KR20070101655A - Semiconductor device having metal fuse - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래기술에 따른 금속 퓨즈를 포함하는 반도체 소자의 금속 배선을 설명하기 위한 단면도;1 is a cross-sectional view illustrating a metal wiring of a semiconductor device including a metal fuse according to the prior art;
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시예에 따른 금속 퓨즈를 포함하는 반도체 소자 및 금속 퓨즈 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들.2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device and a metal fuse including a metal fuse according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 퓨즈를 포함하는 반도체 소자의 금속 배선을 설명하기 위한 단면도들.3 is a cross-sectional view illustrating a metal wiring of a semiconductor device including a metal fuse according to another embodiment of the present invention.
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 금속 퓨즈를 포함하는 반도체 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device comprising a metal fuse.
디램(DRAM : Dynamic Random Access Memory)과 같은 메모리 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라, 반도체 제조 공정에서 양질의 제품을 획득하기가 점점 더 어려워지고 있다. 이를 해결하기 위한 대체 수단으로 예비 메모리 셀(결함 구제 회로, redundancy cell)을 채택하고 있다. 예비 메모리 셀은 반도체 제조 공정에서 발생하는 불량 메모리 셀을 대체함으로써, 생산 수율을 높일 수 있다.As the degree of integration of memory semiconductor devices such as DRAM (Dynamic Random Access Memory) increases, it is increasingly difficult to obtain high quality products in the semiconductor manufacturing process. To solve this problem, a spare memory cell (redundancy cell) is adopted. The preliminary memory cell can increase the production yield by replacing the defective memory cell generated in the semiconductor manufacturing process.
반도체 기판의 가공 공정이 완료된 다음 품질 검사를 통하여 불량 메모리 셀을 찾아내고, 불량 메모리 셀에 전기적으로 연결된 퓨즈(fuse)를 절단함으로써, 예비 회로 또는 예비 메모리 셀을 불량 메모리 셀과 대체하여 사용할 수 있다.After the process of processing the semiconductor substrate is completed, the defective memory cell can be found through quality inspection and a fuse electrically connected to the defective memory cell can be used to replace the spare circuit or the spare memory cell with the defective memory cell. .
이와 같은 회로에서 사용되는 퓨즈의 재료로는 폴리 실리콘(polysilicon) 또는 금속 물질을 사용할 수 있다. 일반적인 퓨즈는 소자들 또는 배선을 형성할 때 동시에 형성됨으로써, 별도의 추가적인 공정이 필요 없다. 이에 따라, 금속 퓨즈 형성으로 인한 추가적인 제조 생산비는 증가하지 않을 수 있다.As a material of a fuse used in such a circuit, polysilicon or a metal material may be used. A common fuse is formed at the same time as forming elements or wiring, so that no additional process is required. Accordingly, additional manufacturing production costs due to metal fuse formation may not increase.
도 1은 종래기술에 따른 금속 퓨즈를 포함하는 반도체 소자의 금속 배선을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a metal wiring of a semiconductor device including a metal fuse according to the prior art.
도 1을 참조하면, 금속 퓨즈(40mf)를 포함하는 반도체 소자는 반도체 기판(10), 반도체 기판(10)의 셀 영역(A) 상에 형성된 하부 도전 패턴들(20), 하부 도전 패턴들(20)에 연결된 콘택 플러그들(contact plug, 30a)이 제공되는 제 1 층간 절연막(25), 콘택 플러그들(30a) 상의 금속 배선들(40ml), 금속 배선들(40ml)에 연결된 비아(via, 50a)가 제공되는 제 2 층간 절연막(45) 및 비아(50a) 상의 상부 금속 배선(55)이 제공되는 평탄화 절연막(60)을 구비한다. 설명되지 않은 도면 부호 30 및 50은 각각 콘택 홀(contact hole) 및 비아 홀(via hole)을 지시한다.Referring to FIG. 1, a semiconductor device including a metal fuse 40mf includes a
퓨즈 영역(B)에 형성되는 금속 퓨즈(40mf)는 금속 배선들(40ml)을 형성하는 공정에서 동시에 형성되기 때문에 금속 배선들(40ml)과 동일한 물질 및 높이에 구비된다. 금속 퓨즈(40mf)의 상부는 레이저 광선 등에 의해 용이하게 절단되기 위하 여 노출된다.Since the metal fuse 40mf formed in the fuse region B is formed at the same time in the process of forming the metal lines 40ml, the metal fuse 40mf is provided at the same material and height as the metal lines 40ml. The upper portion of the metal fuse 40mf is exposed to be easily cut by a laser beam or the like.
금속 배선들(40ml)과 동시에 형성되는 금속 퓨즈(40mf)는 제 2 층간 절연막(45) 및 평탄화 절연막(60)에 의해 덮여진 다음, 금속 퓨즈(40mf)를 포함하는 퓨즈 영역(B)의 상부에 있는 평탄화 절연막(60) 및 제 2 층간 절연막(45)을 선택적으로 식각하여 노출될 수 있다.The metal fuse 40mf formed at the same time as the metal wires 40ml is covered by the second
한편, 반도체 소자의 직접도 및 밀도가 증가함에 따라, 다층 배선이 사용된다. 다층 배선을 도포하는 보호막은 평탄도 및 피복 성능면에서 뛰어난 막으로 형성된다. 보호막의 수분의 존재로 인해 금속 퓨즈가 부식될 수 있다. 흡습성이 낮은 실리콘 질화막(SiN)이 금속 배선과 금속 퓨즈 사이에 구비되어 흡습 방지막으로 사용될 수 있다.On the other hand, as the directivity and density of semiconductor elements increase, multilayer wiring is used. The protective film for applying the multilayer wiring is formed of a film excellent in flatness and coating performance. The presence of moisture in the protective film can cause the metal fuses to corrode. A silicon nitride film (SiN) having low hygroscopicity may be provided between the metal wire and the metal fuse to be used as a moisture absorption prevention film.
서로 인접하는 금속 배선과 금속 퓨즈 사이의 공간에 도면 부호 C가 지시하는 부분처럼 절연막이 움푹하게 꺼지는 현상이 발생할 수 있다. 이로 인해 퓨즈 상부를 노출하는 식각 공정에서 금속 배선과 인접하는 금속 퓨즈의 프로파일이 나빠지고 있다. 이러한 금속 퓨즈의 프로파일 산포의 저하는 금속 퓨즈의 동작 불량을 초래하는 문제점이 있다.In the space between the metal wiring and the metal fuse which are adjacent to each other, as shown by the reference numeral C, the phenomenon that the insulating film is cut off may occur. As a result, in the etching process of exposing the upper portion of the fuse, the profile of the metal fuse adjacent to the metal wiring is deteriorated. The reduction of the profile spread of the metal fuse has a problem that causes the malfunction of the metal fuse.
서로 인접하는 금속 배선과 금속 퓨즈 사이의 공간에서 발생하는 절연막의 꺼짐을 방지하기 위해서는 둘 사이의 공간을 줄여주거나 절연막의 전체적인 두께를 높여 해결할 수 있다. 그러나 서로 인접하는 금속 배선과 금속 퓨즈 사이의 공간을 줄이는 것은 금속 퓨즈의 상부를 노출하는 식각 공정에서의 식각 마진(margin)으로 인해 그 한계가 있다. 또한, 절연막의 증착량을 늘려 절연막의 두께를 높이는 것은 추후의 공정인 비아를 형성하기 위한 공정에서 비아 홀을 메우기 위한 필 마진(fill margin)이 감소하기 때문에 그 한계가 있다.In order to prevent the insulation of the insulation layer occurring in the space between the metal wiring and the metal fuse adjacent to each other, the space between the two may be reduced or the overall thickness of the insulation layer may be solved. However, reducing the space between the metal wiring and the metal fuse adjacent to each other is limited by the etching margin in the etching process exposing the upper portion of the metal fuse. In addition, increasing the thickness of the insulating film by increasing the deposition amount of the insulating film has a limitation because a fill margin for filling the via hole is reduced in a subsequent process for forming a via.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 금속 퓨즈를 노출하는 식각 공정에서 금속 퓨즈의 프로파일 산포를 개선할 수 있는 금속 퓨즈를 포함하는 반도체 소자를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a semiconductor device including a metal fuse that can improve the profile distribution of the metal fuse in the etching process of exposing the metal fuse.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 금속 퓨즈를 포함하는 반도체 소자를 제공한다. 이 반도체 소자는 반도체 기판, 반도체 기판 상에 형성된 하부 도전 패턴들, 하부 도전 패턴들에 연결된 콘택 플러그를 포함하는 제 1 층간 절연막, 콘택 플러그 상에 형성된 금속 배선들 및 금속 배선들과 동일한 물질 및 높이에 구비되면서 상부가 노출된 다수개의 금속 퓨즈를 포함한다. 금속 퓨즈와 인접하는 금속 배선은 금속 퓨즈 측으로 연장되어 돌출된 것을 특징으로 한다.In order to solve the above technical problem, the present invention provides a semiconductor device including a metal fuse. The semiconductor device has the same material and height as the semiconductor substrate, the lower conductive patterns formed on the semiconductor substrate, the first interlayer insulating film including the contact plugs connected to the lower conductive patterns, the metal wires formed on the contact plug and the metal wires. It includes a plurality of metal fuses exposed on the top. The metal wiring adjacent to the metal fuse is characterized in that it extends toward the metal fuse and protrudes.
금속 배선들 및 금속 퓨즈는 알루미늄으로 이루어질 수 있다.Metal wires and metal fuses may be made of aluminum.
금속 퓨즈와 인접하는 금속 배선은 복수개의 콘택 플러그와 연결될 수 있다.The metal wire adjacent to the metal fuse may be connected to the plurality of contact plugs.
금속 배선들에 연결된 비아를 포함하는 제 2 층간 절연막 및 비아 상에 형성된 상부 금속 배선 및 상부 금속 배선을 포함하는 평탄화 절연막을 더 포함할 수 있다.The semiconductor device may further include a second interlayer insulating layer including vias connected to the metal lines and a planarization insulating layer including an upper metal line and an upper metal line formed on the via.
제 2 층간 절연막은 피이테오스막, 유동 산화막 및 피이테오스막이 순차적으로 적층된 막일 수 있다.The second interlayer insulating film may be a film in which a pieteose film, a flow oxide film, and a pieteose film are sequentially stacked.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosure may be made thorough and complete, and to fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for clarity. Also, if it is mentioned that the film is on another film or substrate, it may be formed directly on the other film or substrate or a third film may be interposed therebetween.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시예에 따른 금속 퓨즈를 포함하는 반도체 소자 및 금속 퓨즈 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2A through 2F are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device and a metal fuse including a metal fuse according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 하부 도전 패턴들(120)이 형성된 셀 영역(A)과 퓨즈 영역(B)을 갖는 반도체 기판(110)을 덮는 제 1 층간 절연막(125)을 형성한다. 하부 도전 패턴들(120)은 트랜지스터 또는 커패시터(capacotor) 등과 같은 소자들일 수 있다.2A and 2B, a first
제 1 층간 절연막(125)을 패터닝(patterning)하여 반도체 기판(110) 상의 하부 도전 패턴들(120)의 소정 영역을 노출하는 콘택 홀(130)을 형성한다. 콘택 홀(130)을 채워 콘택 플러그들(130a)을 형성한다. 콘택 플러그들(130a)은 텅스텐(W)으로 형성될 수 있다.The first
도 2c를 참조하면, 제 1 층간 절연막(125) 상에 콘택 플러그들(130a)에 접속하는 금속 배선들(140ml)을 형성하는 동시에, 셀 영역(A)에 인접한 퓨즈 영역(B)에 다수개의 금속 퓨즈(140mf)를 형성한다. 금속 배선들(140ml) 및 금속 퓨즈(140mf)는 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 2C, a plurality of metal wires 140ml are formed on the first
종래기술과는 달리, 금속 퓨즈(140mf)와 인접하는 금속 배선(140ml)이 금속 퓨즈(140mf) 측으로 연장되어 비대칭적으로 형성될 수 있다.Unlike the prior art, the metal wire 140ml adjacent to the metal fuse 140mf may extend to the metal fuse 140mf and be formed asymmetrically.
도 2d 및 도 2e를 참조하면, 금속 배선들(140ml) 및 금속 퓨즈(140mf)를 덮는 제 2 층간 절연막(145)을 형성한 후, 제 2 층간 절연막(145)을 패터닝하여 비아 홀(150)을 형성한다. 제 2 층간 절연막(145)으로 피이테오스막(PETEOS : Plasma Enhanced TetraEthylOrthoSilicate), 유동 산화막(Fox : Flowable Oxide) 및 피이테오스막이 순차적으로 적층된 막으로 형성될 수 있다. 유동 산화막을 사용하는 이유는 앞서 종래기술에서 설명한 것과 같이, 다층 배선을 도포하는 보호막은 단선 방지의 관점에서 평탄도 및 피복 성능면에서 뛰어난 막으로 형성될 수 있다.2D and 2E, after forming the second
비아 홀(150)을 채워 비아(150a)를 형성한다. 비아(150a)는 텅스텐으로 형성될 수 있다. 비아(150)를 포함하는 제 2 층간 절연막(145) 상의 소정 영역에 상부 금속 배선(155)을 형성한다.The
상부 금속 배선(155)은 텅스텐으로 형성될 수 있다. 상부 금속 배선(155)을 덮는 평탄화 절연막(160)을 형성한다.The
도 2f를 참조하면, 퓨즈 영역(B) 상의 평탄화 절연막(160) 및 제 2 층간 절연막(145)을 식각하여 금속 퓨즈(140mf)의 상부를 노출한다. 금속 퓨즈(140mf)의 상부가 노출됨으로써, 금속 퓨즈(140mf)는 레이저 광선 등에 의해 용이하게 절단될 수 있다.Referring to FIG. 2F, the
종래기술과는 달리, 금속 퓨즈(140mf)와 인접하는 금속 배선(140ml)이 금속 퓨즈(140mf) 측으로 연장되어 비대칭적으로 형성됨으로써, 서로 인접하는 금속 배선(140ml)과 금속 퓨즈(140mf) 사이의 공간이 줄어들 수 있다. 이에 따라, 서로 인접하는 금속 배선(140ml)과 금속 퓨즈(140mf) 사이의 공간에서 발생하는 제 2 층간 절연막의 꺼짐을 방지할 수 있다.Unlike the prior art, the metal fuse 140mf and the metal wiring 140ml adjacent to each other are extended to the metal fuse 140mf and formed asymmetrically, so that the metal wire 140ml and the metal fuse 140mf are adjacent to each other. Space can be reduced. Accordingly, it is possible to prevent the second interlayer insulating film generated in the space between the metal wiring 140ml and the metal fuse 140mf which are adjacent to each other.
따라서, 금속 퓨즈(140mf)의 상부를 노출하는 식각 공정에서 금속 배선(140ml)과 인접하는 금속 퓨즈(140mf)의 프로파일이 개선될 수 있다. 이와 같은 금속 퓨즈(140mf)의 프로파일 산포의 개선은 금속 퓨즈(140mf)의 안정적인 동작을 보장할 수 있다.Accordingly, in the etching process of exposing the upper portion of the metal fuse 140mf, the profile of the metal fuse 140mf adjacent to the metal wire 140ml may be improved. Such improvement in profile distribution of the metal fuse 140mf may ensure stable operation of the metal fuse 140mf.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 퓨즈를 포함하는 반도체 소자의 금속 배선을 설명하기 위한 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a metal wiring of a semiconductor device including a metal fuse according to another embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 금속 퓨즈(240mf)를 포함하는 반도체 소자는 반도체 기판(210), 반도체 기판(210)의 셀 영역(A) 상에 형성된 하부 도전 패턴들(220), 하부 도전 패턴들(220)에 연결된 콘택 플러그들(230a)을 포함하는 제 1 층간 절연막(225), 콘택 플러그들(230a) 상에 형성된 금속 배선(240ml), 금속 배선(240ml)에 연결된 비아(250a)를 포함하는 제 2 층간 절연막(245) 및 비아(250a) 상에 형성된 상부 금속 배선(255)을 포함하는 평탄화 절연막(260)을 구비할 수 있다. 설명되지 않은 도면 부호 230 및 250은 각각 콘택 홀 및 비아 홀을 지시한다.Referring to FIG. 3, a semiconductor device including a metal fuse 240mf includes a
퓨즈 영역(B)에 형성되는 금속 퓨즈(240mf)는 금속 배선(240ml)을 형성하는 공정에서 동시에 형성되기 때문에 금속 배선(240ml)과 동일한 물질 및 높이에 구비 될 수 있다. 금속 퓨즈(240mf)의 상부는 레이저 광선 등에 의해 용이하게 절단되기 위하여 노출될 수 있다.Since the metal fuse 240mf formed in the fuse region B is formed at the same time in the process of forming the metal wiring 240ml, the metal fuse 240mf may be provided at the same material and height as the metal wiring 240ml. The upper portion of the metal fuse 240mf may be exposed to be easily cut by a laser beam or the like.
또한, 금속 퓨즈(240mf)와 인접하는 금속 배선(240ml)은 복수개의 콘택 플러그(230a)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 금속 배선(240ml) 및 금속 퓨즈(240mf)를 형성하는 공정을 단순화하는 동시에 금속 퓨즈(240mf)와 인접하는 금속 배선(240ml)이 금속 퓨즈(240mf) 측으로 연장되어 형성됨으로써, 서로 인접하는 금속 배선(240ml)과 금속 퓨즈(240mf) 사이의 공간이 줄어들 수 있다. 이에 따라, 서로 인접하는 금속 배선(240ml)과 금속 퓨즈(240mf) 사이의 공간에서 발생하는 제 2 층간 절연막(245)의 꺼짐을 방지할 수 있다.In addition, the metal wire 240ml adjacent to the metal fuse 240mf may be connected to the plurality of contact plugs 230a. Accordingly, the process of forming the metal wiring 240ml and the metal fuse 240mf is simplified, and at the same time, the metal wiring 240ml and the metal wiring 240ml adjacent to each other are formed to extend toward the metal fuse 240mf, thereby adjoining each other. The space between the metal wire 240ml and the metal fuse 240mf can be reduced. Accordingly, it is possible to prevent the second
따라서, 금속 퓨즈(240mf)의 상부를 노출하는 식각 공정에서 금속 배선(240ml)과 인접하는 금속 퓨즈(240mf)의 프로파일이 개선될 수 있다. 이와 같은 금속 퓨즈(240mf)의 프로파일 산포의 개선은 금속 퓨즈(240mf)의 안정적인 동작을 보장할 수 있다.Therefore, in the etching process of exposing the upper portion of the metal fuse 240mf, the profile of the metal fuse 240mf adjacent to the metal wire 240ml may be improved. Such an improvement in profile distribution of the metal fuse 240mf may ensure stable operation of the metal fuse 240mf.
상기한 본 발명의 실시예들과 같은 금속 퓨즈를 포함하는 반도체 소자의 금속 배선을 이용함으로써, 금속 퓨즈를 노출하는 식각 공정에서 금속 퓨즈의 프로파일 산포가 개선될 수 있다. 이에 따라, 금속 퓨즈의 안정적인 동작을 보장할 수 있는 금속 퓨즈를 포함하는 반도체 소자를 제공할 수 있다.By using the metal wiring of the semiconductor device including the metal fuse as described above, the profile distribution of the metal fuse may be improved in the etching process of exposing the metal fuse. Accordingly, it is possible to provide a semiconductor device including a metal fuse capable of ensuring stable operation of the metal fuse.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 금속 퓨즈를 노출하는 식각 공정에서 금속 퓨즈의 프로파일 산포가 개선됨으로써, 금속 퓨즈의 안정적인 동작을 보장할 수 있는 금속 퓨즈를 포함하는 반도체 소자를 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, since the profile distribution of the metal fuse is improved in the etching process of exposing the metal fuse, it is possible to provide a semiconductor device including a metal fuse capable of ensuring stable operation of the metal fuse.
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Cited By (1)
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KR101116350B1 (en) * | 2005-06-17 | 2012-03-16 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for manufacturing a semiconductor device |
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2006
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101116350B1 (en) * | 2005-06-17 | 2012-03-16 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for manufacturing a semiconductor device |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Withdrawal due to no request for examination |