專利名稱：熔絲結(jié)構(gòu)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及具有熔絲元件的集成電路。更具體地，本發(fā)明涉及熔絲結(jié)構(gòu)的形成方法，以及激光熔絲消除工藝。
背景技術(shù)：
激光熔斷工藝通常用于去除集成電路內(nèi)形成的專門的熔絲。例如，激光熔斷的熔絲通常用于修復(fù)芯片上的缺陷區(qū)域。在這種工藝中，一種措施是在多層金屬化結(jié)構(gòu)的最終金屬層中制造熔絲，多層金屬化結(jié)構(gòu)具有一層或多層鈍化材料的覆蓋層，例如氧化硅或氮化硅。在熔絲上，形成通常包括聚酰亞胺的最終鈍化層，在熔絲上的最終鈍化層中形成開(kāi)口。消除工藝期間，熔絲暴露到激光脈沖，激光將金屬熔絲加熱到它的熔點(diǎn)之上。隨后的體積膨脹使熔絲上的鈍化材料裂開(kāi)，所以基本上將其去除以使金屬熔絲蒸發(fā)。
在多層金屬化結(jié)構(gòu)的形成之中，開(kāi)始使用較新的材料作為一層或多層介質(zhì)層。這些材料為低k，即介電常數(shù)小于3.5，并且通常為有機(jī)的和多孔的，與常規(guī)使用的材料例如未摻雜和摻雜的氧化硅相比，具有較低的熱和機(jī)械穩(wěn)定性。由于這些特性，這些材料通常不適合作為用于其中制備有熔絲的最終金屬層的介質(zhì)，是由于在激光熔絲消除工藝期間會(huì)對(duì)相鄰的結(jié)構(gòu)造成損傷。因此，通常優(yōu)選使用常規(guī)的介電材料用于最終的金屬層。即使這樣，由于它們的低熱和機(jī)械穩(wěn)定性，仍然會(huì)對(duì)下面的低k介質(zhì)層造成損傷。因此，在使用低k介電材料的那些結(jié)構(gòu)中，激光熔絲消除工藝中使用的能量必須比僅含常規(guī)介電材料的集成電路通常使用的能量顯著降低。
另一方面，對(duì)于較低能量的工藝，增加了殘留的鈍化材料留在熔絲上的風(fēng)險(xiǎn)，即能量不足以滿意地除去鈍化材料。因此，在這種工藝中，熔絲上的鈍化材料應(yīng)盡可能的薄，但要足夠厚以確保沒(méi)有由于暴露到周圍環(huán)境造成的未熔斷熔絲的氧化或污染。
同樣影響熔絲上鈍化材料厚度的是形成控制熔塌芯片連接(C4)結(jié)構(gòu)的工藝。典型的C4工藝包括濺射清潔和TiW蝕刻步驟，它們也減小了熔絲上的鈍化材料的厚度，可以在約100nm的數(shù)量級(jí)，進(jìn)一步妨礙了得到滿意的厚度。
因此，在業(yè)內(nèi)需要一種形成熔絲的改進(jìn)方法，以及進(jìn)行激光消除工藝的改進(jìn)方法，包括有效地與形成C4冶金結(jié)構(gòu)相結(jié)合。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種熔絲結(jié)構(gòu)的形成方法，根據(jù)該方法熔絲上的鈍化材料具有基本上均勻的厚度，在形成C4冶金結(jié)構(gòu)之后提供熔絲。該方法特別適合于包括低k介電材料的多級(jí)金屬化結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種熔絲結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供基板，其內(nèi)包括C4冶金接觸焊盤和熔絲；在C4冶金接觸焊盤和熔絲上形成耐蝕刻層；在耐蝕刻層上形成至少一個(gè)鈍化層；除去至少一個(gè)鈍化層和耐蝕刻層的至少第一部分，以露出C4冶金接觸焊盤；在C4冶金接觸焊盤上形成C4冶金結(jié)構(gòu)；以及此后除去至少一個(gè)鈍化層的至少第二部分以露出熔絲上的耐蝕刻層。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種進(jìn)行熔絲消除工藝的方法，包括提供基板，其內(nèi)包括C4冶金接觸焊盤和熔絲；在C4冶金接觸焊盤和熔絲上形成耐蝕刻層；在耐蝕刻層上形成至少一個(gè)鈍化層；除去至少一個(gè)鈍化層和耐蝕刻層的至少第一部分，以露出C4冶金接觸焊盤；在C4冶金接觸焊盤上形成C4冶金結(jié)構(gòu)；此后除去至少一個(gè)鈍化層的至少第二部分以露出熔絲上的耐蝕刻層；以及將輻射能量源施加到熔絲直到熔絲上的耐蝕刻層基本上被除去。
從下面本發(fā)明各實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明中，本發(fā)明的以上和其它特點(diǎn)以及優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。


下面參考附圖詳細(xì)地介紹本發(fā)明的各實(shí)施例，其中類似的標(biāo)號(hào)表示類似的元件，其中圖1A-1C為根據(jù)本發(fā)明方法的示意剖面圖。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，更具體地參考圖1A，示出了其內(nèi)形成有幾個(gè)金屬布線層的基板1的剖面圖。在本實(shí)施例中，示出的基板1具有三個(gè)金屬布線層，每個(gè)具有嵌在各介質(zhì)層5-7中的金屬2-4。然而應(yīng)該理解根據(jù)本發(fā)明可以使用多于或少于三個(gè)金屬布線層。優(yōu)選最終的兩個(gè)介質(zhì)層6和7包括常規(guī)的介電材料，例如氧化硅或摻雜的氧化硅，例如氟硅酸鹽玻璃，以提供熱和機(jī)械穩(wěn)定性，盡管不要求。然而，其它的介質(zhì)層可以包括常規(guī)的介電材料或低k介電材料(即，介電常數(shù)小于約3.5)，例如US專利No.5,965,679中公開(kāi)的，其整個(gè)內(nèi)容在這里作為參考引入。也優(yōu)選金屬2-4包括銅，當(dāng)然也可以使用本領(lǐng)域中技術(shù)人員公知的其它材料。最終金屬布線層4的至少一個(gè)區(qū)形成熔絲4A。
多個(gè)鈍化層8、9和10淀積在基板1的最終金屬布線層的表面上。雖然在層8、9和10中分別利用了氮化硅、氧化硅和氮化硅，但本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)該理解可以使用其它合適的材料。使用標(biāo)準(zhǔn)的光致抗蝕劑和蝕刻技術(shù)在鈍化層8、9和10中形成開(kāi)口11，在開(kāi)口中將形成C4冶金結(jié)構(gòu)。如鋁、鈦-鎢等的合適材料淀積在開(kāi)口11中并蝕刻形成最終金屬布線層4的接觸焊盤4上的接觸結(jié)構(gòu)12。通常為聚酰亞胺的最終鈍化層13施加在鈍化層10和接觸結(jié)構(gòu)12上。通過(guò)再次使用標(biāo)準(zhǔn)的光致抗蝕劑和蝕刻技術(shù)，在最終的鈍化層13中形成接觸結(jié)構(gòu)12上的C4窗口14以及熔絲4A上的熔絲窗口15。
接下來(lái)，形成C4冶金結(jié)構(gòu)，如圖1B所示。在C4窗口14中進(jìn)行接觸結(jié)構(gòu)12的濺射清潔工藝之后，使用常規(guī)的技術(shù)淀積和蝕刻阻擋層冶金(BLM)15。通常鈦-鎢用于BLM。然后，再次使用如電鍍或蒸發(fā)或兩者交替等的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)在剩余的BLM15上淀積包括例如鉛和錫的C4冶金16。
參考圖1C，使用通?；诜母蒖IE技術(shù)在熔絲4A上相對(duì)于鈍化層9選擇性蝕刻鈍化層10，即本例中相對(duì)于氧化硅選擇性蝕刻氮化硅。此外，使用如C4F8或基于CHF3的蝕刻化學(xué)試劑的干RIE技術(shù)相對(duì)于鈍化層8選擇性蝕刻鈍化層9，以獲得氧化硅相對(duì)于氮化硅的高選擇性。重要的是控制熔絲4A上相對(duì)于鈍化層8蝕刻鈍化層9，以便它足夠厚，本例中大于約75nm以確保不存在由于暴露到環(huán)境造成的未熔斷熔絲4A的氧化或污染。然而，同時(shí)，熔絲4A上的剩余鈍化層8應(yīng)盡可能地薄，但仍可確?？梢缘湍芰咳蹟嗳劢z，在本例中為小于約150nm。為了提高制造效率，應(yīng)該注意這兩次蝕刻可以與BLM蝕刻結(jié)合。
要消除或減少可能來(lái)自這些蝕刻步驟的污染，需要對(duì)C4冶金16和鈍化層1 3的最終層表面進(jìn)行額外的清潔。否則，污染物會(huì)降低C4冶金16和封裝(未示出)之間的粘附性。例如，可以使用氧灰化或?yàn)R射清潔以清理聚酰亞胺的表面，并且可以使用氫回流退火以清潔C4冶金16的表面，特別是如果存在氧灰化工藝造成的表面氧化。
此外，根據(jù)本發(fā)明的方法，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)形成C4冶金16之后蝕刻熔絲4A上的鈍化層9和10。否則，C4工藝期間進(jìn)行的步驟，例如濺射清潔和BLM15蝕刻也會(huì)蝕刻熔絲4A上的鈍化層8。實(shí)際上，這些C4工藝步驟會(huì)蝕刻掉不同量的鈍化層8，但可能多達(dá)約100nm或更多。這種改變使得很難在熔絲4A上獲得需要厚度的鈍化層8。通過(guò)形成C4冶金4之后在熔絲4A上蝕刻鈍化層9和10，可以顯著減少鈍化層8的厚度變化。
所得熔絲結(jié)構(gòu)顯示在圖1C中，現(xiàn)在可用于熔斷熔絲。此外，根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)行激光消除工藝以斷開(kāi)熔絲4A。具體地，輻射能量源施加到熔絲4A直到熔絲4A上的鈍化層8基本上被除去。在具體的優(yōu)選實(shí)施例中，紅外激光發(fā)出具有特定量能量的束，穿過(guò)熔絲4A上鈍化層8的剩余厚度并進(jìn)入熔絲4A內(nèi)。隨著激光束與熔絲4A的材料相互反應(yīng)，熔絲4A被加熱并膨脹，使熔絲4A上的鈍化層8破裂。破裂之后，熔絲4A的熔化金屬蒸發(fā)，所以發(fā)生熔絲消除。
雖然結(jié)合以上概述的具體實(shí)施例介紹了本發(fā)明，但許多替換、修改和變形對(duì)于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的。例如，重要的是鈍化層8具有的蝕刻速率比淀積在其上的鈍化層9的慢，所以提供了耐蝕刻或蝕刻中止特性，但只要提供了以上特性，也可以使用除這里介紹的其它材料。類似地，雖然在介紹的實(shí)施例中金屬2-4為銅，但不必所有的金屬布線層都使用相同的金屬，或者不必一定使用銅，盡管優(yōu)選使用銅。此外，可以使用各種蝕刻技術(shù)，干蝕刻和濕蝕刻以及清潔技術(shù)，所以這些步驟不限于這里介紹的。同樣，雖然金屬布線層優(yōu)選使用鑲嵌處理，但也可以使用其它類型的處理。同樣，如上所述，本發(fā)明不限于示出的具體層數(shù)。例如，最終布線層上的金屬布線層的數(shù)量或鈍化層的數(shù)量可以大于或小于示出的數(shù)量，等等。因此，以上陳述的本發(fā)明的各實(shí)施例意在示例而不是限定?？梢圆幻撾x隨后的權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1.一種形成熔絲結(jié)構(gòu)的方法，包括提供其內(nèi)包括C4冶金接觸焊盤和熔絲的基板；在所述C4冶金接觸焊盤和所述熔絲上形成耐蝕刻層；在所述耐蝕刻層上形成至少一個(gè)鈍化層；除去所述至少一個(gè)鈍化層和所述耐蝕刻層的至少第一部分，以露出所述C4冶金接觸焊盤；在所述C4冶金接觸焊盤上形成C4冶金結(jié)構(gòu)；以及此后除去所述至少一個(gè)鈍化層的至少第二部分以露出所述熔絲上的所述耐蝕刻層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述基板包括多個(gè)金屬布線層以及多個(gè)介質(zhì)層；以及所述C4冶金接觸焊盤和所述熔絲形成在最終的金屬布線層內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述形成C4冶金結(jié)構(gòu)的步驟包括在所述至少一個(gè)鈍化層和所述露出的C4冶金接觸焊盤上淀積BLM；蝕刻所述BLM；以及在剩余的BLM上形成C4焊料突點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中在除去所述至少一個(gè)鈍化層的至少第二部分的所述步驟的同時(shí)進(jìn)行蝕刻所述BLM的所述步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述多個(gè)介質(zhì)層包括低k有機(jī)材料、氟硅酸鹽玻璃或氧化硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述基板包括至少五個(gè)金屬布線層；以及每個(gè)所述介質(zhì)層包括低k有機(jī)材料、氟硅酸鹽玻璃或氧化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述耐蝕刻層在所述熔絲上提供了基本上均勻的鈍化厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述基本上均勻的鈍化厚度足夠薄以確保低能量消除熔絲并且足夠厚以確?；旧蠜](méi)有消除之前由于暴露到周圍環(huán)境造成的所述熔絲的污染。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述耐蝕刻層包括氮化硅。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述耐蝕刻層具有約75到約150nm的厚度。
全文摘要
一種熔絲結(jié)構(gòu)的形成方法，其中熔絲上的鈍化材料具有可控的基本上均勻的厚度，在形成C4冶金結(jié)構(gòu)之后提供熔絲。也公開(kāi)了由該方法形成的用于熔絲的激光熔絲消除工藝。
文檔編號(hào)H01L23/52GK1510735SQ200310115498
公開(kāi)日2004年7月7日 申請(qǐng)日期2003年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月27日
發(fā)明者T·H·道本斯佩克, J·P·甘比諾, W·T·莫特西夫, T H 道本斯佩克, 甘比諾, 莫特西夫 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司