TW406297B - Semiconductor device and manufacture therefor - Google Patents
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Description
40d297 五、發明說明(1) 【發明背景 發明之領域 本發明關於一種半導體裝置及其製造方法,特別是具 有用以將不良電路置換為冗餘電路之保險絲的半導體裝置 及其製造方法。 【習用技術】 ' 半導體裝置中,於晶圓檢查製程,對判定為不良之晶 片,有時會藉由將晶片中之保險絲以雷射光照射切斷,將 不良電路置換為冗餘電路,而成為良品。例如,具大容量 記憶之半導體裝置中,於記憶格陣列(m e m 〇 r y c e 1 1 array)中,先形成冗餘位元格。於晶片檢查製程中,將 不良之位元格置換為正常之冗餘位元格,可將不良晶片修 補成良品。 目前,半導體積體電路隨著高積體化及晶片大型化, 提升晶片製程之生成量成為一大課題,藉由切斷保險絲而 置換為冗餘電路,成為提升生成量之有效方式。 以往,大多數係以與MOS電晶體之閘電極相同配線層 之多晶矽等,做為半導體裝置之保險絲,近年來,為了因 應多層配線之半導體裝置,如圖7及圖8所示,設計出由金 屬配線及金屬插塞(ρ 1 u g)所構成之保險絲構造(參考特開 平9 - 0 0 0 4 5 8 2號說明書)。以下,以圖7及圖8說明習用例之
五、發明說明(2) 40629? 半導體裝置。 圖7 ( a)為具有切斷前保險絲之習用例的半導體裝置之 平面圖。圖7(b)為圖7(a)之A-A線剖面圖。如圖7所示,於 半導體基板上所形成之特定元件或配線層(省略圖示)等之 上,形成層間絕緣膜1 0 1,並於其上形成下層金屬配線 1 0 2。又,於層間絕緣膜1 0 1及下層金屬配線1 0 2之上,形 成層間絕緣膜1 0 3,再於其上,形成與下層金屬配線1 0 2部 分重疊之上層金屬配線104。下層金屬配線102與上層金屬 配線1 0 4,以金屬插塞1 0 5電性連接。層間絕緣膜1 0 3及上 層金屬配線1 0 4之上,形成層間絕緣膜1 0 6,而於層間絕緣 膜1 0 6上,形成保護膜1 0 7。於層間絕緣膜1 0 6及保護膜1 0 7 中,金屬插塞1 0 5之上,維持層間絕緣膜1 0 6特定之厚度, 而形成開口部1 〇 8。 下層金屬配線102及上層金屬配線104,與選擇冗餘電 路之電路(雀略圖示)接在一起,藉由切斷兩配線之電性連 接,使得不良電路成為非選擇狀態,而選擇冗餘電路。此 切斷之施行方式,如圖8所示,自開口部1 0 8内,對著金屬 插塞1 0 5照射雷射光,使上層金屬配線1 0 4之一部份蒸發。 圖8所示為:圖7之保險絲構造照射雷射光後之狀態。 圖8 ( a )為具有切斷後保險絲之半導體裝置的平面圖。 圖8(b)為圖8(a)之A-A線剖面圖。以雷射光照射,可瞬間 蒸發金屬插塞1 〇 5上之上層金屬配線1 0 4之一部份。此蒸發 為爆發式產生,因此被開口而變薄之層間絕緣膜1 〇 6被吹 散,形成孔1 0 9,蒸發後金屬於孔1 0 9再沈積,形成金屬膜
--Mimi-— 五、發明說明(3) 1 1 0 ’但因孔1 0 9之底部不殘留金屬,使得上層金屬配線 104與金屬插塞105電性分離。因此,上層金屬配線1〇4與 下層金屬配線1 0 2成為電性絕緣狀態,而置換不良電路。 在此,以習用技術之一例,說明層間絕緣膜之形成方 法。近年來,大多使用以高密度電漿CVD(Chemical Vapor Deposition)法所製成之埋入型氧化膜,做為半導體裝置 之層間絕緣膜。此為以電子環繞共振(ECR : Electron Cyclotron Resonance)或高頻電流所造成之電感式耦合 (ICP : Inductively Coupled Plasma)等方法,製造出高 密度之電漿,激發反應氣體而成膜之技術,若與對基板以 外加偏壓之濺鍍效果併用,則可埋入高長寬比之細溝。而 且,與CMP(Chemical Mechanical Polishing)技術結合使 用,可於短時間内形成整體的平坦化層間膜。 此外,在近年之多層配線所對應的層間絕緣膜,為降 低寄生電容,要求低介電常數。若以高密度電漿CVD形成 添加氟之矽氧化膜(Si〇F)時,可製成相對介電常數為 3 · 2 ~ 3 · 5左右之低介電常數的層間絕緣膜。但是,添加氟 之矽氧化膜具有高吸濕之特色。 【本發明欲解決之課題】 如圖7及圖8所示之半導體裝置中,下層金屬配線102 及上層金屬配線104,與構成晶片中其他邏輯電路之金屬 配線於同一製程中形成。此時’若以高密度電漿C V D所製
五、發明說明(4) ' 之添加氟之矽氧化膜,做為層間絕緣膜1 0 3、1 0 6,可同時 達到填充細溝、整體性平坦化、及低介電常數之效果。 但是,如圖7及圖8所示之半導體裝置,其使用添加氟 之矽氧化膜等高吸濕性之氧化膜時,會產生下述問題。 首先,如圖7及圖8所示之半導體裝置中,因於保險絲 構造上方之保護膜1 0 7及層間絕緣膜1 0 6上,設有開口部 1 0 8,使得水分自開口部1 0 8進入由高吸濕性膜所形成之層 間絕緣膜1 0 6,而造成可靠性之問題。一般之半導體裝置 中,因以聚醯亞胺(polyimide)類樹脂等所製成之保護膜 覆蓋晶片全體,故層間絕緣膜之吸濕性不會立刻成為問 題;而圖7及圖8所示之半導體裝置,因為於保護勝107上 設有開口部1 0 8,水分自此部分進入層間絕緣膜1 0 6,而產 生金屬配線腐蝕等可靠性之問題。 圖8之切斷後保險絲構造中,因切斷面露出於外部, 造成金屬配線腐#或艮成樹狀突起(d e n d r i t e),可能使得 應該切斷之保險絲又再度相接。此現象之發生,與層間絕 緣膜之吸濕性無關,特別是將晶片封裝成模組時會產生問 題。 而且,如圖7及圖8所示之半導體裝置中,對保險絲下 面元件之影響也是問題。圖7與圖8所示之半導體裝置中, 因以金屬釔線形成保險絲構造,故可於保險絲下面形成電 晶體等元件,但於保險絲下面形成Μ 0 S電晶體時,自開口 部1 0 8進入層間絕緣膜1 〇 6之水分,會擴散至閘極氧化膜 旁,造成電荷之下降準位(drop level ),而成為熱載子而ί
五、發明說明: ^ 受度劣化之原因。 以上所述之問題,起因於圖7及圖8中保護膜107上之 開口部1 0 8。因此,如圖9所示,可設計無開口部之保險絲 構造。 圖9 ( a)為具有切斷前保險絲(無開口部)之半導體裝置 之平面圖。圖9 (b ).為圖9 (a )之A - A線剖面圖。圖9之保險絲 構造,以雷射光照射金屬插塞1 0 5上之上層金屬配線1 0 4 時,上層金屬配線1 0 4之一部份被瞬間蒸發,但因為無開 口部,故上層之層間絕緣膜1 0 6及保護膜1 0 7僅是變形,不 會被吹散,而蒸發後之金屬於底部再次沈積,以致無法有 效切斷。圖1 0所示為:圖9之保險絲構造照射雷射光後之 狀態。 圖1 0 (a )為具有切斷後保險絲(無開口部)之半導體裝 置的平面圖。圖1 0 ( b )為圖1 0 ( a )之A - A線剖面圖,因照射 雷射光而一度蒸發之金屬,因無處可去,故又再次沈積, 形成金屬膜1 1 1。此狀態時,因為有保護膜1 〇 7,故無上述 可靠性之問題,但因為再次沈積之金屬膜1 1 1成為電流通 路,造成切斷生成量大幅下降。 本發明之目的,在於提供一種半導體裝置及其製造方 法,其具有即使採用添加氟之矽氧化膜等高吸濕性之膜 時,亦不會產生可靠性問題之保險絲構造。 【解決問題之方式】
40β2^7 五、發明說明(6) 為了達成上述目的,根據本發明之半導體裝置,具 有: 下層配線,形成於基板上; 上層配線,介著第1層間絕緣膜,形成時與上述下層 配線至少有部分重疊區域; 導體部,於上述重疊區域,電性連接上述下層配線及 上層配線,並具保險絲功能, 上述第1層間絕緣膜與上述上層配線上所形成之第2層 間絕緣膜在前述導體部附近具有設於上述上層配線之單側 或兩側的空隙。 又,在上述第2層間絕緣膜上有保護膜存在,上述保 險絲切斷之前後,上述第2層間絕緣膜不會露出。 又,上述第2層間絕緣所具有之空隙,是利用與上述 上層配線平行設置之配線形成。 又,上述保險絲之切斷是以雷射光照射,使前述上層 配線之一部分蒸發,於上述空隙内再沈積而成。 又,將上述導體部於基板面上錯開排列而成。 又,僅於上述上層配線之單側設配線,並於其間設空 隙。 又,上述空隙設於細溝上。 又,根據本發明之半導體裝置之製造方法,於半導體 基板上形成下層配線; 介著第1層間絕緣膜,與上述下層配線至少有部分重 疊區域,形成上層配線;
第10頁 五、發明說明(7) 於上述重疊區域中,具保險絲功能之導體部電性連接 上述下層配線及上層配線; 於上述第1層間絕緣膜及上述上層配線上,形成第2層 間絕緣膜,其於上述導體部附近之上述上層配線之單側或 兩側具有空隙。 又,上述保險絲切斷,是以雷射光照射,將前述上層 配線之一部分蒸發後,於上述空隙内再沈積而成。 【圖式之簡單說明】 本發明之上述及其他目的、優點和特色由以下較佳實( 施例之詳細說明中並參考圖式當可更加明白,其中: 圖H a)為與本發明之實施例1相關,具有切斷前保險 絲之半導體裝置之平面圖。(b )為(a )之A - A線剖面圖。 圖2 ( a)為與本發明之實施例1相關,具有切斷後保險 絲之半導體裝置之平面圖。(b )為(a )之A - A線剖面圖。 圖3為與本發明之實施例2相關,具有切斷前保險絲陣 列之半導體裝置之平面圖。 圖4為與本發明之實施例2相關,具有保險絲陣列之半 導體裝置之平面圖,其因雷射光照射,一部份保險絲已被 切斷。 圖5為與本發明之實施例3相關,具有切斷前保險絲陣( 列之半導體裝置之平面圖。 圖6為與本發明之實施例3相關,具有保險絲陣列之半
第11頁 ——4r0&^m-- 五、發明說明(ή 導體裝置之平面圖,其因雷射光照射,一部份保險絲已被 切斷。 圖7 ( a)為與習用技術相關,具有切斷前保險絲之半導 體裝置之平面圖。(b)為(a)之A-A線剖面圖。 圖8 ( a)為與習用技術相關,具有切斷後保險絲之半導 體裝置之平面圖。(b)為(a)之A-A線剖面圖。 圖9 ( a )為與習用技術相關,具有切斷前保險絲(無開 口部)之半導體裝置之平面圖。(b)為(a)之A-A線剖面圖。 圖1 0 ( a)為與習用技術相關,具有切斷後保險絲(無開 〇部)之半導體裝置之平面圖。(b)為(a)之A-A線剖面圖。 【符號說明】 1 層間絕緣膜 2 下層金屬配線 3 層間絕緣膜 4 上層金屬配線 5 金屬插塞 6 金屬配線 7 層間絕緣膜 8 空隙 9保護膜 10 金屬膜 1 0 1 層間絕緣膜
第12頁 406297 五、發明說明(9) 1 0 2 下層金屬配線 1 0 3 層間絕緣膜 1 0 4 上層金屬配線 1 0 5 金屬插塞 1 0 6 層間絕緣膜 1 0 7 保護膜 1 0 8 開口部 1 09 孔 1 10 金屬膜 • 1 1 1金屬膜 【較佳實施例之詳細說明】 以下,以圖說明本發明之實施例。 (實施例1) 圖1(a)為具有切斷前保險絲之半導體裝置之平面圖。 圖1(b)為圖1(a)之A-A線剖面圖。 如圖1所示,於半導體基板上所形成之特定元件或配 線層等(省略圖示)之上’形成層間絕緣膜1 ’並於其上形 成下層金屬配線2。又,於層間絕緣膜1及下層金屬配線2 之上,形成層間絕緣膜3,並於其上形成與下層金屬配線2 部分重疊之上層金屬配線4。下層金屬配線2與上層金屬配
第13頁 五、發明說明(10) 線4,藉由金屬插塞(導體部)5而電性連接。與上層金屬配 線4平行,於上層金屬配線4之兩側,形成金屬配線6。於 層間絕緣膜3、上層金屬配線4、及金屬配線6上,形成層 間絕緣膜7。在此,於上層金屬配線4與金屬配線6間之層 間絕緣膜7中,設有空隙8。於層間絕緣膜7上形成保護膜 下層金屬配線2及上層金屬配線4,與選擇冗餘電路之 電路(省略圖示)相接,以切斷兩配線電路之方式,使得不 良電路成為非選擇狀態,而選擇冗餘電路。此切斷之施行 方式為,於圖1中,對著金屬插塞5照射雷射光,使上層金 屬配線4之一部份蒸發。圖2所示為:圖1之保險絲構造被
-P 照射雷射光而切斷後之狀態。 圖2(a)為具有切斷後保險絲之半導體裝置的平面圖。 圖2(b)為圖2(a)之A-A線剖面圖。 以雷射光照射金屬插塞5上之上層金屬配線4時,上層 金屬配線4之一部份會瞬間蒸發。因為此蒸發為爆發式, 使得上層金屬配線4兩側之層間絕緣膜7被吹散。蒸發後金 屬進入空隙8,並再沈積形成金屬膜1 0,但因不殘留於金 屬插塞5上,使得上層金屬配線4與金屬插塞5電性分離。 因此,上層金屬配線4與下層金屬配線2成為電性絕緣狀 態,因而置換不良電路。 依本實施例1,不論保險絲切斷前(圖1 )或保險絲切斷 後(圖2 )之狀況,皆存有保護膜9,因此水分不會進入層間 絕緣膜7,故不會產生可靠性之問題。
第14頁 五、發明說明(11) νν/Λί7 » 接著,以具體例,說明與本實施例1相關之半導體裝 置之製造方法。如圖1所示之半導體裝置,具體而言,可 如下述方法構成。層間絕緣膜1、層間絕緣膜3、及金屬插 塞5,可將使用高密度電漿CVD法所堆積而成之添加氟之矽 氧化膜,以CMP法研磨而得。又,下層金屬配線2與上層金 屬配線4,可由鋁形成;金屬插塞5可由埋入鎢或.紹而形 成。其中,上層金屬配線4之線寬較下層金屬配線2為大, 且於金屬插塞5附近,上層金屬配線4可覆蓋住下層金屬配 線2。此設計在於防止:當以雷射光照射切斷保險絲時, 雷射光亦照射到下層金屬配線2,造成預期外之損害。此 外,下層金屬配線2與上層金屬配線4,亦可為具贵由氮化 鈦等所成之屏障金屬膜(barrier metal)及反射防止膜之 層積結構。又,保護膜9可使用聚醯亞胺類之樹脂膜。 接著,說明空隙8之形成。首先,以金屬插塞5為中 心,以非常長且窄之間隔形成上層金屬配線4及金屬配線 6。此時,以上層金屬配線4及金屬配線6做為蝕刻之光 罩,將層間絕緣膜3稍微向下挖,於上層金屬配線4及金屬 配線6間形成細溝8 a。 接著,於形成層間絕緣膜7時,採用併用高密度電漿 及對基板施加RF偏壓之濺鍍效果的裝置。藉由調節施加於 基板之偏壓,使得細溝8 a未充分填充,而形成如圖1所示 之空隙8。 圖1所示之保險絲構造之切斷,具體而言,可以如下 方式施行。使用波長卜1.3仁111左右之半導體激發個體雷
第15頁 -侧辦- 五、發明說明(12) 射,做為雷射光源。以比上層金屬配線4之線寬為大之孔 徑,於金屬插塞5上施行脈衝式雷射光照射。此時之雷射 光,不會被由聚醢亞胺類樹脂等所製成之保護膜9所吸 收,而到達由鋁所製成之上層金屬配線4,為其所吸收, 使得溫度上升,引起爆發式之鋁蒸發。 因此爆發式之銘蒸發,使得上層金屬配線4侧面之層 間絕緣膜7被吹散,金屬插塞5上之鋁消失殆盡,下層金屬 配線2與上層金屬配線4成電性絕緣狀態。又,如上所述, 不論保險絲切斷前或切斷後之狀況,皆存有保護膜9,因 此水分不會進入由高吸濕性之添加氟的矽氧化膜所製成之 層間絕緣膜7,故不會產生可靠性之問題。 (實施例2) 於採用保險絲,置換大容量記憶體之不良晶片時,多 數之保險絲配置成陣列狀。但是,將實施例1 (圖1及圖2) 之保險絲單純排列時,會產生下述問題。圖1之保險絲, 依雷射光照射條件,有時上層金屬配線4與相鄰之金屬配 線6會發生短路。若使用單一個圖1之保險絲時,即使上層 金屬配線4與相鄰之金屬配線6發生短路,亦無特別問題。 但是,若使用複數個圖1之保險絲時,因2個保險絲共用金 屬配線6,可能造成2個保險絲短路,故最好避免。亦即, 排列複數個圖1之保險絲時,每個保險絲必須個別具備2個 金屬配線6。此使得面積不得不增加。
第16頁 -4〇eS97- 五、發明說明(13) 本發明之實施例2,當排列複數個圖1之保險絲時,其 構成為:將相鄰保險絲之金屬插塞5之位置錯開,且相鄰 保險絲間,下層金屬配線2與上層金屬配線4之位置相反, 以將面積增加控制在最小限度。接著,以圖3及圖4,說明 與本發明之實施例2相關之半導體裝置。 圖3為:具有切斷前保險絲陣列之半導體裝置之平面 圖。每個保險絲具有與圖1相同之構成。又,每個保險絲 之下層金屬配線2與上層金屬配線4,與選擇冗餘電路之電 路(省略圖示)相接。藉由切斷兩配線之電性連接,使得不 良電路成為非選擇狀態,而選擇冗餘電路。 圖4為:具有保險絲陣列之半導體裝置之平黾圖,其 因雷射光照射,一部份保險絲已被切斷。由圖4可知,即 使以雷射光照射,造成上層金屬配線4及金屬配線6短路, 亦不會造成相鄰保險絲間短路。 如以上說明,依本發明之實施例2,以雷射光照射切 斷保險絲後,亦不會發生造成相鄰保險絲間短路,而且也 可以小面積構成保險絲陣列。當然,每個保險絲具有同於 圖1之構成,不會產生可靠性之問題。 (實施例3) 本發明之實施例3,與具有以陣列狀排列之保險絲之 半導體設備相關,具有如圖5及圖6之構成。以下,以圖5 及圖6說明根據本發明之實施例3的半導體裝置。
第17頁 40^297- 五、發明說明(14) 圖5為:具有切斷前保險絲陣列之半導體裝置之平面 圖。本實施例3為縮小保險絲陣列之另一種機構,其僅單 側設置相鄰於各保險絲之上層金屬配線4的金屬配線6,其 他構成與圖1所示之實施例1完全相同。 圖6為:具有保險絲陣列之半導體裝置之平面圖,其 因雷射光照射,一部份保險絲已被切斷。以雷射光對著金 屬插塞5照射,上層金屬配線爆發式蒸發,面對空隙8之層 間絕緣膜被吹散。蒸發後之金屬於空隙8中再沈積,形成 金屬膜10,但因不殘留於金屬插塞5上,使得上層金屬配 線4與金屬插塞5電性分離。因此,上層金屬配線4與下層 金屬配線2成為電性絕緣狀態,而置換不良電路。_ 本實施例3,與實施例1及實施例2不同,雖然空隙8僅 設於上層金屬配線4之單側,但適當地調整雷射光照射條 件,可獲得充分之切斷生成量。 此外,於此實施例3中,不論於保險絲切斷前或切斷 後之狀況,皆存有保護膜9,因此水分不會侵入層間絕緣 膜,故不會產生可靠性之問題。 【發明效果】 依以上所述,本發明因於保護膜上不設開口部,而能 切斷金屬保險絲,故即使以高吸濕性之膜做為層間絕緣 膜,亦不會產生可靠性之問題,可提供高品質之半導體裝 置。
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第18頁
Claims (1)
- -- 六、申請專利範圍 1. 一種半導體裝置,其特徵為具有: 下層配線,形成於基板上; 上層配線,形成時介著第1層間絕緣膜,與該下層配 線至少有部分重疊區域; 導體部,於上述重疊區域中,與該下層配線及上層配 線電性連接,並具保險絲功能; 其中於形成於該第1層間絕緣膜及該上層配線上之第2 層間絕緣膜中,形成空隙於該導體部附近之該上層配線之 單側或兩側。 • 2.如申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中該第2 層間絕緣膜上存有保護膜,保險絲切斷前後時,該第2層( 間絕緣膜不會露出。 3. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中該第2 層間絕緣所具之空隙,是利用與該上層配線平行之配線所 形成。, 4. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中該保險 絲切斷是以雷射光照射,將該上層配線之一部分蒸發後, 於上述空隙内再沈積而成。/ 5. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中將該導 體部於基板面上錯開排列而成。 6. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中僅於該( 上層配線之單側設配線,並於其間設空隙。 7. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置,其中上述空 隙設於細溝上。,第19頁 六、申請專利範圍 406297 8. 一種半導體裝置之製造方法,包含: 於半導體基板上形成下層配線; 介著第1層間絕緣膜,與上述下層配線至少有部分重 疊區域,形成上層配線; 於上述重疊區域中,具保險絲功能之導體部,與上述 下層配線及上層配線電性/連接; 於上述第1層間絕緣膜及上述上層配線上,形成第2層 間絕緣膜,其於上述導體部附近之上述上層配線之單側或 兩側具有空隙。 • 9.如申請專利範圍第8項之半導體裝置之製造方法, 其中上述保險絲切斷是以雷射光照射,將前述上層配線之( 一部分蒸發後,於上述空隙内再沈積而成。/第20頁
Applications Claiming Priority (1)
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