

１基板
２絶縁膜
３エッチングストッパー膜
４絶縁膜
５バリアメタル膜
５Ａヒューズ
６導電プラグ
７埋め込み配線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Insulating film 3 Etching stopper film 4 Insulating film 5 Barrier metal film 5A Fuse 6 Conductive plug 7 Embedded wiring

Claims

A pair of fuse electrodes having a structure in which a first metal and a second metal are sequentially laminated and embedded in an insulating film;
The first metal crosses over the insulating film separating the two fuse electrodes to connect the two fuse electrodes, and the surface is substantially flush with the fuse electrode and its periphery, and the portion on the insulating film forms the fuse portion. A semiconductor device.

2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first metal is selected from Ta, TaN, Ti, TiN, W, and WN, and the second metal is Cu or Al.

Forming a second groove in the insulating film that is continuous with the first groove and the first groove and is shallower than the first groove;
Stacking and forming a first metal and a second metal in the first groove and the second groove;
And a step of polishing the second metal and the first metal to expose the first metal present in the second groove.

When forming an insulating film having a thickness lower than that of the fuse electrode and its surroundings by the thickness of the barrier metal, a pair of openings for embedding the fuse electrode are set at positions close enough to generate a proximity effect in lithography. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3.