JP2766912B2 - 集積回路装置の製造方法 - Google Patents

集積回路装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、レーザー照射により切断するに適した導電
パスを有する集積回路装置とその製造方法に関する。
(従来技術) 集積回路装置の製造において、導電パスあるいは導電
リンクは、1つまたは複数の導電層の形で一般的に提供
され、この導電層は、マスクの存在下でエッチングによ
りパターン化され、形成される。多くの例に於いて、集
積回路装置の機能に関して冗長性を与える為に、例え
ば、集積回路装置の構造上で実行されるテストの結果に
依存して切断されたり、溶融されたりするリンクを具備
するのが好ましい。この点に関し、CMOS装置(米国特許
第4590388号を参照のこと)については特に、導電パス
は、レーザー照射(レーザープログラミング)または、
このパスを通過する適当な電流パルスにより切断され
る。一般的に、導電パスは、大きな断面積を有するの
で、切断するには、大きなエネルギが必要である。更に
大きなエネルギが、導電パスが誘電体層にカバーされて
いるときには、必要であるが、一方、そのような層が存
在しない場合は、「スプラッシュ(splash)(はね)」
に起因する集積回路装置の損傷のおそれがある。このス
プラッシュとは、リンク材料が除去され、それが集積回
路装置表面に再度堆積することをいう。更に、誘電体が
平面化エッチングをうけると、誘電体の厚さは、集積回
路素子チップにわたり変化し、リンクを切断するに必要
なエネルギ量が、旨く決定できない。レーザープログラ
ミングするために、レーザーエネルギ量が多すぎたり、
少なすぎたりする結果、集積回路装置の損傷または、導
電パスの不完全な切断につながる。
このような観点から、レーザー照射または電流パルス
により容易に切断される導電パス部位を提供することが
望ましい。
(発明の概要) 本発明の集積回路のレーザープログラマブルまたは電
流プログラマブル・リンクは、幅は同一で、厚さを局部
的に減少することにより、導電パスの断面積を局部的に
減少させる。
本発明の集積回路の製造方法は、誘電体上に導電材料
層を堆積するステップ、厚さを減少させた1個または数
箇所の領域の形成のために、局部的エッチングをするス
テップ、導電パスパターンエッチングをするステップを
含む。この局部的エッチングは、十分な層厚を確保する
ために、時間で管理するか、あるいは、好ましくは、以
下のような、2段階プロセスが、堆積とパターニングの
ために、使用される。導電材料の第1導電層は、誘電体
表面に堆積され、この層の厚さは、意図した(最終の)
導電パスの厚さ以下である。この堆積層は、局部的にエ
ッチングされ、凹部を形成し、この凹部は、下層の誘電
体を露出させる穴あるいはウィンドウの形状である。か
くして、この誘電体は、エッチストップ層として機能す
る。その後、導電材料の第2導電層が堆積され、所望の
導電パスを形成するよう、エッチングされる。この場
合、第1導電層がエッチングされた場所では、パスの厚
さは第2導電層の厚さにより規定され、他の場所では、
パスの厚さは第1導電層と第2導電層の厚さの合計で規
定される。
(実施例の説明) 第1図に、集積回路装置チップ上の誘電体10が示され
ている。誘電体10は、導電層から半導体基板を分離する
ため、および、導電層同士を分離するために、複数の分
離した堆積層を有している。誘電体層は、CVD法で堆積
され、シリカ・ベースのガラス(例:ホウ珪酸塩ガラ
ス、ホウ素リン珪酸塩ガラス(borophosphosilicat
e))から形成されている。第1図によれば、導電層11
は、部位111でプログラミング用にエッチングされてい
る。(標準的には、ポジ型の活性光リソグラフ処理がこ
のために使用される。)好ましくは、エッチングは、導
電層11の全体の厚さにわたって行われ、誘電体材料10
は、この点に関して、エッチストップ層として機能す
る。これにより、エッチング時間のタイミングの必要性
が除かれる。一般的に、導電層11は、例えば、アルミ、
タングステン(これは有望な代替材料である)のような
材料である。アルミの場合は、低温CVDが堆積のために
使用され、タングステンの場合は、スパッタリングが通
常使用される。
第1,2図によれば、更に、導電層12が堆積され、この
導電層12は、導電層11と同一の材料から構成される。導
電材料としてアルミが用いられている場合は、バック−
スパッタリングプロセスが導電層12の堆積に先行して行
われるのが好ましい。このステップは、例えば、表面酸
化物層を除去するために用いられ、これにより、導電層
12の材料の付着を強める。
第3図によれば、導電層11,12の組合わせは、部位111
で減少した厚さを有する導電パスまたはリンク構造を形
成するのに、パターン化される。
第1,2図の導電層11,12は、同一の半導体材料で形成さ
れるのが一般的であるが、異なる材料の使用を排除する
ものではない。例えば、導電層11には、アルミが、導電
層12には、ポリシリコンが使用されてもよい。
CMOSの例では、導電パスは、アルミ「ランナー」の形
をとる。この例では、ランナーが、約1.25マイクロメー
ターの幅があるとすると、ランナーの厚さは、約1.0マ
イクロメーターである。プログラマブル位置での減少厚
さは、約0.35マイクロメーターである。この実施例の好
ましい処理は、まず、アルミ製の約0.65マイクロメータ
ー厚の層を堆積し、その後、部位111をエッチングした
後、アルミ製の約0.35マイクロメーター厚の追加層を堆
積する。
より一般的には、プログラマブル・リンクの厚さは、
プログラミングのしやすさ、集積回路装置動作の電流密
度、エレクトロマイグレーションの観点から選択され
る。実際には、プログラマブル・リンクの厚さから得ら
れる利点を実現する観点から、この厚さ(部位111にお
ける)は、導電パスの他の場所の厚さの2/3を越えな
い。
以下の特徴が本発明の装置と方法の利点に加えられ
る。
導電パスのパターンの形成後に、保護層が構造全体に
堆積されてもよい(例えば、二酸化シリコンあるいはチ
ッ化シリコンのような誘電体の形で)。十分薄い場合
は、そのような保護層は、レーザープログラミングとは
干渉せず、残留導電材料の不本意な再堆積、または、プ
ログラミングの間のくずに起因する有害な影響に対し
て、集積回路装置表面の保護を提供する。この場合、プ
ログラミングの前に、光リソグラフィのステップとエッ
チングのステップが、集積回路装置のボンドパッドを剥
がすために行われる。その後、プログラミングの後、
「キャップ」保護層が堆積され、ボンドパッドの除去が
行われる。これは、同一の光リソグラフィ・マスクの再
使用により行われる。
エッチングされたウィンドウは、テーパーのついたエ
ッジを有する(第1図)。これにより、ウィンドウ・エ
ッチング後、堆積された第2導電層の連続性(ステップ
カバレッジ)が可能になる。この点に関しては、Cl2とC
HF3のプラズマ中のドライエッチングが好ましい。
導電層11中にエッチングされたウィンドウは、最終ラ
ンナーより幅が広い。これにより、ウィンドウエッチパ
ターンに比較してランナーエッチングに使用されるマス
クパターンの不整合のマージンがとれる。ランナーの幅
は、第2エッチングステップで形成されたままで、厚さ
が減少した領域は、ランナーと自己整合する。ウィンド
ウが広くなり大きくなることは、ウィンドウエッチング
の容易さと均一性の観点から好ましい。
ウィンドウエッチングが、エッチされた表面の残留エ
ッチ物の堆積(側壁ビルトアップ)になるので、クリー
ニングステップは、金属堆積の前に選択的に導入され
る。市販の側壁エッチャントがこのために使用される。
第2のエッチング操作(第2図から第3図)におい
て、部位111の除去される材料の厚さは、エッチングさ
れるランナーの残りに比較して、薄いので、下層の誘電
体材料の幾らかは、部位111でエッチングで取り除かれ
るが、一方、他の場所では導電層11が除去される。その
結果、「ペデスタル構造」が、第4図に示されるよう形
成され、誘電体部位101上の導体12は、誘導体部位101の
両側面の誘電体表面102,103の上に位置する。このよう
な構造は、プログラミングの間、導電パスの厚さの減少
した部分からの導体材料のプルバックを容易にする。更
に、この構造の有利な点は、保護カバー層13がある場
合、導電パス上でより均一な薄いカバー層が可能になる
点である。この利点は、導体−誘電体境界面は、コーナ
ー104(ここでは、保護カバー材料の厚さが増加する)
から離間していることに起因する。均一で薄くカバーす
ることは、レーザープログラミングの間、溶融の容易さ
と均一性を得やすくなる。これらの利点は、本発明のリ
ンクの切断と溶融をリンクを経由した適当な電流パルス
(レーザー照射と組合わせてもよい)により実現するこ
とによって得られる。
本発明のように、導電パスの厚さを局部的に減少さ
せ、かつ、溶融可能なリンクの両側に十分な厚さを確保
することにより、溶融の間の局部的過熱を阻止し、かつ
溶融導電材料のプルバック、ロールバックを促進しなが
ら、溶融の間の熱的、機械的バッファーが実現できる。
また、本発明のように、露出したリンク表面に比較し
て、導電パスの厚さを減少させることにより、表面照射
による過熱は、リンクの厚さ全体にわたって、より均一
になる。その結果、リンク材料は、溶融の間、完全に排
除され、破片の形成は最小化される。減少したリンク断
面積は、溶融がより少ないエネルギレベルおよびより広
いエネルギ範囲で実施でき、これにより、現在採用され
ているレーザーフューズ装置の利用範囲が広がる。
好ましくは、本発明の溶融可能リンクは、最上部の金
属化部分に含まれ、これにより、半導体活性領域が溶融
可能リンクから誘電体材料のかなりの厚さにより、分離
されときに、熱的バッファーの役目をする。最上部レベ
ルで溶融リンクを施行することは、このリンクの配置が
自由になり、より低レベルの相互接続層の配置に対する
制限が少なくなる。更に、上位レベルの誘電体材料は、
ボロンおよび/またはリンのような成分を含有する。溶
融可能リンク下にこれらが存在することにより、これら
の成分は、レーザープログラミングの後でかつ最終パッ
シベーションの前に意図せずに導入されたイオン汚染物
質に対するゲッタリング材(除去材)として機能する。
[具体的事例] CMOS装置において、プログラマブルリンクは、アルミ
製ランナー(幅が約1.25マイクロメーター、厚さが約1.
05マイクロメーター)に含有された。プログラマブルリ
ンクの減少した厚さは、約0.35マイクロメーターであ
る。このような減少した厚さは、上記の2つのステップ
(層の堆積とエッチングの第1,2ステップ)により生成
される。第1エッチングステップにより生成されたウィ
ンドウは、ランナーの方向に、約10マイクロメーター
で、横断方向に8マイクロメーターである。
Nd−YAGレーザー(約5マイクロメーターのビーム径
を有する)が、プログラマブルリンクの場所でランナー
を切断するのに使用された。比較のため、このリンクか
ら離れた点でも切断された。後者の場合、切断に要した
エネルギは、約1.2マイクロジュールであった。前者の
場合、約0.9マイクロジュールで十分であった。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、プログラマブ
ルリンクを均一かつ一定のエネルギで容易に切断可能に
なる。
特に、請求項1の発明においては、2回目のエッチン
グステップで、プログラマブルリンクと導電パスを同一
幅にすると、自動的に整合するようになる。また、請求
項2の発明においては、ウインドウの幅をプログラマブ
ルリンクの幅より広くする為、最終形態で、プログラマ
ブルリンクと導電パスを同一幅にしなくても(してもよ
い)、整合が更に容易になる。
上記の説明は、本発明の一実施例に関するもので、こ
の技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例が
考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包
含される。
尚、特許請求の範囲に記載された要素番号は、発明の
容易なる理解のためで、その範囲を制限するよう、解釈
されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図は、本発明の一実施例による製造工
程の異なる段階における集積回路装置チップの斜視図、 第4図は、本発明の一実施例による導電パスの厚さが減
少した場所における断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クオーホア リー アメリカ合衆国,18106 ペンシルベニ ア ウェスコスビル,カントリークラブ ロード 1308 (72)発明者 ウィリアム ジョン ナージ アメリカ合衆国,18017 ペンシルベニ ア ベツレヘム,マディソン アベニュ ー 2475 (72)発明者 ヌル シラモグル アメリカ合衆国,19146 ペンシルベニ ア フィラデルフィア,サウス テイニ ー ストリート 409 (56)参考文献 特開 昭57−187952(JP,A) 特開 昭60−140747(JP,A) 特公 昭47−19052(JP,B1) 特公 昭49−3311(JP,B1)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(1)誘電体(10)上に形成されるプログ
    ラマブルリンクを有する導電パスを有する集積回路装置
    の製造方法において、 (A)誘電体(10)上に第1導電層(11)を堆積するス
    テップと、 (B)プログラマブルリンクの長さ方向に直交する所定
    幅のウィンドウ(111)を形成する為に、第1導電層の
    厚さを部分的に減少させるよう、エッチングするステッ
    プと、 (C)前記(B)ステップの後、第1導電層(11)上に
    第2導電層(12)を堆積するステップと (D)前記プログラマブルリンクを形成する為に、前記
    第1導電層(11)と第2導電層(12)とを側面からエッ
    チングするステップと、 からなり、 前記プログラマブルリンクは、前記第2導電層(12)の
    みから形成され、 前記導電パスは、第1導電層(11)と第2導電層(12)
    とから形成され、 前記プログラマブルリンクと導電パスとは、幅は同一
    で、厚さが異なることを特徴とする集積回路装置の製造
    方法。
  2. 【請求項2】誘電体(10)上に形成されるプログラマブ
    ルリンクを有する導電パスを有する集積回路装置の製造
    方法において、 (A)誘電体(10)上に第1導電層(11)を堆積するス
    テップと、 (B)プログラマブルリンクの長さ方向に直交する所定
    幅のウィンドウ(111)を形成する為に、第1導電層の
    厚さを部分的に減少させるよう、エッチングするステッ
    プと、 (C)前記(B)ステップの後、第1導電層(11)上に
    第2導電層(12)を堆積するステップと (D)前記プログラマブルリンクを形成する為に、前記
    第1導電層(11)と第2導電層(12)とを側面からエッ
    チングするステップと、 からなり、 前記プログラマブルリンクは、前記第2導電層(12)の
    みから形成され、 前記導電パスは、第1導電層(11)と第2導電層(12)
    とから形成され、 前記(B)ステップにおける前記所定幅は、後続の
    (D)ステップで形成されるプログラマブルリンクの幅
    より広い ことを特徴とする集積回路装置の製造方法。
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JPH03116755A JPH03116755A (ja) 1991-05-17
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