專利名稱：具有銅熔絲的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種集成電路的形成，特別是有關(guān)于一種形成于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的銅熔絲的方法及其結(jié)構(gòu)。
(2)背景技術(shù)在高解像微影(high-resolution photolithography)與非等向性等離子體蝕刻(anisotropic plasma etching)之類的半導(dǎo)體制程技術(shù)中，其發(fā)展方向主要是盡量縮小半導(dǎo)體元件的大小，并提升半導(dǎo)體元件的封裝密度(packing density)。然而，許多集成電路元件的最后產(chǎn)出率(晶片產(chǎn)出率)將會隨著在芯片(chip)上的半導(dǎo)體元件密度的增加而下降。例如，位于一芯片上具有64 mega-bits的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(dynamic random access memory；DRAM)的電路元件將會隨著電路元件數(shù)量的升高而增加產(chǎn)出率的損耗。
一種用來克服上述存儲器產(chǎn)出率下降的方法是另外提供數(shù)排的存儲器電路胞(memory cells)并以熔絲的方式來連接每一排的電路胞。通常是使用激光來打開在諸如DRAM或SRAM之類的存儲器中的連結(jié)(熔絲)，以抑制存儲器電路胞中出現(xiàn)缺陷的部分，并修正地址譯碼器(address decoder)使備用的存儲排可以用來取代上述的缺陷排。
圖1是習(xí)知技藝中半導(dǎo)體元件的熔絲的示意圖。在一底材10上沉積一第一內(nèi)金屬介電層(inter-metal dielectric layer；IMD layer)20。接著在第一內(nèi)金屬介電層20中形成數(shù)個開口，并填入第一金屬插塞(metal plug)22與22a。沉積一第二內(nèi)金屬介電層24于第一內(nèi)金屬介電層20與第一金屬插塞22與22a之上。在第二內(nèi)金屬介電層24中形成接觸窗于第一金屬插塞上，并填入第一金屬層26與26a。經(jīng)過類似的模式及重復(fù)的步驟后將可形成第三內(nèi)金屬介電層28、第二金屬插塞30與30a、第四內(nèi)金屬介電層32及第二金屬層34與34a。最后在第四內(nèi)金屬介電層32與第二金屬層34與34a上沉積一保護(hù)層(passivation)36，并對保護(hù)層36進(jìn)行蝕刻。
由于第二金屬層34將會連接至外界的導(dǎo)線，所以在蝕刻過程后必須露出用來與外界連接的第二金屬層34。另一方面，第二金屬層34a是用來作為上述半導(dǎo)體元件的熔絲，所以，在上述蝕刻過程之后必須保持一層薄的保護(hù)層于第二金屬層34a上。為了達(dá)到上述目的，一種習(xí)知技術(shù)中常見的方法是先使用一第一光罩來蝕刻保護(hù)層36以露出第二金屬層34且不會蝕刻第二金屬層34a上的保護(hù)層36。接下來，再以一第二光罩來蝕刻保護(hù)層36使得在第二金屬層34a上可以保有一層薄的保護(hù)層36。
在習(xí)知技術(shù)中，上述的第一金屬插塞與第一金屬層通常是銅(copper)金屬層，而上述的第二金屬插塞與第二金屬層通常是鋁(aluminum)金屬層。一般而言，在制程中較不傾向于使用銅來作為熔絲。這是因?yàn)殂~是良好的熱傳導(dǎo)物質(zhì)，而且，形成于頂層的銅金屬層的厚度通常會很厚。所以，在以激光修補(bǔ)工具(laser repairtool)來切割熔絲的時候，需要使用較高的能量才能切斷銅熔絲。解決熔絲不易切割的方法的一是將銅熔絲改為鋁熔絲。因?yàn)殇X的熔點(diǎn)比銅低，所以在切割時不需使用高能量的激光即可切割鋁熔絲。但是，鋁熔絲的成本卻比銅熔絲高。
(3)發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的是為了能提高制程的效率以及節(jié)省半導(dǎo)體元件的制作成本而提供一種形成銅金屬層上的銅熔絲的結(jié)構(gòu)與形成方法。
根據(jù)本發(fā)明一方面提供一種具有銅熔絲的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是，包含一底材；一第一金屬層位于該底材上；一銅熔絲位于該底材上，其中該銅熔絲與該第一金屬層位于同一層且該銅熔絲與該第一金屬層是彼此分離；一蝕刻終止層位于該銅熔絲上；一介電層位于該第一金屬層上；一金屬連接層位于該介電層中，該金屬連接層是與該第一金屬層電性耦合；一第二金屬層位于該介電層上，其中該第二金屬層與該金屬連接層電性耦合；及一保護(hù)層位于該第二金屬層與該蝕刻終止層上，其中該保護(hù)層包含可曝露出該第二金屬層的一第一開口與可曝露出該蝕刻終止層的一第二開口。
根據(jù)本發(fā)明另一方面提供一種具有銅熔絲的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含一底材；一第一金屬層位于該底材上；一銅熔絲位于該底材上，該第一金屬層與該銅熔絲是位于同一層且彼此分離；一氧化硅層位于該銅熔絲上；一第一氮化硅層位于該氧化硅層上；一介電層位于該第一金屬層上；一金屬連接層位于該介電層中，該金屬連接層是與該第一金屬層電性耦合；一第二金屬層位于該介電層上，該第二金屬層是與該金屬連接層電性耦合；一保護(hù)層位于該第二金屬層，與該第一氮化硅層上，其中，該保護(hù)層包含可曝露出該第二金屬層的一第一開口與可曝露出該蝕刻終止層的一第二開口；及一第二氮化硅層位于該第一開口與該第二開口的側(cè)邊。
根據(jù)本發(fā)明又一方面提供一種銅熔絲的形成方法，該銅熔絲是位于一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，其特點(diǎn)是，該銅熔絲的形成方法包含提供一底材；形成一第一金屬層于該底材上；形成一銅熔絲于該底材上，其中，該第一金屬層與該銅熔絲是位于同一層且該第一金屬層與該銅熔絲是彼此分離；形成一蝕刻終止層于該銅熔絲上；形成一介電層于該第一金屬層上；形成一金屬連接層于該介電層中，該金屬連接層與該第一金屬層是電性耦合；形成一第二金屬層于該介電層上，該第二金屬層與該金屬連接層是電性耦合；形成一保護(hù)層于該第二金屬層與該蝕刻終止層之上；及蝕刻該保護(hù)層以形成一第一開口與一第二開口，其中該第一開口可曝露出該第二金屬層，該第二開口可曝露出該蝕刻停止層。
本發(fā)明是使用位于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的內(nèi)層銅金屬層來作為半導(dǎo)體元件的銅熔絲；在銅熔絲上方的開口與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與外界連接的接合墊的上方開口可以于同一蝕刻制程中完成。這樣便可有效且經(jīng)濟(jì)地形成一組銅熔絲于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，使得所形成的銅熔絲可以使用激光修補(bǔ)工具來切割。由于本發(fā)明以半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一薄的銅金屬層來取代習(xí)知技術(shù)中的鋁金屬層成為半導(dǎo)體元件的熔絲，以節(jié)省半導(dǎo)體制程的成本；由于本發(fā)明的方法可以一道蝕刻制程來分別限定出在接合墊與熔絲上方的開口，因此本發(fā)明的方法可以精簡半導(dǎo)體生產(chǎn)的制程。
(4)


圖1是一根據(jù)習(xí)知技術(shù)所形成的金屬熔絲的示意圖；圖2是一具有根據(jù)本發(fā)明所揭示技術(shù)所形成的金屬熔絲的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖；以及圖3是圖2的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在經(jīng)過蝕刻氮化硅層的步驟后的示意圖。
(5)具體實(shí)施方式
本發(fā)明的一些實(shí)施例將予以詳細(xì)描述如下。然而，除了詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以廣泛地在其他的實(shí)施例施行，且本發(fā)明的范圍不受其限定，而是以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
另外，半導(dǎo)體元件的不同部分并沒有依照尺寸繪圖。某些尺度與其他相關(guān)尺度相比已經(jīng)被夸張，以提供更清楚的描述和本發(fā)明的理解。
本發(fā)明的一較佳實(shí)施例為一種具有銅熔絲的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中具有一半導(dǎo)體底材，在底材上具有一第一金屬層與一銅熔絲。第一金屬層與銅熔絲位于同一層中且彼此分離。在銅熔絲上具有一蝕刻終止層，其中，蝕刻終止層包含一第一氮化硅層/或是包含一氧化硅層與一第一氮化硅層。在第一金屬層上具有一介電層。介電層可以是一低介電常數(shù)的內(nèi)金屬介電層(low K inter-metal dielectric layer)。在介電層中具有一金屬連接層，金屬連接層與第一金屬層之間具有電性耦合。在介電層上具有一第二金屬層，且第二金屬層可以經(jīng)由金屬連接層而與第一金屬層產(chǎn)生電性耦合。在第二金屬層與第一氮化硅層上具有一保護(hù)層，保護(hù)層可以包含一氧化硅保護(hù)層與一氮化硅保護(hù)層。在上述的保護(hù)層中具有一第一開口與一第二開口，其中，第一開口可以曝露出第二金屬層以作為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的接合墊，且第二開口可以曝露出氧化硅層/第一氮化硅層。在第一開口與第二開口的側(cè)邊上形成一第二氮化硅層，上述的第二氮化硅層可以避免水氣之類的小分子滲透至上述的介電層進(jìn)而影響本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性。
本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例為一種于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中形成銅熔絲結(jié)構(gòu)的方法。一種根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，如圖2所示，可以下列的方法來形成。首先，于一底材100上沉積一第一內(nèi)金屬介電層110，并于第一內(nèi)金屬介電層110中形成數(shù)個第一開口。在第一開口中填入銅金屬并移除多余的銅。多余的銅可以化學(xué)機(jī)械研磨法之類的方法來移除。接下來，在第一內(nèi)金屬介電層110上沉積一第二內(nèi)金屬介電層120，并經(jīng)由蝕刻的制程來形成第二開口于上述填滿銅金屬的第一開口之上。在第二開口中填入銅金屬并以諸如化學(xué)機(jī)械研磨法的類的方法來移除多余的銅，以形成如圖2所示的第一金屬層130與130a，其中，第一金屬層130是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的一金屬內(nèi)連接線，而第一金屬層130a是本實(shí)施例中的熔絲。
本發(fā)明的特點(diǎn)之一是形成一蝕刻終止層于熔絲的上方。為了在經(jīng)過蝕刻制程后，如下文中所述，在第一金屬層130a上至少仍然可以保留一氧化硅層，所以，在本發(fā)明的方法中會先沉積一氧化硅層140與一氮化硅層150于上述的第二內(nèi)金屬介電層與第一金屬層上。在熔絲130a上的氧化硅層140與氮化硅層150可以避免在蝕刻完成后不僅露出半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的接合墊還同時會露出上述的熔絲部分進(jìn)而在整體電路上造成不必要的困擾。
在沉積一第三內(nèi)金屬介電層160于上述的氮化硅層150上后，依序蝕刻第三內(nèi)金屬介電層160、氮化硅層150與氧化硅層140以形成一第三開口于第一金屬層130之上。在第三開口中填入銅金屬并移除多余的銅。接下來，沉積一第四內(nèi)金屬介電層170于第三內(nèi)金屬介電層160上，并形成一第四開口于上述填滿銅金屬的第三開口之上。在第四開口中填入銅金屬并移除多余的銅，以形成一第二金屬層180。重復(fù)上述的步驟，在第四內(nèi)金屬介電層170與第二金屬層180上形成一第五內(nèi)金屬介電層190，一第六內(nèi)金屬介電層200與一第三金屬層210。第三金屬層210可以是上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與外界連結(jié)的接合墊。
沉積一氧化硅保護(hù)層(passivation oxide)220與一氮化硅保護(hù)層(passivation SiN)230于第六內(nèi)金屬介電層200與第三金屬層210之上。本發(fā)明的另一特點(diǎn)將敘述如下。在經(jīng)過一道光罩的微影制程后，將可以在接合墊上方與熔絲上方分別形成一開口。換言之，在經(jīng)過一道光罩的微影制程后，不僅可以移除在第三金屬層210上方的氮化硅保護(hù)層230與氧化硅保護(hù)層220以形成一開口240于第三金屬層210之上。上述的微影制程還可以移除在第一金屬層130a上方的氮化硅保護(hù)層230、氧化硅保護(hù)層220、第六內(nèi)金屬介電層200、第五內(nèi)金屬介電層190、第四內(nèi)金屬介電層170及第三內(nèi)金屬介電層160，以形成一開口250于第一金屬層130a上的蝕刻停止層之上。接著沉積一層氮化硅層260于氮化硅保護(hù)層230與開口240及開口250上。最后，在對氮化硅層260進(jìn)行回蝕之后，將會露出用來作為接合墊的第三金屬層210。另一方面，在對氮化硅層260進(jìn)行回蝕刻之后，將會露出作為熔絲的第一金屬層130a上的氧化硅層140與/或氮化硅層150。
在上述的較佳實(shí)施例中，氮化硅層260可以用來防止水氣或銅原子在形成開口的回蝕過程中進(jìn)入裸露出來的內(nèi)金屬介電層，特別是具有低介電是數(shù)的內(nèi)金屬介電層。而熔絲上方的氧化硅層140與氮化硅層150可以用來防止在回蝕的過程中裸露出第一金屬層130a，以防止上述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在電路上出現(xiàn)不必要的錯誤。
如上文中所述，在氮化硅層260的蝕刻制程中，將會露出半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的接合墊，并蝕刻至熔絲的上方且不會露出熔絲。此時，熔絲上方的氧化硅層140與氮化硅層150將扮演著相當(dāng)重要的角色。因?yàn)?，熔絲上方的氧化硅層140與氮化硅層150必須使氮化硅層260的蝕刻制程可以蝕刻至接合墊210以露出接合墊，并蝕刻終止于熔絲130a上方以不露出熔絲。為了使蝕刻終止于上述熔絲上方的氧化硅層140與氮化硅層150，除了可以控制蝕刻制程的參數(shù)的外，還可以從氮化硅層260、氧化硅層140與氮化硅層150的厚度上來加以控制。例如，當(dāng)?shù)鑼?60的厚度為2000±500埃的時候，氧化硅層140與氮化硅層150的厚度可以分別為1 500±500埃與500±500埃。這樣，在進(jìn)行氮化硅層260的蝕刻的時候，可以只移除熔絲130a上方的氮化硅層260，甚至是移除氮化硅層150，如圖3所示。在熔絲130a的上方至少仍可保留一氧化硅層140，使得熔絲130a不至于在蝕刻制程之后顯露出來。
在應(yīng)用上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的裝置的電路胞出現(xiàn)缺陷的時候，可以使用激光修補(bǔ)工具來切割作為熔絲的第一金屬層130a，使得上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以使用一備用的電路胞(未顯示于圖中)來取代上述出現(xiàn)缺陷的電路胞。與習(xí)知技術(shù)中的銅熔絲不同的是，在本發(fā)明的方法中是使用內(nèi)層的銅金屬層來作為銅熔絲而非使用與接合墊同一層(表層)的銅金屬層來作為銅熔絲。其優(yōu)點(diǎn)是，在內(nèi)層的銅金屬層的厚度一般而言會比在表層的銅金屬層的厚度更薄。所以，在進(jìn)行修補(bǔ)的時候，可以很容易的使用激光修補(bǔ)工具來切割本發(fā)明中的銅熔絲。
綜合以上所述，本發(fā)明揭示了一種在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中形成銅熔絲的方法。本發(fā)明可以使用半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的內(nèi)層的薄銅金屬層來作為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的熔絲，換言之，本發(fā)明可以使用一節(jié)省成本且激光修補(bǔ)工具容易切割的元件來作為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的熔絲。此外，在本發(fā)明中，可以在形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的接合墊上方的開口的時候，同時在熔絲上形成一開口，也就是，本發(fā)明的方法可以在一道蝕刻制程中分別限定出接合墊與熔絲上方的開口。所以，本發(fā)明可以提升銅熔絲的適用性與熔絲制程的效率。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請專利范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或替換，均應(yīng)包含在下述的權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有銅熔絲的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，包含一底材；一第一金屬層位于該底材上；一銅熔絲位于該底材上，其中該銅熔絲與該第一金屬層位于同一層且該銅熔絲與該第一金屬層是彼此分離；一蝕刻終止層位于該銅熔絲上；一介電層位于該第一金屬層上；一金屬連接層位于該介電層中，該金屬連接層是與該第一金屬層電性耦合；一第二金屬層位于該介電層上，其中該第二金屬層與該金屬連接層電性耦合；及一保護(hù)層位于該第二金屬層與該蝕刻終止層上，其中該保護(hù)層包含可曝露出該第二金屬層的一第一開口與可曝露出該蝕刻終止層的一第二開口。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一金屬層是一銅金屬層。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第二金屬層是一銅金屬層。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該蝕刻終止層包含一氮化硅層與一氧化硅層。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該蝕刻終止層是一氮化硅層。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包含一氮化硅層位于該開口的側(cè)邊。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該介電層是一低介電常數(shù)的內(nèi)金屬介電層。
8.一種具有銅熔絲的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含一底材；一第一金屬層位于該底材上；一銅熔絲位于該底材上，該第一金屬層與該銅熔絲是位于同一層且彼此分離；一氧化硅層位于該銅熔絲上；一第一氮化硅層位于該氧化硅層上；一介電層位于該第一金屬層上；一金屬連接層位于該介電層中，該金屬連接層是與該第一金屬層電性耦合；一第二金屬層位于該介電層上，該第二金屬層是與該金屬連接層電性耦合；一保護(hù)層位于該第二金屬層，與該第一氮化硅層上，其中，該保護(hù)層包含可曝露出該第二金屬層的一第一開口與可曝露出該蝕刻終止層的一第二開口；及一第二氮化硅層位于該第一開口與該第二開口的側(cè)邊。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一金屬層是銅金屬層。
10.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第二金屬層是銅金屬層。
11.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一金屬層是一金屬內(nèi)連接線。
12.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第二金屬層是一金屬內(nèi)連接線。
13.一種銅熔絲的形成方法，該銅熔絲是位于一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，其特征在于，該銅熔絲的形成方法包含提供一底材；形成一第一金屬層于該底材上；形成一銅熔絲于該底材上，其中，該第一金屬層與該銅熔絲是位于同一層且該第一金屬層與該銅熔絲是彼此分離；形成一蝕刻終止層于該銅熔絲上；形成一介電層于該第一金屬層上；形成一金屬連接層于該介電層中，該金屬連接層與該第一金屬層是電性耦合；形成一第二金屬層于該介電層上，該第二金屬層與該金屬連接層是電性耦合；形成一保護(hù)層于該第二金屬層與該蝕刻終止層之上；及蝕刻該保護(hù)層以形成一第一開口與一第二開口，其中該第一開口可曝露出該第二金屬層，該第二開口可曝露出該蝕刻停止層。
14.如權(quán)利要求13所述的銅熔絲形成方法，其特征在于，該蝕刻終止層的形成步驟包含形成一氧化硅層于該銅熔絲上；與形成一氮化硅層于該氧化硅層上。
15.如權(quán)利要求13所述的銅熔絲形成方法，其特征在于，還包含形成一氮化硅層于該第一開口與該第二開口的左右側(cè)邊上。
16.如權(quán)利要求13所述的銅熔絲形成方法，其特征在于，該蝕刻終止層的形成步驟是形成一氮化硅層于該銅熔絲上。
17.如權(quán)利要求13所述的銅熔絲形成方法，其特征在于，該第一金屬層是銅金屬層。
18.如權(quán)利要求13所述的銅熔絲形成方法，其特征在于，該第二金屬層是銅金屬層。
19.如權(quán)利要求13所述的銅熔絲形成方法，其特征在于，該第一金屬層是該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一金屬內(nèi)連接線。
20.如權(quán)利要求13所述的銅熔絲形成方法，其特征在于，該第二金屬層是該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一金屬內(nèi)連接線。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種具有銅熔絲的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法。本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)藉由使用位于內(nèi)層的銅金屬層來作為熔絲，使得本發(fā)明中的銅熔絲可以容易被激光修補(bǔ)工具所切割。此外，本發(fā)明的方法可以在一道蝕刻制程中分別限定出在接合墊上方與在熔絲上方的開口。因此，藉由上述的過程，可以有效地形成一銅熔絲于一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中。此外，在本發(fā)明的方法中，還因?yàn)槭褂脙?nèi)層的銅金屬層來取代習(xí)知技術(shù)中位于上層的鋁熔絲，所以可以節(jié)省整個半導(dǎo)體制程的成本。
文檔編號H01L23/525GK1469466SQ0215060
公開日2004年1月21日 申請日期2002年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月19日
發(fā)明者吳德源, 李秋德 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司