JP6556007B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体装置の製造方法に関する

レーザー照射により半導体装置に設けられたフューズを溶断することで、例えばメモリーにおいて冗長回路へ接続したり、あるいは電圧検出回路の検出電圧や、電圧安定化回路の出力電圧をブリーダー抵抗にて調整したりすることが一般的に行われている。この場合、フューズ上部の絶縁膜に開口部を設ける「窓開け」を行い、フューズ上部の絶縁膜厚みをフューズがレーザーによって安定的に溶断出来る膜厚範囲になるよう調整する方法が広く用いられる。

具体的なフューズ上部の窓開けの方法としては、最上層の配線上に保護膜を形成した後にフォトリソグラフィーを用いて、ボンディングパッド開口部とフューズ窓開口部とを形成するためにレジストに同時に開孔するパターニングを行い、エッチングによりボンディングパッドとフューズ窓の保護膜を除去した後に、さらにフューズ窓の絶縁膜を連続的にエッチングして残す絶縁膜の厚さを調整する方法が広く用いられている。

しかしながらフューズがメタル配線層より下のレイヤー、例えばポリシリコン膜あるいはポリシリコンと金属シリサイド膜の積層等から成り、かつメタル配線層数が２層以上の多層配線構造を有する半導体装置においてはメタル配線層数が増加するに従いエッチングすべき絶縁膜量が相対的に増加するため、先に述べたようにボンディングパッドとフューズ窓を同時に形成しようとした場合ボンディングパッドが過剰にプラズマに曝露されることによりイオンチャージによるプラズマダメージによるＭＯＳトランジスタのしきい値電圧のシフトやゲート酸化膜の破壊等のリスクが高まるため、ボンディングパッドとフューズ窓の開孔を別々のマスクで加工する方法等が用いられている。
こうしたボンディングパッドとフューズ窓の開孔を別々のマスクで加工する方法を用いた製造工程を図２示す断面図により説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、最上層の配線上に保護膜用酸化膜３０および保護膜用プラズマ窒化膜３１を形成した後にフォトリソグラフィー技術を用いてボンディングパッド開口部３３とフューズ窓開口部３４を形成するために第１のレジスト３２に同時に開孔するパターニングを行う。そして、エッチングによりボンディングパッド２９が露出するまでボンディングパッド開口部３３とフューズ窓開孔部３４の保護膜である保護膜用酸化膜３０および保護膜用プラズマ窒化膜３１を除去する。ボンディングパッド２９が露出されるとエッチングは終了するので、フューズ２３の上にはＢＰＳＧ膜およびメタル層間絶縁膜がほとんど残っている。

続いて、図２（ｂ）に示すように、フューズ窓開孔部３４の下のメタル層間絶縁膜のみをさらにエッチングして、フューズ２３の上に所望の厚さのＢＰＳＧ膜を残すために、第２のレジスト３５を塗布してから、既に途中まで開口しているフューズ窓開孔部３４の内側にさらに開口を設けるパターニングを行う。そして、フューズ２３の上に所望の厚さのＢＰＳＧ膜が残るように、エッチングを行う。このときにボンディングパッド開口部３３には第２のレジスト３５があり、ボンディングパッド２９がエッチングされないように保護しているので、過剰にプラズマに曝露されることはなく、イオンチャージによるプラズマダメージによるＭＯＳトランジスタのしきい値電圧のシフトやゲート酸化膜破壊等のリスクを回避することができる。

特開２００１−１３５７９２号公報 特開２００５−１０１２８７号公報

しかしながら、先に説明したフューズ窓開孔部３４の形成においては、保護膜である保護膜用酸化膜３０および保護膜用プラズマ窒化膜３１の形成後に２回のレジストの塗布と、２回のフォトリソグラフィーが必要となる。このため、製造工程の長期化とコストアップの要因となってしまう。

１回のフォトリソグラフィーによる製造方法も提案されている。例えば、特許文献１には化学的機械研磨法(以降ＣＭＰ)にて層間絶縁膜の平坦化を行う半導体装置の製造方法が示されている。スルーホール形成毎にフューズ上の窓明けを行い、絶縁膜をエッチングする半導体装置の製造方法である。しかし、スルーホール形成毎にフューズ上の窓明けを行い、絶縁膜をエッチングしてしまうと、フューズ窓部の側縁でコンタクトホールを含むスルーホールの埋め込み材料であるタングステンがサイドウォール状に残ってしまい、場合によってはタングステンが剥がれてパターン形成を阻害して回路を短絡させたり、ＣＭＰによる平坦化の際にフューズ窓部の周囲パターンの平坦性を損ねたり、局所的な絶縁膜の不均一性によりスルーホールのエッチング加工を困難にしたりする可能性がある。

また、特許文献２に示された方法によれば、ボンディングパッドの窓開け工程とフューズ窓開け工程を同時に行うが、フューズはメタルではなくポリシリコンやポリシリコンと金属シリサイドの積層構造で構成され、配線層数が２層以上の多層配線構造を有する場合、フューズ窓部のエッチング量増加により所望のフューズ上膜厚を得ようとすると、ボンディングパッドがプラズマに曝露される時間が非常に長くなり、イオンチャージによるプラズマダメージによるＭＯＳトランジスタのしきい値電圧のシフトやゲート酸化膜破壊等のリスクが高まる。さらに、ボンディングパッドの金属とエッチングガスによる金属フッ化物が低揮発性であるために、ウエハ表面への再付着によるボンディングパッド間の短絡や、エッチング阻害による品質的な問題となり得る。

そのため、これらの問題を回避しようとした場合、ボンディングパッドとフューズ窓の保護膜のエッチングとフューズ窓の層間絶縁膜を分けてエッチングする必要性からマスク工程を追加せねばならず工程上およびコスト上好ましくない。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたもので、フォトリソグラフィーの工程を増加させずに、プラズマダメージによるＭＯＳトランジスタのしきい値電圧のシフトやゲート酸化膜破壊等のリスクの少ない半導体装置の製造方法を提供することを課題としている。

上記課題解決のために、本発明では以下の手段を用いた。
まず、フューズ窓開孔部を有する多層配線構造の半導体装置の製造方法であって、半導体基板上に酸化膜を介して形成したフューズ上に複数の層間絶縁膜を介して複数の配線を形成する工程と、最上層の層間絶縁膜上に最上層配線からなるボンディングパッドを形成する工程と、前記ボンディングパッド上にエッチングストッパー膜を形成する工程と、前記エッチングストッパー膜および前記最上層の層間絶縁膜上に保護膜を形成する工程と、前記ボンディングパッド上および前記最上層の層間絶縁膜上の保護膜を開孔するとともに前記層間絶縁膜をエッチングしてフューズ窓開孔部を形成する工程と、前記エッチングストッパー膜を除去する工程と、からなることを特徴とする半導体装置の製造方法を用いた。

また、前記エッチングストッパー膜が前記層間絶縁膜と異なる膜であって、前記フューズ窓開孔部を形成する工程において、前記層間絶縁膜のエッチング速度が前記エッチングストッパー膜のエッチング速度よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法を用いた。
また、前記エッチングストッパー膜がプラズマ窒化膜もしくはプラズマ窒化酸化膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法を用いた。
また、前記保護膜は保護膜用酸化膜と保護膜用プラズマ窒化膜との積層構造で、前記エッチングストッパーの上には前記保護膜用酸化膜が接することを特徴とする半導体装置の製造方法を用いた。

上記手段を用いることで、イオンチャージによるプラズマダメージによるＭＯＳトランジスタのしきい値電圧のシフトやゲート酸化膜破壊等のリスクが低減できる。

本発明の実施の形態に係る製造フローの断面図である 従来技術による実施例の製造フロー断面図である。

図１（ａ）に示すように先ず半導体基板１上に酸化膜２を形成し、ポリシリコンもしくはポリシリコンと金属シリサイドとの積層膜であるフューズ３を酸化膜２上に形成する。続いてフューズ３上にＣＶＤにより層間絶縁膜のひとつであるＢＰＳＧ膜４を堆積して熱処理を施した後ＣＭＰにより平坦化処理を行う。平坦化処理としてはＣＭＰのみならずＳＯＧを塗布してエッチバックする方法やＳＯＧを塗布してＣＭＰを併用する方法等がある。

次に配線用金属膜を堆積した後フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて第１配線５を形成する。続いてＣＶＤにより層間絶縁膜を堆積した後にＢＰＳＧ膜４と同様に平坦化処理を行い、第１メタル層間絶縁膜６を得る。

次に再び配線用金属膜を堆積した後に前述と同様のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて第２配線７を形成する。続いてＣＶＤにより層間絶縁膜を堆積した後に再び平坦化処理を施し第２メタル層間絶縁膜８を得る。
次に最上層の配線用金属膜となる第３の配線用金属膜９を堆積する。なお、本実施形態においては配線層数を３層としているが、実施においてはこの限りではない。

次に第３の配線用金属膜９上にプラズマＣＶＤにより窒化膜をエッチングストッパー膜１０として堆積する。エッチングストッパー膜１０は例えばプラズマＣＶＤによる窒化膜や窒化酸化膜等のように酸化膜に対し高いエッチング選択比を得やすい膜とする。膜厚はフューズ窓開けのエッチングに必要なメタル層間絶縁膜とエッチングストッパー膜１０のエッチング選択比を基に、エッチング膜厚およびエッチングレートばらつきを考慮してボンディングパッド表面がエッチング中に露出しないような膜厚に適宜設定する。

続いて図１（ｂ）に示すようにエッチングストッパー膜１０の上にフォトリソグラフィー技術により配線用レジストパターン１１を形成する。
続いて図１（ｃ）に示すように前記１１の配線用レジストをマスクとして前記１０のエッチングストッパー膜をエッチングして続いて第３の配線用金属膜９をエッチングして第３の配線用金属膜９およびエッチングストッパー膜１０からなるボンディングパッド積層膜を得る。

またエッチングストッパー膜１０のエッチングは生産性上、第３の配線用金属膜９のエッチングに用いる装置と同一装置内で、第３の配線用金属膜９と同一条件あるいは、同一ガス系、例えばＢＣＬ₃、Ｃｌ₂の混合ガス系でエッチングするのが望ましい。なお、エッチングストッパー膜１０が厚い場合には例えばＳＦ₆、Ｈｅの混合ガス系等、エッチングストッパー膜１０を容易にエッチング出来るガスを用いてエッチングストッパー膜１０をエッチングした後、配線金属膜用エッチングガスに切り替えてエッチングする方法もある。無論別々の装置で分けてエッチングしても構わない。

続いて配線用レジストパターン１１を剥離したら、図１（ｄ）に示したように保護膜としてボンディングパッド積層膜上にＣＶＤにより保護膜用酸化膜１２を堆積した後、保護膜用酸化膜１２上にＣＶＤにより保護膜用プラズマ窒化膜１３を堆積する。

続いて図１（ｅ）に示したように保護膜用プラズマ窒化膜１３上にフォトリソグラフィー技術によりボンディングパッドおよびフューズ窓が開口されたボンディングパッドおよびフューズ窓の開孔用レジストパターン１４を形成する。

続いて図１（ｆ）に示したようにボンディングパッドおよびフューズ窓の開孔用レジストパターン１４をマスクとして保護膜用プラズマ窒化膜１３をエッチングした後、エッチング条件を酸化膜のエッチング条件に切り替え、フューズ上の保護膜用酸化膜１２、第２メタル層間絶縁膜８、第１メタル層間絶縁膜６、そして必要に応じてＢＰＳＧ膜４をフューズが安定して溶断出来る膜厚になるまでエッチングしてフューズ窓開孔部１６を得る。一方、ボンディングパッド部は前述のフューズ窓開孔のための酸化膜および層間絶縁膜のエッチングをしている間に保護膜用酸化膜１２がエッチング除去されプラズマに曝露されるが、エッチングストッパー膜１０のエッチング速度が層間絶縁膜のエッチング速度に比べ極めて小さいために、エッチングストッパー膜が開孔されるまでエッチングされることはなく、ボンディングパッド表面は直接プラズマに曝されることはない。

続いて再度エッチング条件を切り替え図１（ｇ）に示したようにボンディングパッド上のエッチングストッパー膜を除去してボンディングパッド開孔部１５を得る。その後、ボンディングパッドおよびフューズ窓開孔用レジストパターン１４を剥離して図１（ｈ）に示す断面を得る。

以上のように、ボンディングパッド開孔部１５の表面はフューズ窓開孔部１６が所望の深さに形成されるまでエッチングストッパー膜１０で覆われているため長時間プラズマに曝されることがない。そのため、イオンチャージによるプラズマダメージによるＭＯＳトランジスタのしきい値電圧のシフトやゲート酸化膜破壊等のリスクが低減できる。

１ 半導体基板
２ 酸化膜
３ フューズ
４ ＢＰＳＧ膜
５ 第１配線
６ 第１メタル層間絶縁膜
７ 第２配線
８ 第２メタル層間絶縁膜
９ 第３の配線用金属膜
１０ エッチングストッパー膜
１１ 配線用レジストパターン
１２ 保護膜用酸化膜
１３ 保護膜用プラズマ窒化膜
１４ ボンディングパッドおよびフューズ窓の開孔用レジストパターン
１５ ボンディングパッド開孔部
１６ フューズ窓開孔部
２３ フューズ
２９ ボンディングパッド
３０ 保護膜用酸化膜
３１ 保護膜用プラズマ窒化膜
３２ 保護膜除去用レジストパターン
３３ ボンディングパッド開孔部
３４ フューズ窓開孔部
３５ フューズ窓開孔部レジストパターン

Claims (4)

1. フューズ窓開孔部を有する多層配線構造の半導体装置の製造方法であって、
   半導体基板上に酸化膜を介して形成したフューズ上に配線前層間絶縁膜を形成し、さらに複数の配線と複数の金属配線間絶縁膜を交互に形成する工程と、
   前記複数の金属配線間絶縁膜のうちの最上層の金属配線間絶縁膜の上に最上層の配線用金属膜を形成する工程と、
   前記最上層の配線用金属膜の上にエッチングストッパー膜を形成する工程と、
   前記エッチングストッパー膜および前記最上層の配線用金属膜をひとつのレジストパターンによりエッチングして、上面に前記エッチングストッパー膜を有するボンディングパッドを形成する工程と、
   前記ひとつのレジストパターンを剥離する工程と、
   前記ボンディングパッドの上面に位置する前記エッチングストッパー膜および前記最上層の金属配線間絶縁膜を覆う保護膜を形成する工程と、
   前記ボンディングパッドの上および前記フューズの上方に開口を有するボンディングパッドおよびフューズ窓の開孔用レジストパターンを形成する工程と、
   前記ボンディングパッドおよびフューズ窓の開孔用レジストパターンにより、前記保護膜をエッチングして、前記ボンディングパッドの上面に位置する前記エッチングストッパー膜を露出したまま、前記フューズ上の前記複数の金属配線間絶縁膜をエッチングし、さらに前記配線前層間絶縁膜を所定の厚さとなるまでエッチングすることで前記フューズ窓開孔部を形成する工程と、
   前記エッチングストッパー膜を除去してボンディングパッド開孔部を形成する工程と、
   からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記エッチングストッパー膜が前記複数の金属配線間絶縁膜と異なる膜であって、前記フューズ窓開孔部を形成する工程において、前記複数の金属配線間絶縁膜のエッチング速度が前記エッチングストッパー膜のエッチング速度よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記エッチングストッパー膜がプラズマ窒化膜もしくはプラズマ窒化酸化膜であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記保護膜は保護膜用酸化膜と保護膜用プラズマ窒化膜との積層構造で、前記エッチングストッパー膜の上には前記保護膜用酸化膜が接することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。