專利名稱：半導體器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括熔絲的半導體器件，特別是涉及包括通過激光照射能熔斷的熔絲的半導體器件?，F(xiàn)在，在半導體器件中，為了代替在制造過程中發(fā)生的缺陷而導致的不良的電路，預先裝入代用電路。例如，在半導體存儲器中，由于在制造過程中發(fā)生的不良現(xiàn)象多半在存儲單元部發(fā)生，所以一般說來，設置多個以字線或位線為單元的冗余存儲單元。將控制該冗余存儲單元的電路稱為冗余電路。該冗余電路具有這樣的功能在構成半導體器件的一個芯片內出現(xiàn)了不良元件的情況下，通過用激光照射有對應于該不良元件的地址的熔絲元件，使該熔絲元件熔斷，將該不良元件替換成正常的元件。
可是，近年來由于要求半導體器件高集成化而使得存儲器精細化，與此相伴隨，熔絲元件本身也被精細化。由于熔絲元件的可靠性影響到半導體存儲器的合格率，所以希望熔絲元件的熔斷的可靠性高。如果能提高熔絲熔斷的可靠性，則能提高半導體器件的合格率。本發(fā)明的目的在于提供一種合格率優(yōu)異的半導體器件。本發(fā)明的半導體器件是一種包括按照規(guī)定的間距X配置的多個熔絲、通過激光照射能熔斷的熔絲；以及覆蓋著上述多個熔絲形成的絕緣層的半導體器件，其特征在于上述熔絲的寬度W為3微米以下，上述熔絲的膜厚T為0.7微米以下，另外，上述熔絲的寬度W和上述熔絲的膜厚T滿足下式(1)。
T≥0.4/W 式(1)在本發(fā)明中，上述熔絲的寬度W及膜厚T是指在與上述熔絲的長度方向垂直的面上切斷了該熔絲時的截面中的該熔絲的寬度及膜厚而言。
如果采用本發(fā)明，則在滿足式(1)所示的關系的情況下，能可靠地熔斷熔絲，能提高合格率。詳細情況將在本實施的形態(tài)欄中說明。
作為本發(fā)明的半導體器件的優(yōu)選形態(tài)，能舉例給出以下的(1)～(9)。
(1)上述熔絲的寬度W最好小于上述熔絲的間距X的1/2。如果采用該結構，則上述熔絲的行間隔比(行/間隔)小于1。即，由于間隔在比率中增大，所以能確保光刻工序中的裕量。因此，能獲得微細的、且精度良好地形成的熔絲。
(2)上述熔絲的寬度W最好為上述熔絲的膜厚T的兩倍以上。如果采用該結構，則例如與寬度和膜厚大致相等的熔絲相比，熔斷時構成熔絲的材料容易蒸發(fā)，所以熔絲能穩(wěn)定地熔斷。
(3)上述熔絲的膜厚T最好為0.25～0.7微米。另外，上述熔絲的寬度W最好為1.0～3.0微米。另外，上述熔絲的間距X最好為2.0～10.0微米。
(4)上述絕緣層的膜厚最好為0.2～1微米。如果采用該結構，則無損于半導體器件的可靠性，而能通過激光的照射，可靠地熔斷上述熔絲。
(5)能在包含半導體區(qū)域的襯底上形成了開口部的底部上形成上述熔絲。
(6)另外，包含有多層布線結構的電路部，能在與構成上述電路部的一個布線層為同一水平面的層上形成上述熔絲。
在此情況下，最好在構成上述電路部的布線層中與最上布線層下面的布線層為同一水平面的層上形成上述熔絲。如果采用該結構，則與在與最上布線層為同一水平面的層上形成熔絲的情況相比，能提高電路設計上的自由度。另外，如果采用該結構，則由于在與最上布線層為同一水平面的層上形成通常的焊接區(qū)布線層，所以能同時控制將在該焊接區(qū)布線層上形成的絕緣層除去的工序、以及將該熔絲上的絕緣層除去的工序，所以能謀求制造工藝的高效率化。
另外，在此情況下，上述熔絲的膜厚T能形成為與構成上述電路部的一個布線層的膜厚大致相等。
(7)最好用以鋁、銅、多晶硅、鎢、以及鈦中的某一種為主成分的材料構成上述熔絲。
(8)上述熔絲的寬度W和上述熔絲的膜厚T最好有下式(2)所示的關系。
T＝A/W (式中，A值為0.4≤A≤0.6) 式(2)在此情況下，上述熔絲由鋁構成，在上述式(2)中，A最好在0.45以上、0.5以下。
(9)能使上述熔絲中的至少一部分熔斷。圖1是原理性地表示本發(fā)明的一個實施例的半導體器件的剖面圖。
圖2是原理性地表示圖1所示的半導體器件中的熔絲的平面圖。
圖3是表示在圖1所示的半導體器件中對熔絲進行了熔斷實驗時的熔絲的寬度和厚度的關系的圖。
圖4是原理性地表示圖1所示的半導體器件的一道制造工序的剖面圖。
圖5是原理性地表示圖1所示的半導體器件的熔絲的熔斷工序的剖面圖。
圖6是原理性地表示通過圖5所示的工序被熔斷的熔絲的剖面圖。以下，參照


本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
(半導體器件的結構)圖1是原理性地表示本發(fā)明的一個實施例的半導體器件的剖面圖。圖2是原理性地表示圖1所示的半導體器件中形成的熔絲20的平面圖。圖3是表示對圖1所示的半導體器件中形成的熔絲20進行了熔斷實驗的結果、熔絲的寬度和膜厚的關系的圖。
如圖1所示，本實施例的半導體器件包括有多層布線結構的電路部120、以及包括多個通過激光的照射能熔斷的熔絲20的熔絲部110。另外，圖1表示熔斷前的熔絲20的結構。
電路部120及熔絲部110都在硅襯底10上形成。另外，襯底不限于硅襯底，也可以是包括半導體區(qū)域的襯底，例如，能舉出GaAs襯底、SiGe襯底、在絕緣體上有薄膜硅層的SOI襯底等。在硅襯底10上從硅襯底10一側開始依次層疊第一層至第四層的層間絕緣層32、34、36、38。第一層至第四層的層間絕緣層32、34、36、38最好由氧化硅、FSG(摻氟的氧化硅)、或者它們的層疊結構形成。在第一層至第四層的層間絕緣層32、34、36、38上，分別在規(guī)定的位置形成通孔(圖中未示出)。在該通孔內埋入導電性材料，形成接觸部(圖中未示出)。在各層間絕緣層的上下形成的布線層之間利用該接觸部而被導電性地連接起來。另外，在第四層的層間絕緣層38上形成例如由氮化硅層構成的鈍化層40。
電路部120包括含有晶體管等元件的電路。作為這樣的電路能舉出存儲電路、液晶驅動電路、或形成了電容或電阻元件的模擬電路等。另外，作為上述存儲電路，例如能舉出DRAM、SRAM、閃速存儲器等。
在電路部120上形成與構成電路部120中包含的存儲器等的晶體管或其他元件(圖中未示出)導電性連接的多個布線層(在圖1中只示出了布線層50、60)。在圖1所示的半導體器件中，在第二層的層間絕緣層34上形成布線層50，在第三層的層間絕緣層36上形成布線層60。
如圖1所示，熔絲部110是包括在硅襯底10上形成的開口部16的區(qū)域。通過從鈍化層40一側到第三層的層間絕緣層36的途中對半導體器件的規(guī)定的區(qū)域進行刻蝕，形成開口部16。在該開口部16的底部16a上形成熔絲20，而且，熔絲20的周圍被第三層層間絕緣層36覆蓋。即，熔絲20被第三層層間絕緣層36埋入，相鄰的熔絲20之間利用第三層層間絕緣層36進行絕緣。
在圖1所示的半導體器件中，在與電路部120上形成的布線層50為同一水平面的層上形成熔絲20。能利用同一構圖工序形成布線層50及熔絲20。因此，布線層50及熔絲20都在第二層的層間絕緣層34上形成，具有大致相等的膜厚，而且由相同的材料形成。例如，布線層50及熔絲20能由鋁、銅、多晶硅、鎢、以及鈦形成。
另外，在本實施例的半導體器件中，雖然給出了在構成電路部120的布線層中、在與最上布線層60下面的布線層(布線層50)為同一水平面的層上形成熔絲20的情況，但形成熔絲20的位置并不限定于該層，也能在與其他布線層為同一水平面的層上形成。
但是，最好在構成上述電路部的布線層中、在與最上布線層60下面的布線層為同一水平面的層上形成上述熔絲。現(xiàn)說明其理由如下。假定設想在與最上布線層60為同一水平面的層上形成了熔絲20的情況。此時，提升到熔絲20上的布線受設計規(guī)則的制約，需要使布線迂回，有損于電路設計上的自由度。另外，由于在與最上布線層為同一水平面的層上形成通常的焊接區(qū)布線層，所以在熔絲上形成的絕緣層的膜厚和在焊接區(qū)布線層上形成的絕緣層的膜厚大致相等。因此，如果同時進行除去在焊接區(qū)布線層上形成的絕緣層的工序和除去熔絲上的絕緣層的工序，則不能在熔絲20上保留絕緣層。
另一方面，如果在與最上布線層60下面的布線層為同一水平面的層上形成熔絲20，則使布線迂回的必要性減少，能提高電路設計上的自由度。另外，由于能同時除去熔絲上的絕緣層和焊接區(qū)布線層上的絕緣層，所以能謀求制造工藝的高效率化。
另外，在圖1所示的半導體器件中，在熔絲20的上表面及底面上分別形成高熔點金屬的氮化物層22、24。高熔點金屬的氮化物層22、24由高熔點金屬的氮化物層、或高熔點金屬層與高熔點金屬的氮化物層的疊層構成。另外，高熔點金屬層與高熔點金屬的氮化物層的疊層結構中，高熔點金屬層為下層。作為高熔點金屬的氮化物層22、24，例如能給出氮化鈦、或鈦和氮化鈦的疊層的例子。同樣，在構成電路部120的布線層50的上表面及底面上也分別形成高熔點金屬的氮化物層52、54。能在與在熔絲20的上表面及底面上分別形成的高熔點金屬的氮化物層22、24為同一工序中形成高熔點金屬的氮化物層52、54。
為了提高布線層50的可靠性(耐應力遷徙性及耐電遷徙性等)而形成高熔點金屬的氮化物層52、54。另外，在加工布線層50時的光刻工序中，氮化物層54被作為反射防止膜使用。
如圖1及圖2所示，熔絲20有規(guī)定的寬度W及膜厚T，按照規(guī)定的間距X排列。這里，熔絲20的寬度W及膜厚T是指在與熔絲20的長度方向垂直的面上切斷了該熔絲20時的截面中的該熔絲20的寬度及膜厚而言。
為了可靠地熔斷熔絲20，熔絲20的寬度W和熔絲20的膜厚T有下式(1)所示的關系，另外，熔絲20的寬度W最好在3微米以下，而且熔絲20的膜厚T最好在0.7微米以下。
T≥0.4/W式(1)
圖3中示出了改變熔絲20的寬度W及膜厚T，進行了熔絲20的熔斷試驗的結果。在圖3中，用○表示的確熔斷了的熔絲，用△表示的確未熔斷的熔絲。這里，在的確未熔斷的熔絲中，包括熔絲未被熔斷的情況、以及例如熔絲熔斷時在熔絲周邊的絕緣層中發(fā)生了裂痕的情況等之類的在熔絲熔斷后裝置中發(fā)生功能性的缺陷的情況。在該熔斷試驗中，熔絲是由鋁構成的，用波長為1.3微米的激光，對膜厚T分別為0.25微米、0.35微米、0.50微米、而且寬度分別為1.0微米、1.5微米、2.0微米的9種熔絲進行了熔斷試驗。其結果如圖3所示，有位于用斜線表示的區(qū)域內的寬度W及膜厚T的熔絲能熔斷。這里，圖3中用斜線表示的區(qū)域是滿足式(1)、而且熔絲20的寬度W在3微米以下、熔絲20的膜厚T在0.7微米以下的區(qū)域。由圖3所示的實驗結果可知，熔絲20的寬度W及膜厚T在該斜線所示的區(qū)域內的情況下，能可靠地將熔絲熔斷。
在熔絲20的寬度W及膜厚T位于圖3所示的區(qū)域以外的熔絲的情況下，進行熔絲熔斷時，熔絲未被熔斷，或熔絲周邊的絕緣層中發(fā)生了裂痕，致使不能正確地而且可靠地將熔絲熔斷。作為其原因，可以認為由于用激光照射進行熔融蒸發(fā)的熔絲的構成成分(在該情況下為鋁)的量不充分，所以不能可靠地將熔絲熔斷。與此不同，由于熔絲的寬度W及膜厚T滿足上式(1)所示的關系、另外，熔絲20的寬度W在3微米以下、而且熔絲20的膜厚T在0.7微米以下，所以能可靠地將熔絲熔斷。因此，能提高半導體器件的合格率。
另外，熔絲20的寬度W和膜厚T最好有下式(2)所示的關系。由于熔絲20的寬度W和膜厚T有下式(2)所示的關系，所以能謀求熔絲20的微細化，能更穩(wěn)定而且可靠地進行熔絲20的熔斷。
T＝A/W (式中，0.4≤A≤0.6)式(2)特別是在熔絲20由鋁構成的情況下，通過采用在式(2)中使A值在0.45≤A≤0.5范圍內的寬度W和膜厚T，能穩(wěn)定而且可靠地將熔絲20熔斷。
另外，熔絲20的寬度W最好小于熔絲20的間距X的1/2，另外，小于間距X的2/5就更好。熔絲20的寬度W如果在熔絲20的間距X的1/2以上，則熔絲20部分的行間隔比(行/間隔)大于1，行在比率中增大，光刻工序中的裕量減少。如果光刻工序中的裕量減少，則在同一層內形成熔絲部110和電路部120時，往往會發(fā)生在電路部120上不能按照設計規(guī)則進行加工的問題。因此，熔絲20的寬度W最好小于熔絲20的間距X的1/2。
另外，為了使熔斷后相鄰的熔絲20之間可靠地絕緣，熔絲20的寬度W最好小于熔絲20的間距X的2/5。如果間距X相對于熔絲20的寬度W過大，則不能謀求熔絲部110的微細化。因此，有必要規(guī)定熔絲20的寬度W及間距X，以便能實現(xiàn)熔絲部110的微細化，而且能使相鄰的熔絲20可靠地絕緣。
另外，希望熔絲20的寬度W為熔絲20的膜厚T的兩倍以上，3倍以上更好，最好為4倍以上。由于熔絲20的寬度W至少比熔絲20的膜厚T大兩倍，所以例如與寬度和膜厚大致相等的熔絲相比，熔斷時構成熔絲20的材料容易蒸發(fā)，所以熔絲能穩(wěn)定地熔斷。
特別是熔絲20的寬度W為1.0～3.0微米時，熔絲的膜厚為0.25～0.7微米，熔絲的間距X為2.0～10.0微米時，在熔絲20的寬度W、膜厚T、以及間距X滿足上述的關系的情況下，能更可靠地而且準確地將熔絲熔斷。
另外，如上所述，用第三層的層間絕緣層36覆蓋熔絲20。在熔絲20上形成的第三層的層間絕緣層36的膜厚最好為0.2～1微米。如本實施例的半導體器件所示，在熔絲20上形成高熔點金屬的氮化物層24的情況下，在高熔點金屬的氮化物層24上形成的第三層的層間絕緣層36的膜厚最好為0.2～1微米。
如果在高熔點金屬的氮化物層24上形成的第三層的層間絕緣層36的膜厚小于0.2微米，則水分等有可能從熔絲20侵入半導體器件。另一方面，如果在高熔點金屬的氮化物層24上形成的第三層的層間絕緣層36的膜厚超過1微米，則用波長為1.3微米的激光熔斷由鋁構成的熔絲20時，為了使激光到達熔絲20上，如果不增大激光的功率、或不加長激光的照射時間，則不能將熔絲熔斷。如果加長激光的照射時間，則會發(fā)生生產率下降的問題。另外，如果增大激光的功率、則會影響相鄰的熔絲。與此不同，由于在高熔點金屬的氮化物層24上形成的第三層的層間絕緣層36的膜厚為0.2～1微米，所以不會損害半導體器件的可靠性，通過激光的照射，能可靠地熔斷熔絲20。因此，能進一步提高半導體器件的合格率。
(半導體器件的制造工藝)其次，參照圖4說明圖1所示的本實施例的半導體器件的制造方法的一例。圖4是原理性地表示圖1所示的半導體器件的一道制造工序的剖面圖。
首先，在硅襯底10上形成了元件隔離區(qū)域12后，在襯底上形成規(guī)定的圖形的抗蝕劑(圖中未示出)，其后通過離子注入，在規(guī)定的位置形成阱(圖中未示出)。接著，在硅襯底10上形成晶體管(圖中未示出)后，采用眾所周知的硅化物技術，形成包括鈦或鈷等高熔點金屬的硅化物層11。接著，采用等離子體CVD法等形成以氮化硅為主要成分的抑止層14。
其次，在熔絲部110中形成熔絲20，以及在電路部120中形成包括布線層50、60的布線層(圖中只示出了布線層50、60)，同時依次層疊第一層至第四層的層間絕緣層32、34、36、38。采用HDP法、臭氧TEOS(四乙基正硅酸酯)法、或等離子體CVD法等，形成第一層至第四層的層間絕緣層32、34、36、38，根據需要，用CMP法進行平坦化。
在與布線層50為同一工序中，在同一水平面的層上形成熔絲20。即，熔絲20及布線層50都在第二層的層間絕緣層34上形成，且用同一種材料形成。
以下，說明熔絲20的形成工序。
首先，形成了第一層至第二層的層間絕緣層32、34后，采用濺射法在第二層的層間絕緣層34上形成由氮化鈦等高熔點金屬的氮化物層、膜厚為T的由鋁構成的金屬層、以及鈦等高熔點金屬層和氮化鈦等高熔點金屬的氮化物層的疊層(圖中都未示出)，接著，按照規(guī)定的形狀對這些層構圖。利用該工序，從上述高熔點金屬的氮化物層形成高熔點金屬的氮化物層22、52，從由鋁構成的金屬層形成熔絲20及布線層50，以及從高熔點金屬的氮化物層和高熔點金屬層的疊層形成高熔點金屬層的氮化物層24、54。在該構圖工序中，如圖4所示，按照間距X及寬度W形成熔絲20，與熔絲20相同，按照膜厚T形成布線層50。其次，在形成了第三層的層間絕緣層36后，與布線層50相同，通過濺射及構圖，在上表面及底面上分別形成由高熔點金屬層的氮化物層62、64形成的布線層60。另外，在各層間絕緣層上形成使布線層之間導電性地連接用的接觸部(圖中未示出)。通過設置貫通各層間絕緣層的接觸孔(圖中未示出)，采用例如濺射法等將導電性材料埋入該接觸孔中，形成接觸部。另外，在形成了第四層的層間絕緣層38后，在第四層的層間絕緣層38上形成由氮化硅等構成的鈍化層40。
其次，通過從鈍化層40一側到第三層的層間絕緣層36的途中，對半導體器件的規(guī)定的區(qū)域進行刻蝕，如圖5所示，形成開口部16。在該工序中，形成開口部16，以使熔絲20到達開口部16的底部16a。另外，為了防止熔絲20的腐蝕，如圖4所示，對第三層的層間絕緣層36進行刻蝕，以便用第三層的層間絕緣層36覆蓋熔絲20的上部。即，對第三層的層間絕緣層36進行刻蝕，使其至少不露出熔絲20。
(熔絲的熔斷方法)接著，參照圖5及圖6說明在圖1所示的半導體器件中形成的熔絲20的熔斷工序的一例。圖5是原理性地表示熔絲20的熔斷工序的剖面圖。圖6是原理性地表示熔斷了的熔絲28的剖面圖。
如圖5所示，由于使用圖中未示出的冗余存儲單元，所以從激光光源(圖中未示出)使激光19照射對應的熔絲20。因此，被激光19照射的熔絲20被熔斷。激光的波長和輸出功率等根據熔絲20、在熔絲20的上表面上形成的高熔點金屬層的氮化物層24、以及在高熔點金屬層的氮化物層24上形成的第三層的層間絕緣層36的材質和膜厚適當地決定。
圖6中示出了通過圖5所示的工序熔斷了的熔絲28的原理圖。圖5所示的熔絲20一旦熔斷，高熔點金屬層的氮化物層22、24、以及在熔絲20上形成的第三層的層間絕緣層36與熔絲20一起被除去，如圖6所示，在熔絲部110上形成溝槽17。
權利要求
1.一種半導體器件，它包括按照規(guī)定的間距X排列的多個熔絲、是通過激光照射被熔斷的熔絲；以及覆蓋著上述多個熔絲形成的絕緣層，該半導體器件的特征在于上述熔絲的寬度W為3微米以下，上述熔絲的膜厚T為0.7微米以下，另外，上述熔絲的寬度W和上述熔絲的膜厚T滿足下式(1)。T≥0.4/W式(1)
2.如權利要求1所述的半導體器件，其特征在于上述熔絲的寬度W小于上述熔絲的間距X的1/2。
3.如權利要求1或2所述的半導體器件，其特征在于上述熔絲的寬度W為上述熔絲的膜厚T的二倍以上。
4.如權利要求1至3中的任意一項所述的半導體器件，其特征在于上述熔絲的膜厚T為0.25～0.7微米。
5.如權利要求1至4中的任意一項所述的半導體器件，其特征在于上述熔絲的寬度W為1.0～3.0微米。
6.如權利要求1至5中的任意一項所述的半導體器件，其特征在于上述熔絲的間距X為2.0～10.0微米。
7.如權利要求1至6中的任意一項所述的半導體器件，其特征在于上述絕緣層的膜厚為0.2～1微米。
8.如權利要求1至7中的任意一項所述的半導體器件，其特征在于在包含半導體區(qū)域的襯底上形成了開口部的底部上形成上述熔絲。
9.如權利要求1至8中的任意一項所述的半導體器件，其特征在于還包含有多層布線結構的電路部，在與構成上述電路部的一個布線層為同一水平面的層上形成上述熔絲。
10.如權利要求9所述的半導體器件，其特征在于在構成上述電路部的布線層中與最上布線層下面的布線層為同一水平面的層上形成上述熔絲。
11.如權利要求9所述的半導體器件，其特征在于上述熔絲的膜厚T與構成上述電路部的一個布線層的膜厚大致相等。
12.如權利要求1至11中的任意一項所述的半導體器件，其特征在于由以鋁、銅、多晶硅、鎢、以及鈦中的某一種為主成分的材料構成上述熔絲。
13.如權利要求1至12中的任意一項所述的半導體器件，其特征在于上述熔絲的寬度W和上述熔絲的膜厚T有下式(2)所示的關系。T＝A/W (式中，A值為0.4≤A≤0.6)式(2)
14.如權利要求13所述的半導體器件，其特征在于上述熔絲由鋁構成，在上述式(2)中，A值在0.45以上、0.5以下。
15.如權利要求1至14中的任意一項所述的半導體器件，其特征在于上述熔絲中至少一部分被熔斷。
全文摘要
本發(fā)明的課題是，提供一種包括了熔絲、合格率優(yōu)異的半導體器件。本發(fā)明的半導體器件包括形成了多個通過激光照射能熔斷的熔絲20的熔絲部110。熔絲20以間距X排列，而且用具有規(guī)定的膜厚的絕緣層36覆蓋熔絲20的上表面。熔絲20的寬度W和熔絲20的膜厚T有下式(1)所示的關系。另外，熔絲20的寬度W為3微米以下，而且，小于熔絲20的間距X的1/2。另外，熔絲20的膜厚T為0.7微米以下。T≥0.4/W式(1)
文檔編號H01L21/70GK1399327SQ02126949
公開日2003年2月26日 申請日期2002年7月24日 優(yōu)先權日2001年7月25日
發(fā)明者森克己 申請人:精工愛普生株式會社