熔絲結構的形成方法
2023-07-27 22:19:31 1
專利名稱：熔絲結構的形成方法
技術領域：
本發明涉及半導體工藝領域，特別涉及一種熔絲結構的形成方法。
背景技術：
隨著半導體工藝水平的改進以及集成電路複雜度的提高，半導體元器件也變得更 容易受各種缺陷所影響，而單個元器件如電晶體或者存儲單元的失效，往往會導致整個集 成電路的功能缺陷。常見的解決方法是在集成電路中形成一些可以熔斷的連接線，也就是 熔絲(fuse)結構，以確保集成電路的可用性。一般而言，熔絲結構用於連接集成電路中的冗餘電路(redundancycircuit)，在電 路出現缺陷時，將熔絲熔斷，使用冗餘電路來修復或取代出現缺陷的電路。熔絲結構經常用 於內存中，在內存晶片生產完成時，若其中有部分存儲單元出現功能問題，就可以通過熔絲 結構用冗餘的存儲單元來取代，實現修復的目的。另外，熔絲結構還常見於可編程電路中， 根據用戶需要，使用熔絲結構對電路中的標準邏輯單元進行編程，用以實現特定的功能。圖1至圖2給出了現有技術熔絲結構形成方法的剖面結構示意圖。如圖1所示，提供半導體襯底100，所述半導體襯底100上依次形成有熔絲結構 101，第一介質層103，第二介質層104。所述半導體襯底100的材料可以是單晶、多晶、或非 晶結構的矽或矽鍺，所述半導體襯底100上形成有由柵極102、源極(未示出)、漏極(未示 出)構成的MOS電晶體。所述熔絲結構101為多晶矽熔絲(poly fuse)或金屬熔絲(metal fuse)，所述熔絲結構101下方有隔離結構(未示出)，所述隔離結構的形成方法為矽的局部 氧化法(L0C0Q或淺溝槽隔離(STI)等方法。所述第一介質層103的材料選自氧化矽、有 機矽酸鹽玻璃、硼矽玻璃等，所述第一介質層103內形成有栓塞103a。所述第二介質層104 的材料選自氧化矽、有機矽酸鹽玻璃、硼矽玻璃等，所述第二介質層104內形成有互連和通 孔結構10如。根據實際工藝，所述第二介質層104內還可以形成有更多層的金屬互連結構 和通孔結構。如圖2所示，對所述第一介質層103和第二介質層104進行刻蝕，在所述熔絲結構 101的上方形成開口。形成所述開口的目的在於由於所述熔絲結構101 —般是通過使用 較大的電流或者電壓來熔斷，在熔斷的過程中會產生大量的熱量和生成物，所述開口有助 於排出熱量和相應的生成物，防止內部電路受到損傷。在所述開口的形成過程中，為了防止刻蝕過程對熔絲結構101造成損傷，同時也 為了防止所述熔絲結構101與空氣接觸被氧化，所述開口底部會殘留一定厚度的第一介質 層103a，所述殘留的第一介質層103a的厚度視實際工藝需要而定。但是，現有技術在刻蝕 過程中無法精確控制殘留的第一介質層103a的厚度，如果刻蝕量過大，則會損傷到所述熔 絲結構101 ；如果刻蝕過小，則使得所述殘留的第一介質層103a的厚度偏大，在所述熔絲結 構101熔斷時，產生的生成物無法脹破所述殘留的第一介質層103a，從而造成生成物無法 向上排出，導致橫向膨脹而損壞內部電路。而且，隨著工藝水平和電路複雜性的提高，金屬 互連結構的層數逐漸增多，因此所述熔絲結構101上堆積的介質層的總厚度變得很大，使得刻蝕過程的精度更加難以控制。因此，需要一種新的熔絲結構的形成方法，以有效控制熔絲結構上方殘留的介質 層的厚度，避免熔絲結構在熔斷時發生橫向膨脹對電路造成損傷。
發明內容
本發明解決的問題是提供一種熔絲結構的形成方法，能夠有效的控制熔絲結構上 方殘留的介質層的厚度，避免熔絲結構在熔斷時發生橫向膨脹對電路造成損傷。為解決上述問題，本發明提供了一種熔絲結構的形成方法，包含下列步驟提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有熔絲結構；在所述半導體襯底上形成第一介質層，所述第一介質層覆蓋熔絲結構並具有目標厚度；在所述第一介質層上形成刻蝕終止層；在所述刻蝕終止層上形成第二介質層；對所述第二介質層進行選擇性刻蝕，在所述熔絲結構上方形成開口，所述開口底 部露出刻蝕終止層。可選的，所述目標厚度為2000至12000A。可選的，所述第二介質層的材料選自氧化矽、有機矽酸鹽玻璃或硼矽玻璃。可選的，所述刻蝕終止層的材料與第二介質層的材料不同。可選的，所述刻蝕終止層的材料選自氮氧化矽(SiON)、氮化矽(SiN)或富矽氧化 物(SRO)。可選的，所述刻蝕終止層的厚度為300至1000A。可選的，所述選擇性刻蝕為幹法刻蝕，刻蝕氣體為C4F8、02、CO和Ar的混合氣體。可選的，在形成刻蝕終止層之後、形成第二介質層之前還包括對所述刻蝕終止層 進行刻蝕，去除所述熔絲結構區域之外的刻蝕終止層。可選的，所述熔絲結構為多晶矽熔絲或金屬熔絲。可選的，所述第二介質層為多層結構，第二介質層內形成有通孔或互連結構。與現有技術相比，上述技術方案具有以下優點在熔絲結構的上方形成具有目標 厚度的第一介質層，並在第一介質層上形成刻蝕終止層，通過選擇性刻蝕使得開口的形成 過程不會損傷所述第一介質層，從而有效的控制熔絲結構上方殘留的介質層的厚度，避免 熔絲結構在熔斷時發生橫向膨脹對電路造成損傷。
圖1至圖2是現有技術熔絲結構形成方法的剖面結構示意圖；圖3是本發明實施例的熔絲結構形成方法的流程示意圖；圖4至圖8是本發明實施例的熔絲結構形成方法的剖面結構示意圖；圖9至圖13是本發明的另一實施例的熔絲結構形成方法的剖面結構示意圖。
具體實施例方式在熔絲結構的形成過程中，為了提高器件的可靠性，需要有效的控制熔絲結構上方殘留的介質層的厚度，本發明在熔絲結構的上方形成具有目標厚度的第一介質層，並在 第一介質層上形成刻蝕終止層，使得開口形成過程中的刻蝕過程在刻蝕終止層自動停止， 從而有效的控制熔絲結構上方殘留的介質層的厚度，避免熔絲結構在熔斷時發生橫向膨脹 對電路造成損傷。為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明 的具體實施方式
做詳細的說明。在以下描述中闡述了具體細節以便於充分理解本發明。但是本發明能夠以多種不 同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類 似推廣。因此本發明不受下面公開的具體實施方式
的限制。為了保證器件的可靠性，需要有效控制熔絲結構上方殘留的介質層厚度。現有技 術僅僅是簡單的在熔絲結構上方刻蝕形成開口，受刻蝕設備和刻蝕方法的精度所限，很難 保證殘留的介質層在目標厚度範圍內。本發明通過在熔絲結構上方形成具有目標厚度的第 一介質層和刻蝕終止層，使得開口形成過程中的刻蝕過程在刻蝕終止層自動停止，有效的 控制了熔絲結構上方殘留的介質層的厚度，避免熔絲結構在熔斷時發生橫向膨脹對電路造 成損傷。圖3給出了本發明實施例的流程示意圖。如圖3所示，執行步驟Si，提供半導體襯 底，所述半導體襯底上形成有熔絲結構；執行步驟S2，在所述半導體襯底上形成第一介質 層，所述第一介質層覆蓋熔絲結構並具有目標厚度；執行步驟S3，在所述第一介質層上形 成刻蝕終止層；執行步驟S4，在所述刻蝕終止層上形成第二介質層；執行步驟S5，對所述第 二介質層進行選擇性刻蝕，在所述熔絲結構上方形成開口，所述開口底部露出刻蝕終止層圖4至圖8為本發明實施例的熔絲結構形成方法的剖面結構示意圖。下面結合圖 3對本發明的實施例進行詳細說明。參考圖3和圖4，執行步驟Si，提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有熔絲結 構。在本實施例中具體包括提供半導體襯底200，在所述半導體襯底200上形成有熔絲結 構 201。所述半導體襯底200的材質可以是單晶矽、多晶矽、非晶矽中的一種，所述半導體 襯底200還可以是絕緣體上矽(SOI，Silicon On Insulator)結構或矽上外延層結構。所 述半導體襯底200中形成有半導體器件，本實施例中為MOS電晶體，所述MOS電晶體包括源 極(未示出)、漏極(未示出)和柵極202。所述熔絲結構201為多晶矽熔絲或者金屬熔 絲，本實施例中為多晶矽熔絲。所述熔絲結構201下方形成有隔離結構(未示出)，所述隔 離結構的形成方法為矽的局部氧化法(LOCOS)或淺溝槽隔離(STI)等方法參考圖3和圖5，執行步驟S2，在所述半導體襯底上形成第一介質層，所述第一介 質層覆蓋熔絲結構並具有目標厚度。在本實施例中具體包括在所述半導體襯底200上 形成第一介質層203，所述第一介質層203覆蓋所述熔絲結構201並具有目標厚度。所述 第一介質層203的材料選自氧化矽、有機矽酸鹽玻璃、硼矽玻璃等，本實施例中優選為氧化 矽，其形成方法為化學氣相沉積(CVD)。所述第一介質層203具有目標厚度，其厚度範圍為 2000至12000A,所述目標厚度主要取決於實際工藝中熔絲結構201的具體結構，本實施例 中為多晶矽熔絲，所述目標厚度為2000至12000 A,優選為2000至8000 A,進一步優選為 5000 A。
所述第一介質層203主要用作半導體器件與金屬互連層之間的層間介質層，在後 續工藝中，需要在其內部形成接觸孔和栓塞(Plug)由於在本發明中所述第一介質層203的 厚度為目標厚度，與現有技術相比，其厚度較薄。參考圖3和圖6，執行步驟S3，在所述第一介質層上形成刻蝕終止層。在本實施例 中具體包括在所述第一介質層203上形成刻蝕終止層204。所述刻蝕終止層204的材料選自氮氧化矽、氮化矽或富矽氧化層，其形成方法為 等離子增強型化學氣相沉積(PECVD)，形成的厚度為300至1000A。本實施例中所述刻蝕終 止層204的材料優選為氮化矽，厚度優選為300A。所述刻蝕終止層204的目的是在後續的刻蝕過程中充當阻擋層，使得刻蝕過程停 止在所述刻蝕終止層204上。為了實現上述目的，刻蝕終止層204應該選擇與形成在其上 的層間介質層不同的材料，從而在後續的選擇性刻蝕中利用刻蝕過程的高選擇性，使得刻 蝕過程在刻蝕終止層204處停止，保證熔絲結構201上方的介質層的厚度不會過薄或過厚。參考圖3和圖7，執行步驟S4，在所述刻蝕終止層上形成第二介質層。本實施例中 具體包括在所述刻蝕終止層204上形成第二介質層，在本實施例中所述第二介質層為多 層結構，包括第一層間介質層205和第二層間介質層206。所述第一層間介質層205和第二層間介質層206的材料選自氧化矽、有機矽酸鹽 玻璃、硼矽玻璃等，本實施例中優選為氧化矽，形成方法為化學氣相沉積。所述第一層間介質層205內形成有栓塞205a。需要說明的是，與現有技術相比，由 於所述第一介質層203的厚度較薄，無法直接在其內部形成栓塞，因此，由第一介質層203、 刻蝕終止層204和第一層間介質層205共同構成一層介質層，然後在它們內部形成栓塞。其 形成過程包括對所述第一介質層203、刻蝕終止層204和第一層間介質層205進行刻蝕， 在所述MOS電晶體的柵極202上方形成接觸孔開口，之後使用導電材料進行填充，形成栓塞 20 ，本實施例中所述栓塞20 為鎢栓塞。與現有技術相比，由於在所述第一介質層203和 第一層間介質層205之間形成有刻蝕終止層204，因此，在刻蝕形成接觸孔開口的過程中， 針對所述刻蝕終止層204的材料，需要對現有技術的刻蝕菜單進行調整。所述第二層間介質層206內形成有通孔和互連結構206a。在本實施例中，所述通 孔和互連結構206a的形成方法為雙鑲嵌工藝，填充金屬為銅，填充方法為電鍍法。參考圖3和圖8，執行步驟S5，對所述第二介質層進行選擇性刻蝕，在所述熔絲結 構上方形成開口，所述開口底部露出刻蝕終止層。本實施例中具體包括使用選擇性刻蝕 在所述熔絲結構201上方形成開口 207，所述開口 207底部露出刻蝕終止層204。本實施例 中所述選擇性刻蝕為幹法刻蝕，主要反應氣體為C4F8、02、CO和Ar的混合氣體，由於刻蝕過 程中反應氣體的高選擇性，所述第一層間介質層205和第二層間介質層206中的氧化矽材 料在刻蝕過程中被刻穿形成開口 207，而由氮化矽材料構成的刻蝕終止層204並不會被刻 穿。本實施例中所述選擇性刻蝕為輕度的過刻，所述刻蝕終止層204在刻蝕中受到略微的 損傷，其上的第一層間介質層205和第二層間介質層206被刻蝕去除，使得開口 207底部露 出所述刻蝕終止層204。上述步驟結束後，所述熔絲結構201上方殘留的介質層包括第一介質層203和刻 蝕終止層204。由於所述第一介質層203具有目標厚度，因此防止了由於形成開口的刻蝕 過程不穩定造成的熔絲結構201上方殘留的介質層過薄或過厚的問題，既不會對熔絲結構201造成損傷，又有利於熔斷過程中產生的熱量和生成物的排出，有效的提高了器件的可靠 性。需要說明的是，由於開口 207形成以後，所述熔絲結構201上方殘留的介質層包括 第一介質層203和刻蝕終止層204，因此在形成第一介質層203和刻蝕終止層204的過程 中，要計算刻蝕終止層204的厚度對最終殘留在熔絲結構201上方的介質層厚度的影響。在 本實施例中，所述熔絲結構101為多晶矽熔絲，為了能使熔絲在熔斷時能夠脹破其上殘留 的介質層，形成開口後殘留的介質層厚度優選為2000至8000 Α,作為一個優選的實施例， 綜合考慮所述第一介質層203和刻蝕終止層204的厚度，本實施例中的第一介質層203的 目標厚度優選為5000 A,其上形成的刻蝕終止層204的厚度優選為300 A。圖9至圖13為本發明的另一實施例的熔絲結構形成方法的剖面結構示意圖。下 面結合圖3對本發明的另一實施例進行簡要的說明。如圖3和圖9所示，執行步驟Si，執行步驟Si，提供半導體襯底，所述半導體襯底 上形成有熔絲結構。在本實施例中具體包括提供半導體襯底300，在所述半導體襯底300 上形成有熔絲結構301。所述半導體襯底300上還形成有半導體器件，本實施例中為MOS電晶體，包括源極 (未示出)、漏極(未示出)和柵極302。所述半導體襯底300的材料與之前所述的實施例 一致，所述熔絲結構301的材料與之前所述的實施例實施例一致。如圖3和圖10所示，執行步驟S2，在所述半導體襯底上形成第一介質層，所述第一 介質層覆蓋熔絲結構並具有目標厚度。在本實施例中具體包括在所述半導體襯底300上 形成第一介質層303，所述第一介質層303覆蓋所述熔絲結構301並具有目標厚度。所述第 一介質層303的材料和形成方法與之前所述的實施例一致。如圖3和圖11所示，執行步驟S3，在所述第一介質層上形成刻蝕終止層。在本實 施例中具體包括在所述第一介質層303上形成刻蝕終止層304。所述刻蝕終止層304的 材料和形成方法與之前所述的實施例一致。在形成所述刻蝕終止層304之後，對所述刻蝕終止層304進行刻蝕，將所述熔絲結 構301區域以外的刻蝕終止層304去除，形成的結構如圖11所示。如圖3和圖12所示，執行步驟S4，在所述刻蝕終止層上形成第二介質層。本實施 例中具體包括在所述刻蝕終止層304上形成第二介質層，在本實施例中所述第二介質層 為多層結構，包括第一層間介質層305和第二層間介質層306，其材料和形成方法與之前所 述的實施例一致。所述第一層間介質層305內形成有栓塞30 ，所述第二層間介質層306內形成有 通孔和互連結構306a。形成栓塞30 的過程包括對所述第一層間介質層305、第一介質 層303進行刻蝕，形成接觸孔開口，之後在所述接觸孔開口內填充金屬鎢，形成栓塞306a。 由於之前已經將所述熔絲結構301區域以外的刻蝕終止層304去除，因此，在形成接觸孔開 口的過程中，只需要對所述第一層間介質層305和第一介質層303進行刻蝕，並未涉及刻蝕 終止層304，因此不需要對現有技術的刻蝕菜單進行調整。如圖3和圖13所示，執行步驟S5，使用選擇性刻蝕在所述熔絲結構上方形成開 口，所述開口底部露出刻蝕終止層。本實施例中具體包括使用選擇性刻蝕在所述熔絲結構 301上方形成開口 307，所述開口 307底部露出刻蝕終止層304。所述選擇性刻蝕過程與之前所述的實施例一致。如上所述，本發明在熔絲結構的上方形成具有目標厚度的第一介質層，並在第一 介質層上形成刻蝕終止層，使得開口形成過程中的刻蝕過程在刻蝕終止層自動停止，從而 有效的控制熔絲結構上方殘留的介質層的厚度，避免熔絲結構在熔斷時發生橫向膨脹對電 路造成損傷。本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域 技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發 明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明 的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬於本發明技術方案 的保護範圍。
權利要求
1.一種熔絲結構的形成方法，其特徵在於，包括 提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有熔絲結構；在所述半導體襯底上形成第一介質層，所述第一介質層覆蓋熔絲結構並具有目標厚度；在所述第一介質層上形成刻蝕終止層； 在所述刻蝕終止層上形成第二介質層；對所述第二介質層進行選擇性刻蝕，在所述熔絲結構上方形成開口，所述開口底部露 出刻蝕終止層。
2.根據權利要求1所述的熔絲結構的形成方法，其特徵在於，所述目標厚度為2000至12000A。
3.根據權利要求1所述的熔絲結構的形成方法，其特徵在於，所述第二介質層的材料 選自氧化矽、有機矽酸鹽玻璃或硼矽玻璃。
4.根據權利要求3所述的熔絲結構的形成方法，其特徵在於，所述刻蝕終止層的材料 與第二介質層的材料不同。
5.根據權利要求4所述的熔絲結構的形成方法，其特徵在於，所述刻蝕終止層的材料 選自氮氧化矽、氮化矽或富矽氧化物。
6.根據權利要求1所述的熔絲結構的形成方法，其特徵在於，所述刻蝕終止層的厚度 為 300 至1000 A。
7.根據權利要求1所述的熔絲結構的形成方法，其特徵在於，所述選擇性刻蝕為幹法 刻蝕，刻蝕氣體為C4F8、02、CO和Ar的混合氣體。
8.根據權利要求1所述的熔絲結構的形成方法，其特徵在於，在形成刻蝕終止層之後、 形成第二介質層之前還包括對所述刻蝕終止層進行刻蝕，去除所述熔絲結構區域之外的 刻蝕終止層。
9.根據權利要求1所述的熔絲結構的形成方法，其特徵在於，所述熔絲結構為多晶矽 熔絲或金屬熔絲。
10.根據權利要求1所述的熔絲結構的形成方法，其特徵在於，所述第二介質層為多層 結構，第二介質層內形成有通孔或互連結構。
全文摘要
一種熔絲結構的形成方法，包括提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有熔絲結構；在所述半導體襯底上形成第一介質層，所述第一介質層覆蓋熔絲結構並具有目標厚度；在所述第一介質層上形成刻蝕終止層；在所述刻蝕終止層上形成第二介質層；對所述第二介質層進行選擇性刻蝕，在所述熔絲結構上方形成開口，所述開口底部露出刻蝕終止層。本發明有效的控制了熔絲結構上方殘留的介質層的厚度，提高了器件的可靠性。
文檔編號H01L21/768GK102054765SQ20091020883
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月29日 優先權日2009年10月29日
發明者匡金, 張明敏, 祝孔維, 趙志勇 申請人:無錫華潤上華半導體有限公司, 無錫華潤上華科技有限公司