JP2007208190A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】多層配線部上に形成されたMIM素子およびヒューズを具備し、所望性能のものを高い歩留りの下に作製し易い半導体装置を得ること。
【解決手段】半導体基板10と、半導体基板に形成された回路素子20,30と、半導体基板上に形成されて回路素子を覆う多層配線部50と、多層配線部上に形成された最外層間絶縁膜60と、最外層間絶縁膜に形成されたMIM素子70と、最外層間絶縁膜に形成されたヒューズ75とを具備した半導体装置100を作製するにあたり、最外層間絶縁膜に設けられた凹部に埋め込まれて最外層間絶縁膜の上面と共通の面を形成する下部電極62と、下部電極上に形成された電気絶縁膜64と、電気絶縁膜上に形成された上部電極66とによってMIM素子を構成すると共に、最外層間絶縁膜に設けられた凹部に埋め込まれて最外層間絶縁膜の上面と共通の面を形成するようにして該最外層間絶縁膜にヒューズを埋め込み形成する。
【選択図】 図1
A semiconductor device including an MIM element and a fuse formed on a multilayer wiring portion and having a desired performance can be easily manufactured with a high yield.
A semiconductor substrate, circuit elements formed on the semiconductor substrate, a multilayer wiring portion formed on the semiconductor substrate and covering the circuit element, and an outermost interlayer formed on the multilayer wiring portion. In manufacturing the semiconductor device 100 including the insulating film 60, the MIM element 70 formed in the outermost interlayer insulating film, and the fuse 75 formed in the outermost interlayer insulating film, the semiconductor device 100 is provided in the outermost interlayer insulating film. A lower electrode 62 which is embedded in the recessed portion and forms a common surface with the upper surface of the outermost interlayer insulating film, an electric insulating film 64 formed on the lower electrode, and an upper electrode 66 formed on the electric insulating film, The MIM element is constituted by the above, and a fuse is embedded in the outermost interlayer insulating film so as to form a common surface with the upper surface of the outermost interlayer insulating film by being embedded in the recess provided in the outermost interlayer insulating film To do.
[Selection] Figure 1
Description
この発明は、多層配線部上に最外層間絶縁膜を備え、該最外層間絶縁膜にMIM素子(Metal Insulator Metal) が形成された半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device including an outermost interlayer insulating film on a multilayer wiring portion, and an MIM element (Metal Insulator Metal) formed on the outermost interlayer insulating film.
今日では、電子機器の小型化、低コスト化を図るために、1つの半導体チップに種々の集積回路を混載して1つの半導体装置が構成されるようになってきており、これに伴って個々の回路素子の小型化および高集積化も進められている。また、回路素子の配置の多様化も進んでおり、例えば、不良のメモリセルを冗長回路上の良品のメモリセルに電気的に置き換えるためのヒューズを多層配線部における最も上の層間絶縁膜に形成したり、消費者のニーズに応じた所定性能をオプションとして扱う場合に前記所定性能の実現に必要なMIM素子を多層配線部上に形成したりすることも行われている。 Nowadays, in order to reduce the size and cost of electronic devices, various integrated circuits are mixedly mounted on one semiconductor chip, and one semiconductor device is configured accordingly. These circuit elements are also being miniaturized and highly integrated. In addition, diversification of circuit element arrangement is also progressing. For example, a fuse for electrically replacing a defective memory cell with a good memory cell on a redundant circuit is formed in the uppermost interlayer insulating film in the multilayer wiring portion. In addition, when a predetermined performance according to consumer needs is handled as an option, an MIM element necessary for realizing the predetermined performance is formed on a multilayer wiring portion.
例えば、多層配線部における最も上の層間絶縁膜にヒューズを形成し、かつ多層配線部上にMIM素子としての容量素子を形成する場合には、まず、多層配線部における最も上の層間絶縁膜に該層間絶縁膜での配線の一部としてヒューズを形成した後に、多層配線部上にシリコン酸化物等によって最外層間絶縁膜を形成する。この最外層間絶縁膜は、MIM素子の形成の場を提供する。 For example, when a fuse is formed in the uppermost interlayer insulating film in the multilayer wiring portion and a capacitor element as an MIM element is formed on the multilayer wiring portion, first, the uppermost interlayer insulating film in the multilayer wiring portion is formed. After forming a fuse as a part of wiring in the interlayer insulating film, an outermost interlayer insulating film is formed on the multilayer wiring portion by silicon oxide or the like. The outermost interlayer insulating film provides a field for forming the MIM element.
次いで、最外層間絶縁膜に所定形状の凹部を形成し、さらに、多層配線部における最も上の層間絶縁膜に形成されている所定の配線と上記の凹部の所定箇所とを繋ぐビアホールを形成する。これらの凹部およびビアホールそれぞれの表面上に例えばタンタルや窒化タンタルによりバリアメタル層を形成してから、当該凹部およびビアホールをタングステンやタングステン−アルミニウム合金等の電極材料で埋め、最外層間絶縁膜上に堆積した余剰の電極材料およびバリアメタルを化学的機械研磨(CMP;Chemical Mechanical Polishing) によって除去する。このCMPまで行うことにより、上記の凹部には容量素子の下部電極が形成され、上記のビアホールにはコンタクトプラグが形成される。 Next, a concave portion having a predetermined shape is formed in the outermost interlayer insulating film, and further, a via hole that connects a predetermined wiring formed in the uppermost interlayer insulating film in the multilayer wiring portion and a predetermined portion of the concave portion is formed. . A barrier metal layer is formed on the surface of each of these recesses and via holes using, for example, tantalum or tantalum nitride, and then the recesses and via holes are filled with an electrode material such as tungsten or tungsten-aluminum alloy, and are formed on the outermost interlayer insulating film The excess electrode material and barrier metal deposited are removed by chemical mechanical polishing (CMP). By performing this CMP, the lower electrode of the capacitive element is formed in the recess, and the contact plug is formed in the via hole.
このとき、最外層間絶縁膜の表面の平坦性が低いと上記余剰の電極材料および余剰のバリアメタルをCMPで除去する際の研磨量が多くなり、結果として容量素子の下部電極の薄肉化や消失をまねくことになるので、下部電極の形成に先だって最外層間絶縁膜にCMPを施し、その表面を平坦化しておく。 At this time, if the surface flatness of the outermost interlayer insulating film is low, the amount of polishing when the excess electrode material and the excess barrier metal are removed by CMP increases, resulting in the thinning of the lower electrode of the capacitive element. Since disappearance is caused, CMP is performed on the outermost interlayer insulating film before the formation of the lower electrode, and the surface thereof is flattened.
次いで、上記の下部電極を覆うようにして、例えばシリコン窒化物により容量絶縁膜を形成し、その上に例えばチタン窒化物により容量素子の上部電極を形成する。この上部電極まで形成することにより、容量素子が得られる。 Next, a capacitive insulating film is formed from, for example, silicon nitride so as to cover the lower electrode, and an upper electrode of the capacitive element is formed thereon from, for example, titanium nitride. By forming up to the upper electrode, a capacitive element can be obtained.
この後、容量素子の上部電極を覆うようにして最外層間絶縁膜上に例えばアルミニウムによりパッドを形成し、該パッドと最外層間絶縁膜の露出面とを覆うようにしてシリコン窒化物等からなるパッシベーション膜を形成する。このとき、パッシベーション膜の元となる膜のうちでパッド上に位置している領域、およびヒューズ上に位置している領域は、例えばエッチングによりそれぞれ除去する。さらに、最外層間絶縁膜のうちでヒューズ上に位置している領域を例えばエッチングにより薄肉化して、ヒューズを化学的に保護する(酸化や腐食等から保護する)ことができる厚さを有すると共に、必要時に例えばレーザブローによってヒューズを容易に溶断することが可能な厚さを有する保護部を形成する。 Thereafter, a pad is formed of, for example, aluminum on the outermost interlayer insulating film so as to cover the upper electrode of the capacitive element, and silicon nitride or the like is formed so as to cover the pad and the exposed surface of the outermost interlayer insulating film. A passivation film is formed. At this time, the region located on the pad and the region located on the fuse in the film that is the basis of the passivation film are removed by etching, for example. In addition, the region of the outermost interlayer insulating film located on the fuse is thinned by, for example, etching to have a thickness capable of chemically protecting the fuse (protecting from oxidation, corrosion, etc.). When necessary, a protective part having a thickness capable of easily blowing the fuse by laser blow is formed.
多層配線部上にMIM素子を形成する場合には、上述のように下部電極の形成に先だって最外層間絶縁膜にCMPが施されて、その上面が平坦化される。このとき、下地である多層配線部の上面が必ずしも平坦ではないことから、上面が平坦化された最外層間絶縁膜の膜厚にはバラツキが生じる。ヒューズ上での保護部の形成は、最外層間絶縁膜の膜厚にバラツキが生じた後に行われることになる。このため、従来の半導体装置ではヒューズ上に保護部を形成する際のエッチング条件の制御が困難であり、結果として、所望の性能あるいは信頼性を有するメモリ素子を形成することが困難である。 When the MIM element is formed on the multilayer wiring portion, CMP is performed on the outermost interlayer insulating film prior to the formation of the lower electrode as described above, and the upper surface thereof is flattened. At this time, since the upper surface of the multilayer wiring part which is the base is not necessarily flat, the film thickness of the outermost interlayer insulating film with the flat upper surface varies. The formation of the protective portion on the fuse is performed after the thickness of the outermost interlayer insulating film varies. For this reason, in the conventional semiconductor device, it is difficult to control the etching conditions when forming the protective portion on the fuse, and as a result, it is difficult to form a memory element having desired performance or reliability.
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、多層配線部上に形成されたMIM素子およびヒューズを具備し、所望性能のものを高い歩留りの下に作製し易い半導体装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device that includes an MIM element and a fuse formed on a multilayer wiring portion and can easily manufacture a desired performance with a high yield. And
上記の目的を達成するこの発明の半導体装置は、半導体基板と、半導体基板に形成された回路素子と、半導体基板上に形成されて回路素子を覆う多層配線部と、多層配線部上に形成された最外層間絶縁膜と、最外層間絶縁膜に形成されたMIM素子と、最外層間絶縁膜に形成されたヒューズとを具備し、MIM素子は、最外層間絶縁膜に設けられた凹部に埋め込まれて最外層間絶縁膜の上面と共通の面を形成する下部電極と、下部電極上に形成された電気絶縁膜と、電気絶縁膜上に形成された上部電極とを備え、ヒューズは、最外層間絶縁膜に設けられた凹部に埋め込まれて最外層間絶縁膜の上面と共通の面を形成することを特徴とするものである。 A semiconductor device of the present invention that achieves the above object is formed on a semiconductor substrate, a circuit element formed on the semiconductor substrate, a multilayer wiring portion formed on the semiconductor substrate and covering the circuit element, and a multilayer wiring portion. An outermost interlayer insulating film, an MIM element formed in the outermost interlayer insulating film, and a fuse formed in the outermost interlayer insulating film. The MIM element is a recess provided in the outermost interlayer insulating film. A lower electrode that forms a common surface with the upper surface of the outermost interlayer insulating film, an electric insulating film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the electric insulating film. A surface common to the upper surface of the outermost interlayer insulating film is formed by being embedded in a recess provided in the outermost interlayer insulating film.
この発明の半導体装置では、最外層間絶縁膜の上面と共通の面を形成するようにしてMIM素子の下部電極とヒューズとが最外層間絶縁膜に埋め込み形成されるので、最外層間絶縁膜にCMPを施すか否かに拘わらず、該最外層間絶縁膜上には膜厚が実質的に一定の膜を容易に形成することができる。その結果として、ヒューズ上に所望の厚さの保護部を形成することも容易になる。したがって、この発明によれば、多層配線部上に形成されたMIM素子およびヒューズを具備した所望性能の半導体装置を高い歩留りの下に得易くなる。 In the semiconductor device of the present invention, since the lower electrode of the MIM element and the fuse are embedded in the outermost interlayer insulating film so as to form a surface common to the upper surface of the outermost interlayer insulating film, the outermost interlayer insulating film Regardless of whether or not CMP is performed, a film having a substantially constant thickness can be easily formed on the outermost interlayer insulating film. As a result, it becomes easy to form a protective part having a desired thickness on the fuse. Therefore, according to the present invention, it becomes easy to obtain a semiconductor device having desired performance including the MIM element and the fuse formed on the multilayer wiring portion at a high yield.
以下、この発明の半導体装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この発明は以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。 Embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below.
実施の形態1.
図1は、この発明の半導体装置の一例を概略的に示す断面図である。同図に示す半導体装置100は、半導体基板10と、半導体基板10に形成された回路素子20,30と、半導体基板10上に形成されて回路素子20,30を覆う多層配線部50と、多層配線部50上に形成された最外層間絶縁膜60と、最外層間絶縁膜60に形成されたMIM素子70と、最外層間絶縁膜60に形成された複数のヒューズ75(図1においては1つのヒューズ75のみが現れている。)とを具備している。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the semiconductor device of the present invention. A
この半導体装置100はメモリ素子と該メモリ素子用の冗長回路とを有しており、複数のヒューズ75の一部は、不良のメモリセルを冗長回路上の良品のメモリセルと電気的に置き換えるために例えばレーザブローによって溶断されている。また、MIM素子70は、オプションとして扱われる所定性能を実現するために半導体装置100に設けられたものである。
The
上記の半導体基板10は、シリコンのような元素半導体からなる基板であってもよいし、ガリウムヒ素のような化合物半導体からなる基板であってもよい。さらには、SOI(Silicon On Insulator)基板であってもよい。半導体基板10の所定箇所には、該半導体基板10に形成しようとする回路素子の種類に応じた所定の素子領域(ウェル)と、所定形状の素子分離領域とが形成される。図示の半導体基板10は、P- 型シリコン基板1の所定箇所にN型ウェル3およびP型ウェル5を形成し、さらに、各素子領域3,5を平面視上区画するようにして素子分離領域7を形成したものである。
The
回路素子としてどのような素子を形成するかは、半導体装置100に求められる機能等に応じて適宜選定される。図1に示す回路素子20,30は、いずれも電界効果トランジスタ(以下、「電界効果トランジスタ20」、「電界効果トランジスタ30」という。)である。電界効果トランジスタ20は、N型ウェル3に形成されたソース領域12およびドレイン領域14と、半導体基板10上にゲート絶縁膜16を介して配置されたゲート電極18とを有している。また、電界効果トランジスタ30は、P型ウェル5に形成されたソース領域22およびドレイン領域24と、半導体基板10上にゲート絶縁膜26を介して配置されたゲート電極28とを有している。
Which element is formed as the circuit element is appropriately selected according to the function required for the
多層配線部50は、複数の層間絶縁膜と、これらの層間絶縁膜それぞれに形成されたコンタクトプラグと、各コンタクトプラグを所定のパターンで電気的に接続して集積回路を形成する多数の配線とを備えている。最も下の層間絶縁膜である第1層間絶縁膜35には、電界効果トランジスタ20,30に接続された第1層コンタクトプラグと第1層配線(図1には現れていない。)とが形成されており、第(n−1)層間絶縁膜40には、第(n−1)層コンタクトプラグと第(n−1)層配線とが形成されている。そして、最も上の層間絶縁膜である第n層間絶縁膜45には、第n層コンタクトプラグと第n層配線とが形成されている。また、各層間絶縁膜上には、例えばシリコン窒化物やシリコン炭窒化物等によって形成されたライナー膜が設けられている。ライナー膜は、その下の層間絶縁膜に例えば銅製の配線を形成したときに該配線の酸化や腐食、あるいは銅原子の拡散を防止する。なお、上記の「n]は3以上の整数を表すが、「n」を2として多層配線部を構成することも可能である。
The
図1においては、各層間絶縁膜に形成されているコンタクトプラグおよび配線のうち、4つの第1層コンタクトプラグ32a〜32dと、1つの第(n−1)層コンタクトプラグ37と、3つの第(n−1)層配線39a〜39cと、1つの第n層コンタクトプラグ42と、3つの第n層配線44a〜44cとが現れている。また、各層間絶縁膜上に形成されているライナー膜のうち、第(n−1)層間絶縁膜40上に形成された第(n−1)ライナー膜Ln-1 と、第n層間絶縁膜45上に形成された第nライナー膜Ln とが現れている。
In FIG. 1, among the contact plugs and wirings formed in each interlayer insulating film, four first
なお、各コンタクトプラグは、例えばタングステン、タングステン−アルミニウム合金、銅等の導電材料によって形成することができる。同様に、各配線は、例えばアルミニウム、銅等の導電材料によって形成することができる。通常、コンタクトプラグと層間絶縁膜との間、およびコンタクトプラグと該コンタクトプラグに接続する配線との間には、コンタクトプラグの材料に応じて、所定の無機材料からなるバリアメタル層が設けられる。例えば、アルミニウムによってコンタクトプラグを形成する場合にはチタン窒化物等からなるバリアメタル層が設けられ、タングステンや銅によってコンタクトプラグを形成する場合には、チタン窒化物、タンタル、タンタル窒化物等からなるバリアメタル層が設けられる。層間絶縁膜に設けられる各配線についても同様である。ただし、層間絶縁膜の材質によってはバリアメタル層を省略することも可能である。 Each contact plug can be formed of a conductive material such as tungsten, a tungsten-aluminum alloy, or copper. Similarly, each wiring can be formed of a conductive material such as aluminum or copper. Usually, a barrier metal layer made of a predetermined inorganic material is provided between the contact plug and the interlayer insulating film, and between the contact plug and the wiring connected to the contact plug, depending on the material of the contact plug. For example, when a contact plug is formed of aluminum, a barrier metal layer made of titanium nitride or the like is provided, and when a contact plug is formed of tungsten or copper, it is made of titanium nitride, tantalum, tantalum nitride, or the like. A barrier metal layer is provided. The same applies to each wiring provided in the interlayer insulating film. However, the barrier metal layer can be omitted depending on the material of the interlayer insulating film.
図1に示す各配線39a〜39c,44a〜44cはいずれもダマシン法により形成された銅製の埋め込み配線であり、上述した各コンタクトプラグ32a〜32d,37,42もダマシン法により形成された銅製のものであるが、バリアメタル層については図示を省略している。
Each of the
多層配線部50を覆う最外層間絶縁膜60は、例えばシリコン酸化物等により形成されて、MIM素子70の形成の場を提供する。この最外層間絶縁膜60には、MIM素子70の下部電極62とヒューズ75とが設けられている。図示のMIM素子70は下部電極62、電気絶縁膜(容量絶縁膜)64、および上部電極66を備えた容量素子である。
The outermost
上記の下部電極62は、最外層間絶縁膜60の上面と共通の面を形成するようにして、最外層間絶縁膜60に設けられた凹部に埋め込まれている。この下部電極62の材料としては、例えばタングステンやタングステン−アルミニウム合金等が用いられ、該下部電極62は、第n層間絶縁膜45に形成されている所定の配線44bとコンタクトプラグ61を介して接続される。これら下部電極62およびコンタクトプラグ61の各々と最外層間絶縁膜60との間、コンタクトプラグ61と第n層配線44bとの間、後述するコンタクトプラグ86と最外層間絶縁膜60との間、およびコンタクトプラグ86と第n層配線44cとの間には、図示を省略したバリアメタル層が介在している。
The
MIM素子を構成する電気絶縁膜(容量絶縁膜)64は、シリコン窒化物等によって最外層間絶縁膜60上に形成されて下部電極62を覆っており、上部電極66は、例えばチタン窒化物等によって電気絶縁膜64上に形成されている。
An electric insulating film (capacitive insulating film) 64 constituting the MIM element is formed on the outermost
ヒューズ75は、上述の下部電極62と同じ材料によって最外層間絶縁膜60に形成され、下部電極62と同様に最外層間絶縁膜60に設けられた凹部に埋め込まれて最外層間絶縁膜60の上面と共通の面を形成している。上述した電気絶縁膜64と同じ材料によって最外層間絶縁膜60上に形成された第1保護膜77がヒューズ75を覆って、該ヒューズ75を酸化や腐食等から保護している。第1保護膜77の膜厚は上述した電気絶縁膜64の膜厚と同じであり、該膜厚は必要時に例えばレーザブローによってヒューズ75を容易に溶断することが可能な厚さに選定されている。
The
また、第1保護膜77上には第2保護膜79が形成されて、第1保護膜77を部分的に覆っている。この第2保護膜79は、上述した上部電極66と同じ材料によって形成されており、該第2保護膜79の膜厚は上部電極66の膜厚と同じである。したがって、後述するパッシベーション膜を形成するにあたってMIM素子70上およびヒューズ75上にそれぞれ開口部を形成する際には、MIM素子70上での開口部の深さとヒューズ75上での開口部の深さとが同じになる。
A second
上述したMIM素子70およびヒューズ75を有する半導体装置100においては、MIM素子70の上部電極66が例えばアルミニウム製のパッド82によって覆われており、パッド82の上面には例えばチタン窒化物からなるバリアメタル層84が形成されている。また、図1には、第n層配線44cを外部回路に接続するためのコンタクトプラグ86、および該コンタクトプラグ86の一端を覆うようにして例えばアルミニウムにより最外層間絶縁膜60上に形成されたパッド88も示されており、このパッド88の上面にも例えばチタン窒化物からなるバリアメタル層90が形成されている。
In the
さらに、半導体装置100においては、最外層間絶縁膜60の上面を覆うようにして、例えばシリコン窒化物やシリコン酸窒化物等からなるパッシベーション膜92が形成されている。ただし、パッシベーション膜92のうちでパッド82,88上に位置する各領域および第1保護膜77上に位置する領域には、開口部OP1 〜OP3 が形成されている。パッド82上に形成された開口部OP1 はパッド82の上面に達しており、パッド88上に形成された開口部OP2 はパッド88の上面に達している。そして、第1保護膜77上に形成された開口部OP3 は、第1保護膜77の上面に達している。第2保護膜79は開口部OP3 の周囲に位置している。
Further, in the
各開口部OP1 〜OP3 の深さを実質的に同じにして開口部OP3 の形成時にヒューズ75上に所望の膜厚の第1保護膜77を残すことを容易にするという観点からは、バリアメタル層84,90、および第2保護膜79をそれぞれ同じ材料によって形成し、かつ、これらの膜厚を同じにすることが好ましい。
From the viewpoint of facilitating to leave first
このような構成を有する半導体装置100では、最外層間絶縁膜60にCMPを施すか否かに拘わらず、最外層間絶縁膜60上に実質的に一定膜厚の膜、すなわち、膜厚のバラツキが成膜時に生じたバラツキのみの膜を容易に形成することができる。このため、パッシベーション膜92の元となる無機膜を成膜する際に、パッド82,88の上方での当該無機膜の膜厚とヒューズ75の上方での当該無機膜の膜厚とを実質的に同じにすることが容易になる。その結果として、各開口部OP1 〜OP3 の形成条件を一定にしてもヒューズ75上に所望の厚さの第1保護膜77を保護部として残すことが容易になる。
In the
したがって、半導体装置100においては多層配線部50上にMIM素子70およびヒューズ75を形成することが容易であり、その歩留りを高め易い。半導体装置100のベースとなる半導体装置、すなわち、半導体基板10上に多層配線部50まで形成された半導体装置(以下、「ベース半導体装置」という。)を一旦開発した後では、該ベース半導体装置に消費者のニーズに合ったオプション機能が適宜付加された半導体装置100を高い歩留り下に得ることが容易になる。また、バリアメタル層84,90、および第2保護膜79をそれぞれ同じ材料によって形成し、かつ、これらの膜厚を同じにすると、開口部OP3 の形成時にヒューズ75上に所望の膜厚の第1保護膜77を残すことが更に容易になるので、所望の半導体装置100を更に得易くなる。
Therefore, in the
なお、第1保護膜77および第2保護膜79は必須の構成部材ではなく、必要に応じて省略することも可能である。第1保護膜77および第2保護膜79を省略したときには、パッシベーション膜92のうちでヒューズ75上に位置する所定の領域を開口部OP3 の形成時に薄肉化して、保護部として残す。また、パッシベーション膜92も必須の構成部材ではなく、必要に応じて省略することも可能である。パッシベーション膜92を省略した場合には、有機材料または無機材料によりヒューズ75上に所望膜厚の保護部を形成する。
Note that the first
上述の技術的効果を奏する半導体装置100は、例えば、以下に説明する最外層間絶縁膜形成工程、ヒューズ形成工程、上部電極形成工程、パッド形成工程、およびパッシベーション膜形成工程をこの順番で行うことによって得ることができる。以下、図1で用いた参照符号を適宜引用して、これらの工程について詳述する。
The
(最外層間絶縁膜形成工程)
最外層間絶縁膜形成工程では、半導体基板上に多層配線部まで形成されたベース半導体装置を得た後、該ベース半導体装置における多層配線部上に最外層間絶縁膜を形成する。ベース半導体装置は常法により作製することができる。
(Outermost interlayer insulation film formation process)
In the outermost interlayer insulating film forming step, after obtaining the base semiconductor device formed up to the multilayer wiring portion on the semiconductor substrate, the outermost interlayer insulating film is formed on the multilayer wiring portion in the base semiconductor device. The base semiconductor device can be manufactured by a conventional method.
最外層間絶縁膜60(図1参照)は、その元となる所定膜厚の絶縁膜、例えばシリコン酸化物膜を例えば化学的気相蒸着法(CVD法)により成膜した後、該絶縁膜を所定形状にパターニングすることで得られる。絶縁膜のパターニングは、例えば、MIM素子用の下部電極62(図1参照)を形成するための凹部およびヒューズ75(図1参照)を形成するための凹部をそれぞれ形成する第1サブ工程と、コンタクトプラグを形成するためのビアホールを形成する第2サブ工程との2工程に分けて行われる。これら第1サブ工程および第2サブ工程では、例えば、所定形状のエッチングマスクを用いたエッチングにより上記の絶縁膜をパターニングする。 The outermost interlayer insulating film 60 (see FIG. 1) is formed by forming an insulating film having a predetermined film thickness as a base, for example, a silicon oxide film by, for example, chemical vapor deposition (CVD). Can be obtained by patterning into a predetermined shape. The patterning of the insulating film includes, for example, a first sub-process for forming a recess for forming the lower electrode 62 (see FIG. 1) for the MIM element and a recess for forming the fuse 75 (see FIG. 1), respectively. The process is divided into two steps including a second sub-step of forming a via hole for forming a contact plug. In these first sub-step and second sub-step, for example, the insulating film is patterned by etching using an etching mask having a predetermined shape.
図2−1は、最外層間絶縁膜の元となる絶縁膜に上記の第1サブ工程で形成される凹部の一例を概略的に示す断面図である。同図に示すように、第1サブ工程では、最外層間絶縁膜の元となる絶縁膜60Aにおける下部電極62(図1参照)の形成予定箇所に第1凹部C1 が形成され、ヒューズ75(図1参照)の形成予定箇所に第2凹部C2 が形成される。なお、図2−1に示した構成要素のうちで図1を用いて既に説明した構成要素については、図1で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。このことは後掲の図2−2および図3〜図6においても同様である。
FIG. 2A is a cross-sectional view schematically showing an example of a recess formed in the first sub-process in the insulating film that is the base of the outermost interlayer insulating film. As shown in the figure, in the first sub-process, a first recess C 1 is formed at a position where the lower electrode 62 (see FIG. 1) is to be formed in the insulating
図2−2は、最外層間絶縁膜の元となる絶縁膜に上記の第2サブ工程で形成されるビアホールの一例を概略的に示す断面図である。同図に示すように、第2サブ工程では、最外層間絶縁膜の元となる絶縁膜60Aおよびその下のライナー膜L(図2−1参照)を貫通して所定の第n層配線44b,44cに達するビアホールVH1 ,VH2 が形成される。上記の無機膜60AにこれらのビアホールVH1 ,VH2 まで形成することにより、最外層間絶縁膜60が得られると共に第nライナー膜Ln が得られる。
FIG. 2B is a cross-sectional view schematically showing an example of a via hole formed in the second sub-process in the insulating film that is the source of the outermost interlayer insulating film. As shown in the figure, in the second sub-process, a predetermined n-
(ヒューズ形成工程)
ヒューズ形成工程では、最外層間絶縁膜に形成されている各ビアホール内にコンタクトプラグを形成すると共に、MIM素子用の下部電極およびヒューズを形成する。これらコンタクトプラグ、下部電極、およびヒューズは、例えば、最外層間絶縁膜形成工程で形成した最外層間絶縁膜に設けられている各凹部内および各ビアホール内にCVD法によりタングステン、タングステン−アルミニウム合金等の導電材料を堆積させた後、最外層間絶縁膜上に堆積した導電材料ならびに各凹部およびビアホールから溢れた導電材料をCMPにより除去することで形成される。
(Fuse formation process)
In the fuse forming step, a contact plug is formed in each via hole formed in the outermost interlayer insulating film, and a lower electrode and a fuse for the MIM element are formed. These contact plugs, lower electrodes, and fuses are formed by, for example, tungsten, tungsten-aluminum alloy by CVD in each recess and each via hole provided in the outermost interlayer insulating film formed in the outermost interlayer insulating film forming step. After depositing a conductive material such as the conductive material, the conductive material deposited on the outermost interlayer insulating film and the conductive material overflowing from each recess and via hole are removed by CMP.
図3は、ヒューズ形成工程で最外層間絶縁膜に形成されるコンタクトプラグ、MIM素子用の下部電極、およびヒューズそれぞれの一例を概略的に示す断面図である。同図に示すように、MIM素子用の下部電極62およびヒューズ75は、最外層間絶縁膜60に設けられた凹部C1 ,C2 (図2−1および図2−2参照)に埋め込まれて、最外層間絶縁膜60の上面と共通の面を形成している。また、コンタクトプラグ86も、最外層間絶縁膜60の上面と共通の面を形成している。のするようにして設けられている。下部電極62の下面にはコンタクトプラグ61が連なっており、このコンタクトプラグ61の一端は第n層配線44bに接続されている。また、コンタクトプラグ86の一端は第n層配線44cに接続されている。
FIG. 3 is a sectional view schematically showing an example of each of the contact plug, the lower electrode for the MIM element, and the fuse formed in the outermost interlayer insulating film in the fuse formation step. As shown in the figure, the
(上部電極形成工程)
上部電極形成工程では、まず、MIM素子用の電気絶縁膜およびヒューズ用の第1保護膜それぞれの元となる絶縁膜を例えばシリコン窒化物により最外層間絶縁膜上に形成し、その上にMIM素子用の上部電極とヒューズ用の第2保護膜それぞれの元となる導電膜を例えばチタン窒化物により形成する。これらの絶縁膜および導電膜は、例えばCVD法により形成することができる。この後、上記の絶縁膜および導電膜をそれぞれパターニングして、MIM素子用の電気絶縁膜および上部電極、ならびにヒューズ用の第1保護膜を形成する。また、ヒューズ用の第2保護膜の元となる第3保護膜を形成する。上記の絶縁膜および導電膜それぞれのパターニングは、所定形状のエッチングマスクを用いたエッチングにより行われる。
(Upper electrode formation process)
In the upper electrode forming step, first, an insulating film that is a source of each of the MIM element electric insulating film and the fuse first protective film is formed on the outermost interlayer insulating film by using, for example, silicon nitride, and then the MIM is formed thereon. For example, titanium nitride is used to form a conductive film as a base for the upper electrode for the element and the second protective film for the fuse. These insulating film and conductive film can be formed by, for example, a CVD method. Thereafter, the insulating film and the conductive film are patterned to form an electrical insulating film for the MIM element, an upper electrode, and a first protective film for the fuse. Further, a third protective film serving as a source of the second protective film for the fuse is formed. The patterning of each of the insulating film and the conductive film is performed by etching using an etching mask having a predetermined shape.
図4は、上部電極形成工程で形成されるMIM素子用の電気絶縁膜および上部電極、ならびにヒューズ用の第1保護膜および第3保護膜それぞれの一例を概略的に示す断面図である。同図に示すように、MIM素子用の電気絶縁膜64は最外層間絶縁膜60上に形成されて下部電極62を覆い、その上にMIM素子用の上部電極66が配置される。また、ヒューズ75用の第1保護膜77は最外層間絶縁膜60上に形成されてヒューズ75を覆い、その上に第3保護膜79Aが配置される。この上部電極形成工程まで行うことにより、多層配線部50(図1参照)上にMIM素子70が形成される。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example of each of the electrical insulating film and upper electrode for the MIM element formed in the upper electrode forming step, and the first protective film and the third protective film for the fuse. As shown in the figure, an electrical insulating
(パッド形成工程)
パッド形成工程では、最外層間絶縁膜上の所定箇所に例えばアルミニウム等の導電材料からなるパッドを形成し、さらに、各パッド上にバリアメタル層を形成する。例えば、図4に示したMIM素子70の上部電極66を覆うようにしてパッドが形成されると共に、同図に示したコンタクトプラグ86の上面を覆うようにしてパッドが形成され、これらのパッド上にバリアメタル層が形成される。
(Pad formation process)
In the pad forming step, a pad made of a conductive material such as aluminum is formed at a predetermined position on the outermost interlayer insulating film, and a barrier metal layer is further formed on each pad. For example, pads are formed so as to cover the
上記のパッドは、例えば、最外層間絶縁膜上にパッドの元となる導電層を物理的気相蒸着法(PVD法)またはCVD法により成膜した後に該導電層をパターニングすることで形成される。また、バリアメタル層は、その元となる膜をPVD法やCVD法により成膜した後に該膜をパターニングすることで形成される。上記の導電層をパターニングしてパッドを形成する場合、該導電層上にバリアメタル層の元となる膜を積層してから所定形状にパターニングすると、パッドと該パッド上のバリアメタル層とを1回のパターニングで形成することができる。バリアメタル層は、MIM素子の上部電極およびヒューズ素子用の第3保護膜の各々と同じ材料によって形成し、かつ、該バリアメタル層の膜厚は、MIM素子の上部電極およびヒューズ素子用の第3保護膜それぞれの膜厚と同じにすることが好ましい。 The pad is formed by, for example, forming a conductive layer that is a source of the pad on the outermost interlayer insulating film by physical vapor deposition (PVD) or CVD and then patterning the conductive layer. The In addition, the barrier metal layer is formed by patterning the film that is the base metal film by the PVD method or the CVD method. When a pad is formed by patterning the conductive layer, a pad and a barrier metal layer on the pad are formed by laminating a film that forms a barrier metal layer on the conductive layer and then patterning the film into a predetermined shape. It can be formed by patterning once. The barrier metal layer is formed of the same material as each of the upper electrode of the MIM element and the third protective film for the fuse element, and the thickness of the barrier metal layer is the same as that of the upper electrode of the MIM element and the fuse element for the fuse element. It is preferable that the thickness of each of the three protective films is the same.
図5は、パッド形成工程で形成されるパッドおよびバリアメタル層それぞれの一例を概略的に示す断面図である。同図に示すように、MIM素子70の上部電極66を覆うようにしてパッド82が形成され、その上にバリアメタル層84Aが形成される。また、コンタクトプラグ86の上面を覆うようにしてパッド88が形成され、その上にバリアメタル層90Aが形成される。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an example of each of the pad and the barrier metal layer formed in the pad forming process. As shown in the figure, a
(パッシベーション膜形成工程)
パッシベーション膜形成工程では、まず、PVD法またはCVD法により最外層間絶縁膜上にシリコン窒化物やシリコン酸窒化物等を堆積させて、パッシベーション膜の元となる無機膜を形成する。図6は、パッシベーション膜形成工程で形成される無機膜の一例を概略的に示す断面図である。同図に示す無機膜92Aは、最外層間絶縁膜60上に形成されて最外層間絶縁膜60の露出面を覆うと共に、各パッド82,88および各バリアメタル層84,90Aならびにヒューズ75用の第3保護膜79Aを覆っている。
(Passivation film formation process)
In the passivation film forming step, first, silicon nitride, silicon oxynitride, or the like is deposited on the outermost interlayer insulating film by the PVD method or the CVD method to form an inorganic film that is the basis of the passivation film. FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an example of an inorganic film formed in the passivation film forming step. The
この後、無機膜92Aのうちでパッド82,88上に位置している所定の領域、および第3保護膜79A上に位置している所定の領域を例えばエッチングによりそれぞれ除去する。このとき、パッド82上に形成されているバリアメタル層84A、ヒューズ75用の第3保護膜79A、およびパッド88上に形成されているバリアメタル層90Aもそれぞれ局的に除去する。
Thereafter, a predetermined region located on the
これにより、パッド82上には該パッド82の上面に達する開口部OP1 (図1参照)が形成され、第1保護膜77上には該第1保護膜77の上面に達する開口部OP2 (図1参照)が形成され、パッド88上には該パッド88の上面に達する開口部OP3 (図1参照)が形成されて、図1に示したパッシベーション膜92が得られると共に、同図に示したバリアメタル層84、第2保護膜79、およびバリアメタル層90が得られる。すなわち、同図に示した半導体装置100が得られる。
Thus, on the
なお、最外層間絶縁膜形成工程では、最外層間絶縁膜の元となる絶縁膜に必要に応じてCMPを施して、該絶縁膜の上面を平坦化してもよい。このCMPによる平坦化は、例えば、当該絶縁膜にMIM素子用の下部電極を形成するための凹部C1 (図2−1参照)およびヒューズを形成するための凹部C2 (図2−1参照)をそれぞれ形成するのに先だって行われる。また、上述した製造方法では、上部電極形成工程においてMIM素子用の上部電極66とヒューズ75用の第3保護膜79A(図4参照)とを形成したが、パッド形成工程にバリアメタル層の元となる膜をパターニングして、各パッド82,88上にバリアメタル層84A,90Aを形成すると共にヒューズ75用の第3保護膜79Aを形成することもできる。このようにして形成された第3保護膜79Aの材料および膜厚は、バリアメタル層84A,90Aの材料または膜厚と同じになる。
Note that, in the outermost interlayer insulating film forming step, CMP may be applied to the insulating film that is the source of the outermost interlayer insulating film as necessary to planarize the upper surface of the insulating film. The planarization by CMP is performed by, for example, a recess C 1 (see FIG. 2-1) for forming a lower electrode for an MIM element in the insulating film and a recess C 2 (see FIG. 2-1) for forming a fuse. ) Before each is formed. In the manufacturing method described above, the
実施の形態2.
この発明の半導体装置においては、多層配線部における最も上の層間絶縁膜に、ヒューズと平面視上重なるようにして補強部を形成することができる。この補強部を設けることにより、たとえ機械的強度が小さい材料によって多層配線部における層間絶縁膜を形成した場合でも、ヒューズの溶断時に多層配線部が局所的に変形して配線やコンタクトプラグが破損してしまうのを抑制することが容易になる。
In the semiconductor device of the present invention, the reinforcing portion can be formed on the uppermost interlayer insulating film in the multilayer wiring portion so as to overlap the fuse in plan view. By providing this reinforcing part, even if the interlayer insulating film in the multilayer wiring part is formed of a material with low mechanical strength, the multilayer wiring part is locally deformed when the fuse is blown, and the wiring and the contact plug are damaged. It becomes easy to suppress it.
図7は、上記の補強部を有する半導体装置の一例を概略的に示す断面図である。同図に示す半導体装置200は、多層配線部50における最も上の層間絶縁膜である第n層間絶縁膜45に、ヒューズ75と平面視上重なるようにして補強部144が形成されているという点を除き、図1に示した半導体装置100と同様の構造を有している。図7に示した構成要素のうちで図1に示した構成要素と共通するものについては、図1で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing an example of a semiconductor device having the above-described reinforcing portion. In the
上記の補強部144の膜厚は、多層配線部50を構成する各層間絶縁膜を例えば低誘電率誘電体のように機械的強度の低い材料で形成したときでも、多層配線部50の局所的な変形、特にヒューズ75の溶断時における多層配線部50の局所的な変形を抑制して、該多層配線部50に形成されている配線やコンタクトプラグが破損してしまうのを防止することができるように選定される。この補強部144は、第n層配線44a〜44cの材料とは異なる材料によって形成することもできるが、工数の増加を抑えるという観点からは、第n層配線44a〜44cの形成時にこれらの配線44a〜44cと同じ材料によって一緒に形成することが好ましい。第n層配線44a〜44cと同じ材料によって補強部144を形成する場合、該補強部144は、集積回路を構成する配線であってもよいし、集積回路から電気的に分離されたものであってもよい。
The thickness of the reinforcing
以上、2つの形態を挙げてこの発明の半導体装置について具体的に説明したが、この発明は上記の形態に限定されるものではなく、多層配線部上にMIM素子とヒューズとが形成される種々の用途、種々の構成の半導体装置に適用することができる。半導体装置に求められる機能や該半導体装置の用途等に応じて、様々な変形、修飾、組合せ等が可能である。 Although the semiconductor device of the present invention has been specifically described with reference to two embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various MIM elements and fuses are formed on the multilayer wiring portion. And can be applied to semiconductor devices having various configurations. Various modifications, modifications, combinations, and the like can be made according to functions required for the semiconductor device and uses of the semiconductor device.
10 半導体基板
20,30 回路素子(電界効果トランジスタ)
35 第1層間絶縁膜
40 第(n−1)層間絶縁膜
45 第n層間絶縁膜
50 多層配線部
60 最外層間絶縁膜
62 下部電極
64 電気絶縁膜
66 上部電極
70 MIM素子
75 ヒューズ
77 第1保護膜
79 第2保護膜
82,88 パッド
84,90 バリアメタル層
100,200 半導体装置
144 補強部
10
35 first interlayer insulating film 40th (n-1)
Claims (4)
前記MIM素子は、前記最外層間絶縁膜に設けられた凹部に埋め込まれて前記最外層間絶縁膜の上面と共通の面を形成する下部電極と、該下部電極上に形成された電気絶縁膜と、該電気絶縁膜上に形成された上部電極とを備え、
前記ヒューズは、前記最外層間絶縁膜に設けられた凹部に埋め込まれて前記最外層間絶縁膜の上面と共通の面を形成する、
ことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate; a circuit element formed on the semiconductor substrate; a multilayer wiring portion formed on the semiconductor substrate and covering the circuit element; an outermost interlayer insulating film formed on the multilayer wiring portion; An MIM element formed in the outermost interlayer insulating film, and a fuse formed in the outermost interlayer insulating film,
The MIM element includes a lower electrode that is embedded in a recess provided in the outermost interlayer insulating film and forms a common surface with the upper surface of the outermost interlayer insulating film, and an electric insulating film formed on the lower electrode And an upper electrode formed on the electrical insulating film,
The fuse is embedded in a recess provided in the outermost interlayer insulating film to form a common surface with the upper surface of the outermost interlayer insulating film;
A semiconductor device.
前記パッド上に形成されたバリアメタル層と、
前記第1保護膜上に形成されて該第1保護膜を部分的に覆う第2保護膜とを更に備え、 前記第2保護膜の材料が前記バリアメタル層の材料と同じであると共に、前記第2保護膜の膜厚が前記バリアメタル層の膜厚と同じであることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 A pad covering the upper electrode;
A barrier metal layer formed on the pad;
A second protective film formed on the first protective film and partially covering the first protective film, wherein the material of the second protective film is the same as the material of the barrier metal layer, and The semiconductor device according to claim 2, wherein the thickness of the second protective film is the same as the thickness of the barrier metal layer.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2023102918A (en) * | 2022-01-13 | 2023-07-26 | 富士電機株式会社 | semiconductor equipment |
| WO2023163226A1 (en) * | 2022-02-28 | 2023-08-31 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method |
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2006
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