五、發明説明（ 發明領域： A7 Η 7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 本發明係與一種半導體製程有關，特別是有關於一種 於金屬連線層佈線之後，形成具防水保護之凸起型金屬熔 絲結構的製程方法。 發明背景： 在積體電路的設計中，於晶片上製造備份用的元件如 電容記憶胞等以取代有瑕疵或缺陷的元件或記憶胞，是一 種晶片計設應用上相當重要的觀念，在元件的製程完成 後，會進行以探針或接觸針測試晶片的過程（chip probe test)，以找出有瑕疵的元件；再以重新定義晶片上導線連接 的方式，使備份用的元件替換有瑕疵的元件，以修補晶片 製造上的瑕疵或缺陷。 藉由晶片修補的過程，可大幅減少晶片上出現瑕疵元 件的可能性，而增加生產的良率，製造備份元件的方法也 因此被應用於許多記憶體晶片或是邏輯電路的製造中，以 增加生產的良率並降低生產的成本。 一般而言，有數種方式可用來重新定義晶片上導線的 連接，其中最重要的一種應用方式之一，即是使用熔絲（fuse) 的方式，藉由熔爆切斷原來晶片上即具有的特定位址熔 絲，即可改變電流的路徑，而使備份用的元件替換有瑕疵 的元件。較常見的應用是以雷射的能量，透過晶片上的熔 請k. 閲 讀 背 1¾ 冬 意 事 I裝 頁 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標李·（ CNS > A4規格（210X 297公筇） A7 B7 五、發明説明（） 絲窗（fuse window)，來燒斷晶片上代表特定位址的熔絲。 以動態隨機存取記憶體（dynamic random access memory; DRAM)為例，通常在一個記憶艘的陣列外，會額 外形成一排或多排及一列或多列的備用記憶胞（memory cell)，在傳統的設計之中，溶絲大多是由晶片上連線結構 中的第一多晶矽導線（p〇ly-l)及第二多晶矽導線（poly-2)形 成，藉由將具有其定義位址對應的特定熔絲熔斷，即可將 瑕疵的記憶胞以無缺陷的備用記憶胞取代。 參見第一 a圖所示，即為一晶片上溶絲窗1〇的示意 圖，熔絲窗10通常是藉去除介電層或保護層12, 14，及16 的方式’以形成開口於熔絲18之上，而在修補過程之中， 雷射的能量即可經由熔絲窗1 0將熔絲1 8燒斷。 以形成多晶矽層的熔絲而言，在第一多晶矽導線 (poly-1)及第二多晶矽導線（p〇ly-2)形成之後，往往為了配 合熔絲及熔絲窗的結構，增加製程的複雜度，並減少設計 上的自由度，因此為了減少於形成金屬線之後再形成熔絲 窗所需的繁複的光罩及蝕刻的製程’目前的趨勢之一，即 是使用形成於金屬導線層上的金屬熔絲，來取代傳統的多 晶矽熔絲，而使製程大為簡化。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 ---------裝-- (請先閱讀背面之注意事填寫本頁) 線 在熔絲結構的應用之中，為了能於後續的修復過程中 進行熔絲熔斷的步驟，必須於熔絲的上方形成熔絲窗之開 口，然而此種熔絲窗或熔絲窗開口的形成進一步產生新的 問題，由於熔絲窗是由挖開數層介電層或保護層而形成，
本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Λ4規格（210x29*7公FT 經濟部中央標準局貝工消f合作社印1i A7 _-_____H7 五、發明説明（） 因而會使介電層或保護層間的界面處外露，導致外界水 氣、離子及雜質等由界面處入侵的問題’一般常見的問題， 即是水氣及雜質會由介電層間外露的界面處、侵入内部的 導線結構及，甚至侵入至基材上的其他元件，而導致其材 質與水氣、離子及雜質等發生化學反應，產生氧化或腐蝕 等的問題’進一步使其操作特性受到影響或破壞，使產品 的可靠度及良率大為下降。 因此’目前需要設計一種有效形成熔絲及熔絲窗結構 的製程’可同時藉由形成熔絲窗前後段製程的設計，解決 溶絲窗開口形成時所造成的水氣及雜質入侵的問題，以提 昇產品的特性及良率。 發明目的及概述： 本發明的目的為提供一種形成具防水保護之凸起型金 屬熔絲結構的製程方法。 本發明中提出一種形成凸起型金屬熔絲結構的製程方 法’可以金屬熔絲取代傳統的多晶矽熔絲，以簡化溶絲設 計在製程應用上的複雜程序。 本發明中提出一種形成凸起型金屬熔絲結構的製程方 法’以形成於炼絲窗之介電層處、具良好防水保護之凸起 型熔絲結構。 本發明的另一目的為提供一種形成具良好防水保護之 被覆膜層熔絲窗及凸起型熔絲結構的方法，以解決水氣及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X29·?公錄> ---------參-- ' (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 訂 A7 ΙΠ 五、發明説明（） 雜質入侵的問題。 本發明中形成具保護之熔絲結構的方法可包含以下步 驟：首先提供一半導體基材，基材上具有第一導線層，第 一導線層内包含熔絲及導線結構，第一導線層下方具有下 方介電層；並形成第一介電層於第一導線層之上：接著去 除部分之第一介電層以形成金屬導線連接洞及熔絲開口於 第一介電層内，金屬導線連接洞係延伸至導線結構，熔絲 開口係形成於熔絲上方處，並延伸至熔絲周圍處，以去除 熔絲周圍處部分之下方介電層，並曝露出第一介電層與下 方介電層之接面；之後形成第二導線層於金屬導線連接洞 内及其上方；接著再形成被覆膜保護層於第二導體結構及 熔絲開口之上。本發明中之方法，並可於被覆膜保護層形 成後，加入去除部分第二導線層上方共構之被覆膜保護 層，以形成接觸墊開口的步驟。 圖式簡單說明： 第一 a圖 顯示傳統之熔絲窗結構的截面示意圖。 第一圖 顯示本發明中形成一第一介f層於第一導 線層之上、並去除部分之第二介電層以形成 金屬導線連接洞及熔絲開口於第一介電層 内之截面示意圖。 第二圖 顯示本發明中形成第二導線層於金屬導線
I 連接洞内及其上方之截面示意圖。 本紙張尺1 度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210Χ297公犛） --^-------批衣| 請先閱讀背面之注意事寫本頁
-1T 線 經滴部中央標準局員工消費合作社印奴 A7 __ΙΠ 五、發明説明（） 第三圖 顯示本發明中形成一被覆膜保護層於第二 導艎結構及溶絲開口之上的截面示意圖。 第四圖 顯示本發明中去除部分第二導線層上方之 被覆膜保護層，以形成接觸墊開口於基材上 其他區域的截面示意圖。 第五圖 顯示本發明中形成形成一光爲層於該被直 膜保護層上、並定—義接觸塾開口區域於光阻 層内之截面示意圖。 第六圖 顯示本發明中定義溶絲窗區域於光阻層内 之截面示意圖。 發明詳細說明： 本發明的目的為提供一種形成凸起型金屬熔絲結構的 製程方法’可提供介電層接面處具良好防水保護之熔絲 窗’解決傳統製程於形成熔絲窗時所引發的水氣及雜質入 侵的問題’以形成具防水保護之凸起型金屬熔絲結構，以 增加製程的控制性及產品的良率，提昇具溶絲設計之產品 的可靠度。 經滴部中央標準局負工消费合作社印聚 --^------:;1 裝— {請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 在不限制本發明的精神及應用範圍下，以下以在半導 體基材上，使用兩層金屬導線層之產品的結構、以及相配 合熔絲窗的製程為例’介紹本發明之實施。而本發明中形 成具有側壁保護之溶絲窗的方法，可整合於一般金屬化連 線製程（metallization)中，並形成熔絲結構於多層導體連線 本紙張尺、度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公趁） A7 Η 7 五、發明説明（） 結構中的其中一層内；因此’熟悉此領域技藝者，當可利 用相近之方式，運用於各種形成熔絲窗的過程之中，並與 形成不同層數導線層結構的製程相整合，其可於實施時變 化之細節即不赘述。 參見第一圖所示，首先提供一半導體基材30，一般最 常使用做為基材30的材質是矽材質、晶向為<100>之基材， 亦可視不同之需要而使用不同晶向或不同材質基材。基材 30上具有第一導線層34，第一導線層34内包含熔絲34a 及導線結構34b，第一導線層34下方具有一下方介電層 32。第一導線層34 —般係使用金屬層，並可包含一層氮化 缺之抗反射層34c形成於其上表面處；以本例中使用兩層 金屬導線結構之產品為例’下方介電層32可採用做為中間 層介電層（inter-layer dielectric; ILD)之氧化梦層，下方介 電層32之下可為多晶矽層或其他的元件結構。 經濟部中央標準局兵工消费合作社印裝 (請先閲讀背面之注意事項4填寫本頁) 接著並形成第一介電層36於第一導線層34之上，第 一介電層36可使用全面沈積的方式加以形成，本例中之第 一介電層 36可使用做為金屬層間介電層（inter-metal dielectric; IMD)之氧化矽層，一般做為金屬層間介電層 (IMD)之氧化矽層，可使用多層的、以不同方式形成的氧化 矽層，並加入電漿回蝕刻以使其平坦化的過程，例如可組 合分別由化學氣相沈積（chemical vapor deposition; CVD)、 旋塗玻璃（spin-on-glass; SOG)、及以四乙基碎酸鹽（tetra-ethyl-ortho-silicate; TE0S)方式形成的多層氧化矽結構，以 本紙張尺、度適用中國國家標隼（CNS ) Λ4規格（210X29·?公炝） ------- 五、發明説明（） ' 提供良好的覆蓋性、介電特性、以及表面平坦度。 (請先閱讀背面之注意事填寫本頁 -裝· 訂 在形成第一介電層36之後，即去除部分之第一介電層 %、同時形成金屬導線連接洞38及熔絲開口 4〇於第一介 電層36之内，金屬導線連接洞38係延伸至導線結構34b， 熔絲開口 4 0係形成於熔絲3 4 a的上方處，並使用過度蝕刻 (over-etch)的方式向下延伸至熔絲3粍的周圍區域，以去除 熔絲34a周圍處部分之下方介電層32，並曝露出第一介電 廣36與下方介電層32之接面，如第一圖中所示，以於後 續的製程中形成保護性的側壁於兩介電.層交界的界面處。 以本例中使用氮化鈦層做為抗反射層之第一導線層34 而s ’金屬導線連接洞38及溶絲開口 40形成時，係包含 持續進行運用過度蝕刻（over_etching)製程的去除步驟、直 到去除掉第一導線層上表面之抗反射層34c為止。 本例中形成金屬導線連接洞3 8及熔絲開口 4 0的方 式’是先後採用溼钱刻及乾姓刻的製程，以形成金屬導線 連接洞3 8及熔絲開口 4 0上方開口較寬的形狀；在等向性 的溼蝕刻的過程中，會形成金屬導線連接洞38及熔絲開口 40上半部開口較大的形狀；再於非等向性的乾蝕刻的製程 中’向下蝕刻形成較為垂直的側壁形狀，如第一圖中所示。 經濟部中央樣準局貞工消费合作社印製 在傳統的製程中，形成金屬導線連接洞38及熔絲開口 40的過程，是以兩個分別獨立的製程加以進行，一般是先 形成金屬導線連接洞、並填入後續的導體層之後，再以另 外的製程形成熔絲開口。而在本發明中則可以同一過程達 本紙張尺、度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公及） ί 經濟部中央梯準局貝工消費合作社印繁 A7 __B7______五、發明説明（） 成金屬導線連接洞3 8及熔絲開口 40之蝕刻，因而可減少 所需使用的光罩數目’並減少所需進行的製程步驟。 之後並形成第二導線層42於金屬導線連接洞38内及 其上方，如第二圖中所示，第二導線層42可為單一的導艘 材質、或是使用多層的導體材質結合，並使用多次的沈積 或濺鍍混合形成，再利用包含電漿蝕刻之圖案化製程定義 其連接圖案，形成如圖示中的導線結構，而形成第二導線 層42。本例中之第二導線層可包含圖中所示的鈦層42a、 鋁銅層42b、及氮化鈦層42c。 參見第三圖所示，接著形成被覆膜保護層44於第二導 體結構42及熔絲開口 40之上，被覆膜保護層44可有效的 覆蓋於第一介電層36與下方介電層32間的接面’以形成 具良好保護性的側壁於兩介電層交界處’防止外界水氣及 雜質的入侵。被覆膜保護層可使用多種不同具防護性的材 質，例如使用氮化矽層、或是使用氧化矽層與氮化矽層的 組合等。本例中保護層44可使用氧化矽層及氮化矽層之組 合，可先以電漿助增化學氣相沈積（Plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD)形成氧化梦層，其厚度 約為1 000埃（angstrom)至3000埃之間，再同樣以電漿助增 化學氣相沈積方式形成氮化矽層於氧化矽層之上，其厚度 約為3000埃至8000埃之間。此外，保護層44亦可僅使用 氮化矽層，並同樣以電漿增強之化學氣相沈積方式形成厚 度約為4000埃至10000埃之間的氮化矽層。 請先閲讀背面之注意事^^填寫本頁 .裝.
、1T 線 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Α4規格（210X297公及） 經濟部中央標準局貝工消费合作社印聚 五、發明説明（） 而在被復膜保護層44形成後，並可進一步加入後續的 製程，以完成完整的連線及上方保護層結構，首先參見第 四圈所示，可去除部分基材30上其他區域處、例如形成對 外連線區域之中、部分的第二導線層42上方之被覆膜保護 層44，以形成接觸墊開口 48 β本例中接觸墊開口 48形成 之方式，可利用光阻層46定義所須挖開的區域，再配合蝕 刻的製程來去除部分的被復膜保護層44。以本例中使用多 層結構的第二導線層42而言，接觸墊開口 48形成時，係 包含進行去除步驟、直至去除第二導線層42上表面之氮化 鈦層42c為止，之後並去除用以定義開口區域的光阻層46。 在形成上述之接觸墊開口 48後，並可形成另一光阻層 50於被復膜保護層上’如第五圓及第六圖中所示；並於光 阻層50内定義出第六圖中所示的熔絲窗區域54、以及第五 圖中的接觸墊開口區域52，熔絲窗區域54係位於熔絲34a 的上方，接觸墊開口區域52則位於原來接觸墊開口 48上 方。本例中之光阻層50可使用一般常應用的有機高分子材 料’例如使用聚亞醯胺（polyimide)層等，以同時做為一上 方保護層之用，可於形成熔絲窗區域54及接觸墊開口區域 52之後加以保留。因此可於蝕刻定義熔絲窗區域54、以及 接觸整開口區域52的步驟後，加入一熱洪烤（thermalcuring) 製程，以使有機高分子層50材質經過烘烤處理而變得較為 硬結密實，增進其做為上方最後一道保護層的特性，以本 例而言，烘烤處理的溫度約為300°C至450°C β 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4规袼（210X297公焓） .. ·—裝 訂 一 | 务 (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) A 7 Η 7 五、發明説明（） 因此，藉由本發明中形成凸起型金屬熔絲結構的製程 方法，可提供介電層接面處具良好防水保護的結構，解決 傳統製程中的水氣及雜質由介電層界面處入侵的問題，可 增加產品的良率，減少使用熔絲設計之產品因製程設計不 良所產生的問題。 本發明以一較佳實施例說明如上，僅用於藉以幫助了 解本發明之實施，非用以限定本發明之精神，而熟悉此領 域技藝者於領悟本發明之精神後，在不脫離本發明之精神 範圍内，當可作些許更動潤飾及等同之變化替換，其專利 保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。 --^-------裝— 請先閱讀背面之注意事項 寫本頁 訂 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 本紙張尺.度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公犮）