五、 407358 A7 B7 發明説明（ 域： 本發明係與一種半導體製程有關，料 具有μ 将別是有關於一種 心浮防護環（floating guard ring)之炫软外 製葙 •峪絲窗（fuse window) i ’可減少所使用的光覃數目。 景： 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印製 電容 種應 以探 有職 備份 範或 件的 因此 增加 連接 的方 變電 常見 在積趙電路的設計中’於晶片上製造備份用的元件或 *己憶胞等以取代有瑕庇或缺陷的元件或記憶胞，是一 用上相當重要的觀念，在元件的製程完成後，會進行 釺或接觸針測試晶片的過程（Chip probe test)，以找出 疫的元件；再以重新定義晶片上導線連接的方式，使 用的元件替換有瑕疵的元件，以修補晶片製造上的瑕 缺陷。 藉由晶片修補的過程，可大幅減少晶片上出現瑕疵元 可能性’而增加生產的良率，製造備份元件的方法也 被應用於許多記憶體晶片或是邏輯電路的製造中，以 生產的良率並降低生產的成本。 —般而言，有數種方式可用來重新定義晶片上導線的 ’其中最重要的一種應用方式之一，即是使用熔絲（fuse) 式’藉由打斷原來晶片上即具有的特定熔絲’即可改 流的路徑，而使備份用的元件替換有瑕疵的元件。較 的應用是以雷射的能量，透過晶片上的溶絲窗（fuse 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) M规格（210X297公釐） ---------¾------ΤΓ------0 (請先閱讀背面之>i'意事填寫本頁) ' . 4έ〇7358 Α7 Β7 五、發明説明（ window)，來燐你曰u _ M片上代表特定位址的熔絲。 以動態隨地1 > & 娜许取記憶艘（dynamic random access m_ry; DRAM)為例，通常在一個記德體的陣列外會額 外形成一排或多她a ，上方 卻及一列或多列的備用記憶胞（memory cells) 而熔絲可由晶片上連線結構中的第一多晶矽導線 (P〇:y ”或是第~多晶矽導線(p〇iy-2)等形成，藉由將具有 其疋義位址對應的熔絲熔斷，即可將瑕疵的記憶胞以無缺 陷的備用記憶皰取代。 參見第一圖所示，即為一晶片上熔絲窗10的示意圊， 溶絲® 1〇通常是藉去除介電層或被覆膜層12, 14，及16 的方式，以形成開口於熔絲1 8之上，而在修補過程之中， 雷射的能量即可經由熔絲窗丨〇將熔絲1 8燒斷。 經濟部中央橾隼局員工消费合作社印製 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，必須嘗試於形成金屬導線連接洞（via contact)的製程中，同時形成熔絲窗之開口，然而此種熔絲 窗或熔絲窗開口 1 〇的形成進一步產生新的問題，由於熔絲 窗ίο是由挖開數層介電層或被復膜層12、14、及16而形 成’因而會使介電層或被復膜層12、14、及16間的界面處 外露’導致外界水氣、離子及雜質等由界面處1〇a及l〇b 入侵的問題’水氣及雜質會由界面處1〇&及10b侵入内部 的導線結構22及24’甚至侵入至基材上的元件，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 本纸張尺度適用中國國家榇準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 407358五、發明説明（） 方 上 的 8 * -1 絲 熔 時 ο Til 窗 絲 。熔 降成 下形 為中 大程 率製 良的 及統 度傳 靠在 可且 的 品 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 會留下如第一圖中所示之介電層26,介電層26通常是數千 埃厚、具透光性或透明性的材質，如氡化矽等，而在以雷 射燒斷熔絲1 8的過程中，必須以很高的能量將介電層26 炸開，以使熔絲1 8能確實的熔斷且成為斷路，此一高能量 的要求會使得雷射修補的過程較不易控制，且較易產生因 熔絲i 8未能完全熔斷而導致洩漏電流的問題，而使得雷射 修補過程的可靠度因而下降。 在目前較先進的半導體製程之中，經常會使用所謂的 自行對準以形成接觸（self -aligned contact; SAC)的製程，除 了 一般應用於第一多晶矽導線（poly-1)結構上外，更可進一 步應用於第二多晶矽導線（P〇ly-2)結構上；也就是在第二多 晶矽導線的上方及兩側形成上方覆蓋之介電材質（cap dielectric)及側壁之介電材質（sidewall dielectric)。 在傳統的製程之中，往往須使用數道光罩及對應的微 影及蝕刻製程，來形成熔絲窗，此種須用多個光罩的繁複 製程導致製造的成本及時間大為增加。對於具有上方介電 材質及側壁介電材質之熔絲結構而言，亦必須進一步發展 更為簡化及有效率的製程。 因此目前需要一種具良好防護特性的熔絲窗製程，以 解決熔絲窗開口形成後所造成的水氣及雜質入侵的問題， 並可選擇性提供較易於熔斷的凸起型熔絲結構，以達到縮 (請先閱讀背面之注意事項再？本頁) 本纸張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4此格（2丨0X297公釐） A7 __407358 五、發明説明（） 減光罩製程、降低生產成本、並提昇產品特性及良率的目 的，並增加雷射修補過程的控制性及良率。 發明目的及概述： 本發明的目的為提供一種熔絲窗製程》 本發明的另一目的為提出一種具備浮懸防護環之熔絲 窗製程，可提高熔絲窗結構對溼氣及雜質的防護能；6及特 性。 本發明的再一目的為提供一種熔絲窗製程，以提供具 有懸浮防護環及側壁防水保護結構雙重保護的熔絲窗設 計。 本發明中形成熔絲窗之製程主要可包含以下步驟：首 先提供半導體基材，其上具有熔絲結構及第一介電層於熔 絲結構之上；並形成第一導體層及防護層於第一介電層 上，防護層之區域係大於熔絲窗區域之範圍；再形成第二 介電層於基材上；接著去除部分之第二介電層，以形成連 接洞於第二介電層内、並延伸至第一導體層，並形成熔絲 窗於第二介電層内熔絲結構上方處、並延伸至防護層；之 後形成第二導體層於基材上；並去除部分之第二導體層及 部分之防護層至第一介電層處，以形成第二導體結構於連 接洞内及上方，並向下延伸熔絲窗至第一介電層，以形成 防護環環繞於熔絲窗周圍；再形成被覆膜層於基材上；最 後即去除熔絲結構上方部分之被覆膜層，以於熔絲窗側壁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 裝-----^--訂------線 (請先閱讀背面之注意事項再f本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 407358 A7 B7 五、發明説明（） 上留下被覆膜層側壁。 在上述之去除部分之被覆膜層並留下被覆膜層側壁之 過程中，可包含以下步驟：先形成一光阻層於被覆膜層上； 再定義一開口於光阻層内 '熔絲窗之上方處，開口之區域 較熔絲窗為小；再以光阻層為罩幕，蝕刻被覆膜層。 阇式簡箪說明： 第一圖 顯示傳統製程中所形成之熔絲窗的截面示 意圖。 第二圖 顯示本發明中形成第一導體層及防護層、並 形成第二介電層於半導體基材上之載面示 意圖。 第三圖 顯示本發明於形成連接洞及熔絲窗於第二 介電層内後、再形成第二導體層於基材上之 截面示意圖。 第四圖 顯示本發明中去除部分之第二導體層以形 成第二導體結構、並形成防護環之載面示意 圖。 第五圖 顯示本發明中形成被覆膜層並於熔絲窗側 壁上留下被覆膜層侧壁之截面示意圖。 第六圖 顯示本發明中於去除部分之被覆膜層時，同 時形成接觸墊開口於基材上另一位置處之 截面示意圖。 本紙張尺度逋用中國國家梂準（CNS ) A4说格（210 X 297公釐） ---------批衣--，---—tT------^ (請先閲讀背面之注兔事項再f」本頁) - , 經濟部中夬標隼局員工消費合作杜印製 A7 B7 __407358 五、發明説明（） 發明詳細說明： 本發明中揭露一種具有懸浮防護環的熔絲窗製程，懸 浮防護環可利用多層金屬連線層中的一層加以形成，藉由 懸浮防護環的保護，可大幅提昇對外界溼氣及雜質的防護 效果，本發明中所提出之製程，並具備易於整合至現有之 溶絲窗製程之中的特性，而不需形成額外的膜層。 在不限制本發明的精神及應用範圍下，以下即以一在 半導體基材上，同時形成兩層導線層結構及熔絲窗的製程 為例，介紹本發明之實施。而本發明中形成具有側壁保護 之熔絲窗的方法，可整合於一般金屬化連線製程 (metallization)中形成與定義導線層結構的步驟中，而不僅 限於兩層導體連線結構之產品或製程，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，並與形成不同導線層結構的步驟相整合，其可於 實施時變化之細節即不赘述。 參見第二圖所示，首先提供一半導體基材30，基材30 上並具有熔絲結構3 2及第一介電層3 4於熔絲結構3 2之 上，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 質的基材，一般而言，基材30上會有許多組的的熔絲結構， 但為於便於介紹起見，於圖中僅顯示單一組的結構。 若以一動態隨機存取記憶體（dynamic random access 本紙張尺度逋用中國國家橾準（CNS ) Α4洗格（210Χ297公釐） ---------^-------1T------0 (請先閱讀背面之注1事項再伊1本頁) ' · 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） m e m 〇 r y; D R A Μ)的製程為例，在較佳實施例中，溶絲3 2是 形成於第二多晶矽導線層（poly-2)上。因此，若以應用自行 對準製程於第二多晶矽導線層的產品為例，熔絲3 2形成後 即具有熔絲上方介電材質及熔絲側壁介電材質包復於其上 方及側壁處。熔絲上方介電材質可為一氧化矽層復蓋於熔 絲3 2之上方，熔絲側壁介電材質則可為沿著熔絲3 2側壁 方向延伸形成之氧化矽層側壁結構，亦可與上方氧化矽層 同時形成於熔絲3 2之上。 本例中之第一介電層 34可使用包含多層介電層的結 構，其中一例即是使用單層或更多層多晶矽間氧化層 (i n t e r - ρ ο 1 y s i 1 i c 〇 n ο X i d e; IP 0) 3 4 a 為下方層、其上並可加入 中間介電層（inter-level dielectric; ILD)34b ’而在不同的設 計及製程下，介電層亦可由不同的組合及層數所構成。 接著形成第一導體層36a及防護層36b於第一介電層 34上，為了能於熔絲窗形成後能提供環繞於其四周的防護 結構，防護層3 6b之區域係大於熔絲窗區域3 2ι•之範圍， 在較佳實施例中，防護層 3 6b即可為部分之第一導體層 36a，而與第一導體層36a同時沈積及定義而成，一般而言， 導體層可為多層堆疊而成之結構，例如本例中即可包含插 塞層、阻障層、主要導體層、以及形成於上方的抗反射層 等。 之後形成第二介電層38於基材30的上方，參見第三 圊所示，並去除部分之第二介電層 38，以形成連接洞 40 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注象事項再jv、本頁) .裝-
，1T A7 B7 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印製 五、發明説明（ 於第二介電層38内、並延伸至第一導體層3 6a;同時並形 成溶絲窗42於第二介電層38内、熔絲結構32的上方處、 並延伸至防護層3 6 b。在本例中，可在以蝕刻製程去除部分 之第一介電層38時’姓刻至去除第一導想層36a上方的抗 反射層為止，如圖中所示，以提供第二導體層與第一導體 層3 6a間較佳的導電特性。 在傳統的製程中，形成金屬連接洞40及熔絲窗42是 以兩個分別獨立的製程加以進行，一般是先形成金屬連接 洞40、並填入導體層之後，再以另外的製程形成熔絲窗42。 而在本發明中則可以同一過程同時達成金屬連接洞4〇及定 義溶絲窗42之初步蝕刻，因而可減少所需使用的光箪數 目’並減少所需進行的製程步驟與成本。 同樣參見第三圖，之後形成第二導體層44於基材30 的上方，同樣的’第二導體層44可為單一的導體材質或是 使用多層的導體材質相結合，並使用多次的沈積或濺鍍加 以形成。參見第四圊所示’之後去除部分之第二導體層44 及部分之防護層36b至第一介電層34處，以形成第二導體 結構44a於連接洞40内及上方，並向下延伸熔絲窗42至 第一介電層34處，以形成一防護環45環繞於熔絲窗42周 圍’本例中之防護環45即可包含殘餘之防護層36b、以及 开:ί成於炫絲窗側壁之第二導艘層側壁4 4 b »因此，藉由防護 環45於介電層間界面處所形成之保護，可有效防止外界的 溼氣或雜質由熔絲窗處入侵。 ---------^--.--.--iT------.^- (請先閲讀背面之注#..事項再f本頁) - . 407358 A7 B7_______ 五、發明説明（） 接著參見第五圖所示，形成被覆膜層46(passivation layer)於基材30上。被覆膜層46 —般係選用對外界水氣、 離子及雜質等防護性較佳的材質，本例中被復膜層46可使 用一氧化層及一氮化矽層之組合，可先以電漿增強之化學 氣相沈積（plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD)形成氧化層，其厚度約為1 000埃（angstrom)至3000 埃之間，再同樣以電漿增強之化學氣相沈積方式形成氮化 矽層於氧化層之上，其厚度約為3000埃至8000埃之間。 此外，被復膜層46亦可僅使用一氮化矽層，並同樣以電漿 助增化學氣相沈積方式形成厚度約為4000埃至8000埃之 間的氮化矽層，亦可視需要的不同而使被覆膜層46由數層 氧化層及數層氮化矽層來組成。 接著去除熔絲結構32上方部分之被復膜層46,以於熔 絲窗42側壁上留下被覆膜層側壁。如第五圖中所示，本例 中所定義的蝕刻去除區域46r之範圍係較第四圖中熔絲窗 42之區域為小，以保留被覆膜層側壁結構，進一步防護介 電層間保護較弱的界面處，防止外界溼氣及污染物的入 侵，提供熔絲技術應用上更良好的可靠度。 上述中去除部分之被覆膜層以形成開口的過程可以以 下步驟進行之：首先形成光阻層48於被覆膜層上，如第五 圖所示；並定義開口 46ι•於光阻層48内、熔絲窗42之上 方處，開口 46r之區域係較熔絲窗42之區域為小；再以光 阻層48為罩幕，蝕刻被覆膜層46。本例中可應用非等向性 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4说格（21〇Χ297公釐） I . I n 裝 ^~ 訂 I 線 (請先閱讀背面之注t事項再ί本頁) . ， 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 B7 _407358 五、發明説明（） 蝕刻的步驟’並可應用對蝕刻製程的控制，選擇性的形成 埋入（buried)型的熔絲結構或是凸起塑（raised)的熔絲結 構。例如在去除部分之被覆膜層時，可蝕刻至留下部分之 第一介電層34於熔絲結構32之上方為止’即可保有埋入 型的熔絲結構；若在去除部分之被覆媒層時，蝕刻至熔絲 結構3 2以下，即可形成凸起型之熔絲結構。如上所述，以 應用自行對準製程於第二多晶矽導線層（熔絲所在層）的產 品為例，熔絲32在上述的製程後即可使其保有以氧化矽為 材質的熔絲上方介電材質及熔絲側壁介電材質、而包復於 其上方及側壁處，増加熔絲本身的防護性。 以凸起型熔絲結構而言，在使用雪射熔斷熔絲時，所 需的能量會較埋入型熔絲所需之能量低許多，可使雷射修 補過程較易於控制’並能消除因熔絲未能完全熔斷的沒漏 電流問題，可增加修補過程的可靠度。 本例中之光阻層48可使用有機高分子層、如聚亞睡胺 (polymide)等’有機高分子層48並可同時做為一上方被覆 膜層之用’並於定義開口 46r之後仍加以保留。而為了增 加有機高分子層48材質的均勻度及其隔絕的特性，可於姓 刻步驟後加入一熱烘烤製程，以使有機高分子層48材質經 過約350°C的烘烤處理之後較為硬結密實，增進其做為上方 被覆膜層的特性。 在蝕刻部分之被復膜層4 6的同時，可利用同樣的光阻 層48及同一微影製程的定義，同時形成將來熔接外界導線 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） ----------私衣----：--II------0 (請先聞讀背面之注t事項再f本頁) . 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 _407358_b7_ 五、發明説明（） 須應用的接觸墊（bondingpad)開口 50、於基材30上的其他 位置，如第六圊中所示，接觸塾開口 50係延伸至第二導體 結構44a的頂部表面處，以形成對外的連線之用。由於接 觸墊開口 50的形成，是與蝕刻被覆膜層46以留下被覆膜 層側壁結構的步驟、在相同的微影製程及蝕刻製程中進 行，因此可減少以額外之光罩製程來形成接觸墊開口 50所 需的製程成本及時間成本；藉由減少光罩使用的數目，可 簡化製程的步驟、提昇量產的效率。 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》 ---------批衣--.--.--1T------^ (請先閲讀背面之注#.事項再^€本頁) · . 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）