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JP2008117834A - Fuse cutting method, semiconductor device provided with fuse, and method for manufacturing the same device - Google Patents

Fuse cutting method, semiconductor device provided with fuse, and method for manufacturing the same device Download PDF

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JP2008117834A
JP2008117834A JP2006297514A JP2006297514A JP2008117834A JP 2008117834 A JP2008117834 A JP 2008117834A JP 2006297514 A JP2006297514 A JP 2006297514A JP 2006297514 A JP2006297514 A JP 2006297514A JP 2008117834 A JP2008117834 A JP 2008117834A
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fuse
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JP2006297514A
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Japanese (ja)
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Yasuhiro Ido
康弘 井戸
Takeshi Iwamoto
猛 岩本
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Renesas Technology Corp
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Renesas Technology Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuse cutting method for controlling shape of processing when a thick film Cu fuse is cut with irradiation of laser. <P>SOLUTION: The fuse cutting method is capable of switching circuits by cutting the Cu fuse provided in the semiconductor device with irradiation of laser from an external side. Film thickness at a part of the Cu fuse to be cut is 0.9 μm or more, wavelength of laser to be irradiated is within the range from 0.6 μm to 1.3 μm, and pulse irradiation time of laser is in a range from 9 ns to 50 ns. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザ照射により厚膜Cuヒューズを切断する方法と、かかるCuヒューズを配線層に備える半導体デバイスとその製造方法に関する。   The present invention relates to a method of cutting a thick film Cu fuse by laser irradiation, a semiconductor device including such a Cu fuse in a wiring layer, and a method of manufacturing the same.

半導体デバイスの高速化および高集積化に伴い、配線の微細化および多層配線化が進められている。こうした多層配線を有するロジックデバイスにおいては、配線における信号の遅延がデバイスにおける信号の遅延の支配的な要因の1つになりつつある。この解決策として、近年、従来のAl配線よりも配線抵抗の低いCu配線が採用されてきている。特に、配線における信号の遅延に大きく影響を及ぼすグローバル配線層において、厚膜のCu配線を使用することにより、配線における電気抵抗を下げ、信号の遅延を低減する方法が採られている。   With the increase in speed and integration of semiconductor devices, miniaturization of wiring and multilayer wiring are being promoted. In a logic device having such a multilayer wiring, a signal delay in the wiring is becoming one of the dominant factors of the signal delay in the device. In recent years, Cu wiring having lower wiring resistance than conventional Al wiring has been adopted as a solution. In particular, a method has been adopted in which a thick Cu wiring is used in a global wiring layer that greatly affects the signal delay in the wiring, thereby reducing the electrical resistance in the wiring and reducing the signal delay.

一方、ロジックデバイスにおいて、搭載されているメモリ容量も増えており、メモリの不良ビットの救済、および、デバイスの高機能化により、デバイス調整用としてヒューズが用いられている。ヒューズの方式としては、導通状態から非導通状態へ変更する切断型方式と、非導通状態から導通状態へ変更する導通型方式とがある。また、切断型方式の1つとして、レーザ照射によりヒューズを切断するレーザトリミング方式がある。レーザトリミング方式では、半導体デバイス内にあらかじめ設けられたヒューズを、外部からのレーザ照射により切断して回路の切り替えを行なう。   On the other hand, in the logic device, the mounted memory capacity is also increasing, and fuses are used for device adjustment for relieving defective bits in the memory and increasing the functionality of the device. As a fuse method, there are a cut-off method for changing from a conductive state to a non-conductive state and a conductive method for changing from a non-conductive state to a conductive state. Further, as one of the cutting type methods, there is a laser trimming method in which a fuse is cut by laser irradiation. In the laser trimming method, a circuit is switched by cutting a fuse provided in advance in a semiconductor device by laser irradiation from the outside.

ヒューズは、工程削減の観点からデバイス内の配線層が利用され、Cu配線を用いる半導体デバイスにおいては、ヒューズもCuを材料として用いられることが多い。そして、多層配線デバイスの上層のグローバル配線には、膜厚の厚いCu配線が使用されるため、膜厚の厚いCu配線がヒューズとして利用され、厚膜のCuヒューズを切断する必要があるが、Cuヒューズの膜厚が厚くなることに起因し、ヒューズの切断が困難となっている。   A fuse uses a wiring layer in the device from the viewpoint of process reduction, and in a semiconductor device using Cu wiring, the fuse is often used as a material. And since the thick Cu wiring is used for the global wiring in the upper layer of the multilayer wiring device, the thick Cu wiring is used as a fuse, and it is necessary to cut the thick Cu fuse. Due to the increased film thickness of the Cu fuse, it is difficult to cut the fuse.

膜厚の厚いCuヒューズの切断方法としては、たとえば、Cuヒューズにおける溶断性部材の底面と側面を被覆するバリア部材として光吸収材料を使用し、光吸収部材の厚さを、溶断に用いるレーザが最大吸収効率を示す厚さの50%〜300%とする方法が知られており、光吸収部材として、窒化タンタル、窒化タングステンまたは窒化チタンなどが紹介されている(特許文献1参照)。しかし、この方法では、切断後のヒューズの加工形状の制御が困難である。
特開2004−96064号公報
As a method for cutting a thick Cu fuse, for example, a light absorbing material is used as a barrier member for covering the bottom and side surfaces of a fusible member in the Cu fuse, and the thickness of the light absorbing member is changed to a laser used for fusing. A method of adjusting the thickness to 50% to 300% of the thickness showing the maximum absorption efficiency is known, and tantalum nitride, tungsten nitride, titanium nitride, or the like is introduced as a light absorbing member (see Patent Document 1). However, in this method, it is difficult to control the processed shape of the fuse after cutting.
JP 2004-96064 A

半導体デバイスのヒューズボックスの平面図を図10に示す。図10に示す例では、ヒューズ201を38本配置し、両端に2本のダミーヒューズ201aを配置する。ダミーヒューズ201aは、ヒューズの形状を揃えるために配置する。図10に示すように、ヒューズ201の周囲には、ガードリング層202を配置する。ガードリング層202は、ヒューズ開口部204からの水分が内部回路に影響を与えないようにするために配置する。ヒューズ201に隣接して判定回路203を配置し、判定回路203は、ヒューズ201の切断情報を判定する。   A plan view of the fuse box of the semiconductor device is shown in FIG. In the example shown in FIG. 10, 38 fuses 201 are arranged, and two dummy fuses 201a are arranged at both ends. The dummy fuse 201a is disposed to align the fuse shape. As shown in FIG. 10, a guard ring layer 202 is disposed around the fuse 201. The guard ring layer 202 is disposed so that moisture from the fuse opening 204 does not affect the internal circuit. A determination circuit 203 is disposed adjacent to the fuse 201, and the determination circuit 203 determines cutting information of the fuse 201.

図10に示すIXA−IXA方向で、ヒューズボックスを含め、従来の半導体デバイスを切断したときの断面図を図9(a)に示す。図10におけるIXA−IXA方向は、図9(a)において基板205に垂直な方向である。図9(a)に示す半導体デバイスの例では、9層の配線層(M1〜M9)を有し、Cu配線206が形成されている。また、Cuヒューズ201は、最上のグローバル配線層(M9)に形成されている。最上のグローバル配線層(M9)上には、p−TEOS(テトラエトキシシラン)層208、パッシベーション層209とポリイミド層210が形成されている。本明細書において、最上のグローバル配線層とは、複数のグローバル配線層を有するときは、最上に位置するグローバル配線層を指す。また、グローバル配線層が単一層であるときは、最上に位置する当該グローバル配線層を指す。   FIG. 9A shows a cross-sectional view of a conventional semiconductor device, including the fuse box, cut in the IXA-IXA direction shown in FIG. The IXA-IXA direction in FIG. 10 is a direction perpendicular to the substrate 205 in FIG. In the example of the semiconductor device shown in FIG. 9A, there are nine wiring layers (M1 to M9), and a Cu wiring 206 is formed. The Cu fuse 201 is formed in the uppermost global wiring layer (M9). A p-TEOS (tetraethoxysilane) layer 208, a passivation layer 209, and a polyimide layer 210 are formed on the uppermost global wiring layer (M9). In this specification, the uppermost global wiring layer refers to the global wiring layer located at the uppermost position when having a plurality of global wiring layers. Further, when the global wiring layer is a single layer, it indicates the global wiring layer located at the top.

図9(a)におけるCuヒューズ201部分の要部拡大図を図9(b)に示す。図9(b)に示すように、Cuヒューズ201は、ヒューズ本体のCu部分211と、Cu部分の周囲にある層間絶縁膜207へのCuの拡散を防止するためのバリア層212からなる。Cuヒューズ201の直下には、Cuヒューズ形成時のエッチングストッパ用にSiCN層208を有する。図9(b)に示すように、レーザ213は、デバイス上方より矢印の方向にCuヒューズ201に対して照射される。   FIG. 9B shows an enlarged view of the main part of the Cu fuse 201 portion in FIG. As shown in FIG. 9B, the Cu fuse 201 includes a Cu portion 211 of the fuse body and a barrier layer 212 for preventing diffusion of Cu to the interlayer insulating film 207 around the Cu portion. An SiCN layer 208 is provided immediately below the Cu fuse 201 as an etching stopper when forming the Cu fuse. As shown in FIG. 9B, the laser 213 irradiates the Cu fuse 201 in the direction of the arrow from above the device.

図11に、レーザ照射による切断後のCuヒューズの状態を示す。図11(a)と図11(c)は、切断後の形状が異常である例を示し、図11(b)と図11(d)は、切断後の形状が正常である例を示す。図11(a)と図11(b)を比較すると、図11(b)に示す正常な例では、Cuヒューズ201の形状に沿って矩形にヒューズが切断され、隣接ヒューズに対しても切断時の影響はない。これに対して、図11(a)に示す切断後の形状が異常である例では、レーザ照射による切断部の穴214が、Cuヒューズ201の横方向に広がり、穴214の広がりは、隣接するCuヒューズにまで到達し、隣接するCuヒューズを傷つけている。   FIG. 11 shows the state of the Cu fuse after being cut by laser irradiation. 11 (a) and 11 (c) show examples in which the shape after cutting is abnormal, and FIGS. 11 (b) and 11 (d) show examples in which the shape after cutting is normal. Comparing FIG. 11 (a) and FIG. 11 (b), in the normal example shown in FIG. 11 (b), the fuse is cut into a rectangle along the shape of the Cu fuse 201. There is no influence. On the other hand, in the example in which the shape after cutting shown in FIG. 11A is abnormal, the hole 214 of the cut portion by laser irradiation spreads in the lateral direction of the Cu fuse 201, and the spread of the hole 214 is adjacent. The Cu fuse is reached and the adjacent Cu fuse is damaged.

図11(d)は、図11(b)におけるXID−XIDの断面図である。図11(d)に示すように、Cuヒューズは断面方向でも矩形に溶断しており、切断後の形状は正常である。図11(c)は、図11(a)におけるXIC−XICの断面図である。図11(c)に示す例では、レーザ照射により爆発し、穴214が発生し、Cuヒューズのあった部分215にヒューズの痕跡が認められず、爆発の影響により、Cuヒューズの下層のSiCN層208と層間絶縁膜207の界面が剥がれており、レーザ切断後の形状が異常である。   FIG.11 (d) is sectional drawing of XID-XID in FIG.11 (b). As shown in FIG. 11D, the Cu fuse is melted in a rectangular shape in the cross-sectional direction, and the shape after cutting is normal. FIG.11 (c) is sectional drawing of XIC-XIC in Fig.11 (a). In the example shown in FIG. 11C, an explosion is caused by laser irradiation, a hole 214 is generated, and no trace of the fuse is recognized in the portion 215 where the Cu fuse is present, and the SiCN layer under the Cu fuse is affected by the explosion. The interface between 208 and the interlayer insulating film 207 is peeled off, and the shape after laser cutting is abnormal.

図8は、レーザ波長1.342μm、パルス幅10n秒のレーザによりCuヒューズを切断したときの、Cuヒューズの膜厚と形状異常の発生率との関係を示す図である。図8に示すように、Cuヒューズの膜厚が厚くなるほど、形状異常の発生率は高くなる傾向があり、Cuヒューズの膜厚が、0.9μm以上、特に1.0μm以上になると、形状異常の発生率は急速に高くなる。   FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the Cu fuse and the rate of occurrence of shape abnormality when the Cu fuse is cut by a laser having a laser wavelength of 1.342 μm and a pulse width of 10 nsec. As shown in FIG. 8, as the thickness of the Cu fuse increases, the occurrence rate of the shape abnormality tends to increase. When the thickness of the Cu fuse becomes 0.9 μm or more, particularly 1.0 μm or more, the shape abnormality occurs. The incidence of is increasing rapidly.

本発明の課題は、厚膜Cuヒューズをレーザ照射により切断した際の加工形状を制御することが可能なヒューズの切断方法を提供することにある。また、かかるヒューズを備える半導体デバイスとその製造方法を提供することを課題とする。   The subject of this invention is providing the cutting method of the fuse which can control the process shape at the time of cutting a thick film Cu fuse by laser irradiation. It is another object of the present invention to provide a semiconductor device including such a fuse and a manufacturing method thereof.

本発明は、半導体デバイスに備えるCuヒューズを、外部からのレーザ照射により切断して回路の切り替えを行なうヒューズの切断方法であって、Cuヒューズの切断される部分の膜厚が0.9μm以上であり、照射するレーザの波長が0.6μm〜1.3μmであり、レーザのパルス照射時間が9n秒〜50n秒である。Cuヒューズは、切断される部分の幅が0.6μm〜1.2μmである態様が好ましく、切断される部分の膜厚が1.0μm〜1.4μmである態様が好適である。   The present invention relates to a fuse cutting method for switching a circuit by cutting a Cu fuse provided in a semiconductor device by external laser irradiation, and the film thickness of a portion to be cut of the Cu fuse is 0.9 μm or more. Yes, the wavelength of the laser to be irradiated is 0.6 μm to 1.3 μm, and the pulse irradiation time of the laser is 9 nsec to 50 nsec. In the Cu fuse, an aspect in which the width of the part to be cut is 0.6 μm to 1.2 μm is preferable, and an aspect in which the film thickness of the part to be cut is 1.0 μm to 1.4 μm is preferable.

本発明は、半導体基板の主面に形成した半導体素子と、半導体素子上に形成した1層または複数層の下層配線層と、下層配線層上に形成したCu配線を有する1層または複数層のグローバル配線層とを備える半導体デバイスである。グローバル配線層は、ビア層と、ビア層上にエッチングストッパ層を挟んで形成した配線層とを備え、Cu配線を有するグローバル配線層における最上のグローバル配線層内の配線層は、外部からのレーザ照射により切断して回路の切り替えを行なうCuヒューズを備え、Cuヒューズの切断される部分の膜厚が0.9μm以上である。最上のグローバル配線層内のエッチングストッパ層は、SiNの1層構造、または、SiCOとSiCNの2層構造、または、テトラエトキシシランとSiCNの2層構造を有する。グローバル配線層は、フッ素化ケイ酸塩ガラスを含む層間絶縁膜を有する態様が好ましい。複数層のグローバル配線層を備える半導体デバイスにおいて、最上のグローバル配線層内のエッチングストッパ層の材質は、最上のグローバル配線層の下に配置するグローバル配線層内のエッチングストッパ層の材質、および、下層配線層内のエッチングストッパ層の材質と異なる態様とすることができる。また、複数層のグローバル配線層を備え、最上のグローバル配線層内のエッチングストッパ層が、最上のグローバル配線層の下に配置するグローバル配線層内のエッチングストッパ層と材質が異なる態様とすることができる。   The present invention relates to a semiconductor element formed on a main surface of a semiconductor substrate, one or more lower wiring layers formed on the semiconductor element, and one or more layers having a Cu wiring formed on the lower wiring layer. A semiconductor device comprising a global wiring layer. The global wiring layer includes a via layer and a wiring layer formed on the via layer with an etching stopper layer interposed therebetween, and the wiring layer in the uppermost global wiring layer in the global wiring layer having Cu wiring is a laser from the outside. A Cu fuse for switching circuits by cutting by irradiation is provided, and the film thickness of the cut portion of the Cu fuse is 0.9 μm or more. The etching stopper layer in the uppermost global wiring layer has a one-layer structure of SiN, a two-layer structure of SiCO and SiCN, or a two-layer structure of tetraethoxysilane and SiCN. The global wiring layer preferably has an interlayer insulating film containing fluorinated silicate glass. In a semiconductor device having a plurality of global wiring layers, the material of the etching stopper layer in the uppermost global wiring layer is the material of the etching stopper layer in the global wiring layer disposed below the uppermost global wiring layer, and the lower layer. It is possible to adopt a mode different from the material of the etching stopper layer in the wiring layer. Also, a plurality of global wiring layers may be provided, and the etching stopper layer in the uppermost global wiring layer may have a different material from the etching stopper layer in the global wiring layer disposed below the uppermost global wiring layer. it can.

本発明は、半導体基板の主面に半導体素子を形成する工程と、半導体素子上に下層配線層を形成する工程と、下層配線層とバリア絶縁層とを有する層を1層または複数層形成した後、Cu配線を有する1層または複数層のグローバル配線層を形成する工程とを備える半導体デバイスの製造方法である。グローバル配線層を形成する工程は、ビア層を形成する工程と、ビア層上にエッチングストッパ層を挟んで配線層を形成する工程を備え、Cu配線を有するグローバル配線層における最上のグローバル配線層内の配線層は、外部からのレーザ照射により切断して回路の切り替えを行なうCuヒューズを備える。Cuヒューズの切断される部分の膜厚が0.9μm以上であり、最上のグローバル配線層内のエッチングストッパ層は、SiNの1層構造、または、SiCOとSiCNの2層構造、または、テトラエトキシシランとSiCNの2層構造を有する。   In the present invention, a step of forming a semiconductor element on a main surface of a semiconductor substrate, a step of forming a lower wiring layer on the semiconductor element, and one or more layers having a lower wiring layer and a barrier insulating layer are formed. And a step of forming one or more global wiring layers having Cu wiring. The step of forming a global wiring layer includes a step of forming a via layer and a step of forming a wiring layer on the via layer with an etching stopper layer interposed therebetween, and the innermost wiring layer in the global wiring layer having Cu wiring The wiring layer is provided with a Cu fuse that is switched by switching the circuit by laser irradiation from the outside. The thickness of the cut portion of the Cu fuse is 0.9 μm or more, and the etching stopper layer in the uppermost global wiring layer is a single layer structure of SiN, a two layer structure of SiCO and SiCN, or tetraethoxy It has a two-layer structure of silane and SiCN.

本発明の半導体デバイスの製造方法は、他の態様によれば、半導体基板の主面に半導体素子を形成する工程と、半導体素子上に下層配線層を形成し、下層配線層とバリア絶縁層とを有する層を1層または複数層形成した後、Cu配線を有する1層または複数層のグローバル配線層を形成する工程とを備える。グローバル配線層の最上層を形成する工程は、最上部にエッチングストッパ層を有するビア層を形成する工程と、エッチングストッパ層をHe雰囲気下でプラズマ処理をする工程と、ビア層上に配線層を形成する工程とを備える。Cu配線を有するグローバル配線層における最上のグローバル配線層内の配線層は、外部からのレーザ照射により切断して回路の切り替えを行なうCuヒューズを備え、Cuヒューズの切断される部分の膜厚が0.9μm以上であり、最上のグローバル配線層内のエッチングストッパ層は、SiCNの1層構造である。   According to another aspect of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step of forming a semiconductor element on a main surface of a semiconductor substrate, a lower wiring layer on the semiconductor element, a lower wiring layer, a barrier insulating layer, Forming one or a plurality of layers each having Cu, and then forming one or a plurality of global wiring layers having a Cu wiring. The step of forming the uppermost layer of the global wiring layer includes a step of forming a via layer having an etching stopper layer on the uppermost portion, a step of plasma processing the etching stopper layer in a He atmosphere, and a wiring layer on the via layer. Forming. The wiring layer in the uppermost global wiring layer in the global wiring layer having Cu wiring is provided with a Cu fuse that is cut by laser irradiation from the outside to switch the circuit, and the thickness of the cut portion of the Cu fuse is 0. The etching stopper layer in the uppermost global wiring layer has a single-layer structure of SiCN.

レーザ照射によりCuヒューズを切断した後の加工形状を精密に制御することができ、その結果、Cuヒューズを配置する領域を縮小し、チップを縮小することが可能となる。また、Cuヒューズ切断時におけるCuヒューズ周辺への影響を小さくできるため、半導体デバイスの信頼性を高めることができる。   The processed shape after cutting the Cu fuse by laser irradiation can be precisely controlled, and as a result, the area where the Cu fuse is disposed can be reduced and the chip can be reduced. Moreover, since the influence on the Cu fuse periphery at the time of Cu fuse cutting | disconnection can be made small, the reliability of a semiconductor device can be improved.

(半導体デバイス)
図1は、本発明の半導体デバイスの構造を示す図である。この半導体デバイスは、図1に示すように、配線領域とヒューズ領域を有し、ヒューズ領域には、開口部15が形成されている。また、半導体基板2の主面に形成した半導体素子1と、半導体素子1上に形成した複数層の下層配線層M1〜M7と、下層配線層上に形成したCu配線を有する複数層のグローバル配線層M8、M9とを備える。さらに、グローバル配線層M9上に、アルミ配線またはアルミ合金が形成されたグローバル配線層M10を備える。図1に示す例では、7層の下層配線層M1〜M7と、3層のグローバル配線層M8〜M10を形成した例を示すが、図1に示す例のほか、1層の下層配線層または1層のグローバル配線層からなる半導体デバイスであっても、本発明の構成は有効である。
(Semiconductor device)
FIG. 1 is a diagram showing the structure of a semiconductor device of the present invention. As shown in FIG. 1, this semiconductor device has a wiring region and a fuse region, and an opening 15 is formed in the fuse region. In addition, a semiconductor device 1 formed on the main surface of the semiconductor substrate 2, a plurality of lower wiring layers M1 to M7 formed on the semiconductor device 1, and a plurality of global wirings having a Cu wiring formed on the lower wiring layer Layers M8 and M9. Further, a global wiring layer M10 in which an aluminum wiring or an aluminum alloy is formed is provided on the global wiring layer M9. The example shown in FIG. 1 shows an example in which seven lower wiring layers M1 to M7 and three global wiring layers M8 to M10 are formed. In addition to the example shown in FIG. The configuration of the present invention is effective even for a semiconductor device composed of one global wiring layer.

グローバル配線層M8、M9は、ビア層3と、ビア層3上にエッチングストッパ層4、4aを挟んで形成した配線層5、5aとを備え、Cu配線を有するグローバル配線層における最上のグローバル配線層M9内の配線層5aは、外部からのレーザ照射により切断して回路の切り替えを行なうCuヒューズ6を備える。また、Cuヒューズ6の切断される部分の膜厚が0.9μm以上であり、最上のグローバル配線層M9内のエッチングストッパ層4aは、SiNの1層構造、または、SiCOとSiCNの2層構造、または、テトラエトキシシラン(TEOS)とSiCNの2層構造を有する。かかる構造を有する本発明の半導体デバイスは、レーザ照射によりCuヒューズを切断したときの加工形状を精密に制御できるため、Cuヒューズを配置する領域を縮小し、チップを縮小することが可能となる。また、Cuヒューズ切断時におけるCuヒューズ周辺への影響が小さいため、半導体デバイスの信頼性を高めることができる。   The global wiring layers M8 and M9 include the via layer 3 and the wiring layers 5 and 5a formed on the via layer 3 with the etching stopper layers 4 and 4a sandwiched therebetween. The wiring layer 5a in the layer M9 is provided with a Cu fuse 6 that is cut by external laser irradiation to switch circuits. Further, the thickness of the cut portion of the Cu fuse 6 is 0.9 μm or more, and the etching stopper layer 4a in the uppermost global wiring layer M9 has a single layer structure of SiN or a two layer structure of SiCO and SiCN. Or a two-layer structure of tetraethoxysilane (TEOS) and SiCN. Since the semiconductor device of the present invention having such a structure can precisely control the processed shape when the Cu fuse is cut by laser irradiation, the area where the Cu fuse is disposed can be reduced and the chip can be reduced. Further, since the influence on the periphery of the Cu fuse when cutting the Cu fuse is small, the reliability of the semiconductor device can be improved.

レーザ照射によりCuヒューズを切断したときの加工形状を正常化するため、まず、ヒューズ構造について検討する。加工形状が異常となる原因は、最上のグローバル配線層において、SiCNからなるエッチングストッパ層と、フッ素化ケイ酸塩ガラス(FSG;Fluorinated Silicate Glass)を含む層間絶縁膜層との界面の密着性が小さいことがあげられる。そのため、従来よりエッチングストッパ層として使用しているSiCNをなくす方法があり、これにより、根本的に形状の異常を抑えることができる。しかし、SiCN層を省略すると、厚膜配線が困難となり、ビアを形成する際の加工上の制御が難しくなる。   In order to normalize the processed shape when the Cu fuse is cut by laser irradiation, the fuse structure is first examined. The reason why the processed shape becomes abnormal is that the adhesion of the interface between the etching stopper layer made of SiCN and the interlayer insulating film layer containing fluorinated silicate glass (FSG) in the uppermost global wiring layer. Small things can be mentioned. Therefore, there is a method of eliminating SiCN that has been used as an etching stopper layer from the past, and this can fundamentally suppress abnormal shapes. However, if the SiCN layer is omitted, thick-film wiring becomes difficult, and processing control when forming vias becomes difficult.

そこで、SiCN層の代わりに、最上のグローバル配線層内のエッチングストッパ層を、SiNの1層構造、または、SiCOとSiCNの2層構造、または、TEOSとSiCNの2層構造とする態様が好ましい。かかる態様により、FSGを含む層間絶縁膜とエッチングストッパ層の密着性を改善することができるため、グローバル配線層に、FSGを含む層間絶縁膜を形成することができる。図2は、図1におけるCuヒューズ16の要部拡大図であり、たとえば、図2(a)に示すように、エッチングストッパ層として、SiN層21を使用する態様が好ましい。また、図2(b)に示すように、SiCN層22上で、FSG層24との間に、SiCO層23を挟んだSiCO/SiCNの2層構造が好ましい。さらに、図2(c)に示すように、SiCN層25上で、FSG層24との間に、TEOS層26を挟んだ構造が、密着性を改善する上で好ましい。また、図2(d)に示すように、SiCN層26のみを形成した後に、Heガス雰囲気下でプラズマ処理を施すなどの界面処理によっても、FSG層とエッチングストッパ層との密着性を高めることができる。   Therefore, it is preferable that the etching stopper layer in the uppermost global wiring layer has a single-layer structure of SiN, a two-layer structure of SiCO and SiCN, or a two-layer structure of TEOS and SiCN instead of the SiCN layer. . According to such an embodiment, the adhesion between the interlayer insulating film containing FSG and the etching stopper layer can be improved, so that the interlayer insulating film containing FSG can be formed in the global wiring layer. FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the Cu fuse 16 in FIG. 1. For example, as shown in FIG. 2A, a mode in which a SiN layer 21 is used as an etching stopper layer is preferable. Further, as shown in FIG. 2B, a two-layer structure of SiCO / SiCN having a SiCO layer 23 sandwiched between the FSG layer 24 and the SiCN layer 22 is preferable. Furthermore, as shown in FIG. 2C, a structure in which the TEOS layer 26 is sandwiched between the FSG layer 24 and the SiCN layer 25 is preferable for improving the adhesion. Further, as shown in FIG. 2 (d), the adhesion between the FSG layer and the etching stopper layer can be improved by an interface treatment such as performing a plasma treatment in a He gas atmosphere after only the SiCN layer 26 is formed. Can do.

これらのエッチングストッパ層の変更、および界面処理は、ヒューズ層として利用する最上のグローバル配線層におけるエッチングストッパ層に対してだけ実施されればよく、ヒューズ層以外に用いられる配線層のエッチングストッパ層には実施しなくてもよい。たとえば、図1では、下層配線層M1〜M7内にはエッチングストッパ層は存在しておらず、ヒューズ層である最上のグローバル配線層M9の直下にあるグローバル配線層M8は、配線の膜厚が厚いことから、エッチングストッパ層4として、SiCN層を使用している。複数層のグローバル配線層M8、M9を備え、最上のグローバル配線層M9内のエッチングストッパ層4aは、最上のグローバル配線層M9の下に配置するグローバル配線層M8内のエッチングストッパ層4と材質が異なる態様とすることができる。図20は、本発明の他の態様の半導体デバイスの構造を示す図である。図20では、図1と同様に、下層配線層M1〜M5内にはエッチングストッパ層は存在していないが、M1〜M5より配線膜厚の厚いM6、M7には、配線溝の深さ制御性を上げるために、エッチングストッパ層4d,4eが存在する。図1と同様に、M6,M7よりさらに配線膜厚の厚いグローバル配線M8,M9にはエッチングストッパ層4、4aが存在する。この場合、下層配線層M6〜M7内のエッチングストッパ層4d,4eは、最上のグローバル配線層内のエッチングストッパ層4aと材質が異なる態様とすることができる。   These etching stopper layer changes and interface treatments need only be performed on the etching stopper layer in the uppermost global wiring layer used as the fuse layer, and the etching stopper layer of the wiring layer used other than the fuse layer may be used. May not be implemented. For example, in FIG. 1, there is no etching stopper layer in the lower wiring layers M1 to M7, and the global wiring layer M8 immediately below the uppermost global wiring layer M9 which is a fuse layer has a wiring film thickness. Since it is thick, a SiCN layer is used as the etching stopper layer 4. A plurality of global wiring layers M8 and M9 are provided, and the etching stopper layer 4a in the uppermost global wiring layer M9 is made of the same material as the etching stopper layer 4 in the global wiring layer M8 disposed under the uppermost global wiring layer M9. Different embodiments can be used. FIG. 20 is a diagram showing the structure of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention. In FIG. 20, as in FIG. 1, there is no etching stopper layer in the lower wiring layers M1 to M5, but M6 and M7 whose wiring film thickness is thicker than M1 to M5 have a wiring groove depth control. In order to improve the performance, etching stopper layers 4d and 4e are present. As in FIG. 1, the etching stopper layers 4 and 4a exist in the global wirings M8 and M9 having a wiring thickness larger than that of M6 and M7. In this case, the etching stopper layers 4d and 4e in the lower wiring layers M6 to M7 may be made of a material having a material different from that of the etching stopper layer 4a in the uppermost global wiring layer.

Cuヒューズは、図2(a)に示すように、膜厚tが厚くなり過ぎると、切断に大きなエネルギーが必要となり、それに伴い、下地のSi基板へのレーザによる損傷が大きくなる。したがって、切断される部分の膜厚tは、2.0μm以下が好ましく、1.4μm以下がより好ましい。一方、本発明は、厚膜Cuヒューズを形状良好に切断することを課題としており、具体的には、膜厚tが0.9μm以上のCuヒューズを切断することができ、膜厚tが1.0μm以上の厚膜ヒューズも容易に切断することができる。また、Cuヒューズの幅wは、ヒューズ配線の信頼性を高める点で、0.6μm以上が好ましく、0.7μm以上がより好ましい。一方、切断される部分の幅wが、好ましくは1.2μm以下のヒューズ、より好ましくは1.0μm以下のヒューズを切断することができ、切断後の形状も正常である。   As shown in FIG. 2A, when the film thickness t becomes too large, the Cu fuse requires a large amount of energy for cutting, and accordingly, damage to the underlying Si substrate by the laser increases. Therefore, the thickness t of the part to be cut is preferably 2.0 μm or less, and more preferably 1.4 μm or less. On the other hand, an object of the present invention is to cut a thick film Cu fuse in a good shape. Specifically, a Cu fuse having a film thickness t of 0.9 μm or more can be cut, and the film thickness t is 1 Thick film fuses of 0.0 μm or more can be easily cut. Further, the width w of the Cu fuse is preferably 0.6 μm or more, and more preferably 0.7 μm or more, from the viewpoint of improving the reliability of the fuse wiring. On the other hand, it is possible to cut a fuse having a width w of the cut portion of preferably 1.2 μm or less, more preferably 1.0 μm or less, and the shape after cutting is also normal.

(半導体デバイスの製造方法)
本発明の半導体デバイスの製造方法は、半導体基板の主面に半導体素子を形成する工程と、半導体素子上に下層配線層を形成し、下層配線層とバリア絶縁層とを有する層を1層または複数層形成した後、Cu配線を有する1層または複数層のグローバル配線層を形成する工程とを備える。グローバル配線層を形成する工程は、ビア層を形成する工程と、ビア層上にエッチングストッパ層を挟んで配線層を形成する工程を備え、Cu配線を有するグローバル配線層における最上のグローバル配線層内の配線層は、外部からのレーザ照射により切断して回路の切り替えを行なうCuヒューズを備え、Cuヒューズの切断される部分の膜厚が0.9μm以上である。最上のグローバル配線層内のエッチングストッパ層は、SiNの1層構造、または、SiCOとSiCNの2層構造、または、TEOSとSiCNの2層構造を有する。かかる方法により、厚膜Cuヒューズをレーザ照射により切断した際の加工形状を制御することが可能なヒューズを備える半導体デバイスを製造することができる。
(Semiconductor device manufacturing method)
The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step of forming a semiconductor element on a main surface of a semiconductor substrate, a lower wiring layer formed on the semiconductor element, and a single layer having a lower wiring layer and a barrier insulating layer. Forming a single or multiple global wiring layer having Cu wiring after forming the plurality of layers. The step of forming a global wiring layer includes a step of forming a via layer and a step of forming a wiring layer on the via layer with an etching stopper layer interposed therebetween, and the innermost wiring layer in the global wiring layer having Cu wiring The wiring layer is provided with a Cu fuse that is switched by switching the circuit by laser irradiation from the outside, and the thickness of the cut portion of the Cu fuse is 0.9 μm or more. The etching stopper layer in the uppermost global wiring layer has a one-layer structure of SiN, a two-layer structure of SiCO and SiCN, or a two-layer structure of TEOS and SiCN. With this method, it is possible to manufacture a semiconductor device including a fuse capable of controlling a processing shape when a thick film Cu fuse is cut by laser irradiation.

本発明の半導体デバイスの製造方法の他の態様は、半導体基板の主面に半導体素子を形成する工程と、半導体素子上に下層配線層を形成し、下層配線層とバリア絶縁層とを有する層を1層または複数層形成した後、Cu配線を有する1層または複数層のグローバル配線層を形成する工程とを備える。グローバル配線層の最上層を形成する工程は、最上部にエッチングストッパ層を有するビア層を形成する工程と、エッチングストッパ層をHe雰囲気下でプラズマ処理をする工程と、ビア層上に配線層を形成する工程とを備える。Cu配線を有するグローバル配線層における最上のグローバル配線層内の配線層は、外部からのレーザ照射により切断して回路の切り替えを行なうCuヒューズを備え、Cuヒューズの切断される部分の膜厚が0.9μm以上であり、最上のグローバル配線層内のエッチングストッパ層は、SiCNの1層構造である。エッチングストッパ層を形成した後、Heプラズマ処理を実施することにより、エッチングストッパ層と、FSGを含む配線層との密着性を高めることができる。   Another aspect of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step of forming a semiconductor element on a main surface of a semiconductor substrate, a lower wiring layer formed on the semiconductor element, and a layer having a lower wiring layer and a barrier insulating layer Forming one or more global wiring layers, and then forming one or more global wiring layers having Cu wiring. The step of forming the uppermost layer of the global wiring layer includes a step of forming a via layer having an etching stopper layer on the uppermost portion, a step of plasma processing the etching stopper layer in a He atmosphere, and a wiring layer on the via layer. Forming. The wiring layer in the uppermost global wiring layer in the global wiring layer having Cu wiring is provided with a Cu fuse that is cut by laser irradiation from the outside to switch the circuit, and the thickness of the cut portion of the Cu fuse is 0. The etching stopper layer in the uppermost global wiring layer has a single-layer structure of SiCN. After forming the etching stopper layer, the He plasma treatment is performed, whereby the adhesion between the etching stopper layer and the wiring layer containing FSG can be improved.

実施の形態として、下層配線層とグローバル配線層とからなる9層のCu配線層とCuヒューズとを有する半導体デバイスの製造方法を図1を用いて説明するが、基板上に形成する半導体素子、下層配線層の形成、グローバル配線層の形成などは、従来より知られている様々な態様を適用することができる。また、下層配線層とグローバル配線層の積層数なども目的に応じて任意に設定することができる。   As an embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device having nine Cu wiring layers and a Cu fuse composed of a lower wiring layer and a global wiring layer will be described with reference to FIG. Various forms conventionally known can be applied to the formation of the lower wiring layer, the formation of the global wiring layer, and the like. Also, the number of layers of the lower wiring layer and the global wiring layer can be arbitrarily set according to the purpose.

まず、単結晶シリコンなどからなる半導体基板2の主面に、MISFETなどの半導体素子1と素子分離膜7を形成し、酸化シリコンなどからなる絶縁膜8をCVD法により堆積する。つぎに、絶縁膜8をエッチングし、コンタクトホールを形成し、コンタクトホールの内部にTiN、Wなどからなるプラグ9を形成する。その後、SiCNなどのエッチングストッパ膜10と、TEOSなどの絶縁膜11をCVD法で堆積した後、フォトレジスト膜(図示せず。)をマスクにしてドライエッチングすることにより、配線溝を形成し、配線溝の内部にCu配線層16をスパッタリング法またはメッキ法で堆積し、配線溝の外部のCu膜を化学的機械研磨(CMP)法で除去すると、第1の下層配線層M1が形成される。   First, the semiconductor element 1 such as MISFET and the element isolation film 7 are formed on the main surface of the semiconductor substrate 2 made of single crystal silicon or the like, and the insulating film 8 made of silicon oxide or the like is deposited by the CVD method. Next, the insulating film 8 is etched to form a contact hole, and a plug 9 made of TiN, W or the like is formed inside the contact hole. Then, after depositing an etching stopper film 10 such as SiCN and an insulating film 11 such as TEOS by a CVD method, dry etching is performed using a photoresist film (not shown) as a mask to form a wiring groove, When the Cu wiring layer 16 is deposited inside the wiring groove by sputtering or plating and the Cu film outside the wiring groove is removed by chemical mechanical polishing (CMP), the first lower wiring layer M1 is formed. .

つぎに、第1層配線層M1の絶縁膜11上にバリア絶縁層12と層間絶縁膜13をCVD法で堆積する。バリア絶縁層12は、絶縁膜11の材料であるCuが層間絶縁膜13中に拡散するのを防ぐための絶縁膜であり、SiCNなどにより構成する。バリア絶縁層12を形成した後、Heガス雰囲気下でプラズマ処理を施すと、層間の密着性が高まる点で好ましい。層間絶縁膜13は、SiCOなどにより構成する。つづいて、反射防止膜(BARC;Bottom Anti Reflective Coating)を形成し、フォトリソグラフィの後、反射防止膜と層間絶縁膜13を順次ドライエッチングして、Cu配線層16上にビアホールを形成し、フォトレジスト膜と反射防止膜を除去する。ビアホール内に埋め込み剤を充填した後、反射防止膜を形成し、フォトリソグラフィを行ない、続いてドライエッチングにより、層間絶縁膜13を途中まで除去し、配線溝を形成し、フォトレジスト膜、反射防止膜、ビアホール内の埋め込み剤、バリア絶縁層12をドライエッチングすると、ビアホールの底部にCu配線層16の表面が露出する。その後、配線溝およびビアホール内にCu配線層14を堆積すると、第2の下層配線層M2が形成される。下層配線層M2と同様の方法により、下層配線層M3〜M7を形成することができる。この例では、下層配線層M2〜M5では、ビア層と配線層がともにSiCOにより構成され、下層配線層M6とM7では、ビア層がTEOSにより構成され、配線層がFSGにより構成される。   Next, a barrier insulating layer 12 and an interlayer insulating film 13 are deposited on the insulating film 11 of the first wiring layer M1 by a CVD method. The barrier insulating layer 12 is an insulating film for preventing Cu, which is a material of the insulating film 11, from diffusing into the interlayer insulating film 13, and is made of SiCN or the like. After forming the barrier insulating layer 12, it is preferable to perform plasma treatment in a He gas atmosphere because the adhesion between the layers is increased. The interlayer insulating film 13 is made of SiCO or the like. Subsequently, an antireflection film (BARC) is formed, and after photolithography, the antireflection film and the interlayer insulating film 13 are sequentially dry-etched to form via holes on the Cu wiring layer 16, The resist film and the antireflection film are removed. After filling the via hole with a filling agent, an antireflection film is formed, photolithography is performed, and then the interlayer insulating film 13 is partially removed by dry etching to form a wiring groove, a photoresist film, an antireflection film When the film, the filling agent in the via hole, and the barrier insulating layer 12 are dry-etched, the surface of the Cu wiring layer 16 is exposed at the bottom of the via hole. Thereafter, when the Cu wiring layer 14 is deposited in the wiring trench and the via hole, a second lower wiring layer M2 is formed. The lower wiring layers M3 to M7 can be formed by the same method as that for the lower wiring layer M2. In this example, in the lower wiring layers M2 to M5, the via layer and the wiring layer are both made of SiCO, and in the lower wiring layers M6 and M7, the via layer is made of TEOS and the wiring layer is made of FSG.

下層配線層M7上に形成するグローバル配線層M8も、下層配線層M2〜M7と同様に、ビア層を形成し、ビア層上に配線層を形成して製造することができるが、グローバル配線層のように層間絶縁膜の膜厚が大きくなると、層間絶縁膜をその途中まで時間制御でエッチングし、配線溝の深さを高精度に制御することが困難となる。そこで、層間絶縁膜の途中にエッチングストッパ層4を形成することにより配線溝の深さを制御する。本実施の形態では、エッチングストッパ層4として、プラズマCVD法でSiCN層とTEOS層を形成する。また、グローバル配線層M8の層間絶縁としてFSGを堆積する。   The global wiring layer M8 formed on the lower wiring layer M7 can also be manufactured by forming a via layer and forming a wiring layer on the via layer in the same manner as the lower wiring layers M2 to M7. As described above, when the thickness of the interlayer insulating film is increased, it becomes difficult to etch the interlayer insulating film halfway through time control and to control the depth of the wiring trench with high accuracy. Therefore, the depth of the wiring trench is controlled by forming the etching stopper layer 4 in the middle of the interlayer insulating film. In the present embodiment, as the etching stopper layer 4, a SiCN layer and a TEOS layer are formed by a plasma CVD method. Further, FSG is deposited as interlayer insulation of the global wiring layer M8.

図12〜図19は、本発明の半導体デバイスの製造過程を示す要部断面図である。まず、図19(a)に示すように、グローバル配線層M8の層間絶縁膜35とバリア絶縁層44上に、層間絶縁膜45とストッパ膜46を順に積層する。この形成されたストッパ膜46がSiCNの単層であるときは、表面をHe雰囲気下でプラズマ処理を行なう。このHe雰囲気下でのプラズマ処理によりストッパ膜46と、後で説明するストッパ膜46上に積層される層間絶縁膜45との間の密着性を改善し、レーザー照射後のヒューズ加工形状を精密にすることができる。この形成されたストッパ膜46がSiN膜であるとき、SiCN膜とその上に形成されたSiCO膜の二層構造であるとき、およびSiCN膜とその上に形成されたTEOS膜であるときは、He雰囲気下でのプラズマ処理を省略してもよい。これらのストッパ膜の場合でも、He雰囲気下でのプラズマ処理により、ストッパ膜46と後で説明するストッパ膜46上に積層される層間絶縁膜45との間の密着性を改善し、レーザー照射後のヒューズ加工形状を精密にすることができる。つぎに図19(b)に示すように、ストッパ膜46の上に層間絶縁膜45を形成する。   12 to 19 are cross-sectional views of relevant parts showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present invention. First, as shown in FIG. 19A, an interlayer insulating film 45 and a stopper film 46 are sequentially stacked on the interlayer insulating film 35 and the barrier insulating layer 44 of the global wiring layer M8. When the formed stopper film 46 is a single layer of SiCN, the surface is subjected to plasma treatment in a He atmosphere. The plasma treatment under the He atmosphere improves the adhesion between the stopper film 46 and an interlayer insulating film 45 laminated on the stopper film 46, which will be described later, and precisely forms the fuse shape after laser irradiation. can do. When the formed stopper film 46 is a SiN film, when it has a two-layer structure of a SiCN film and a SiCO film formed thereon, and when it is a SiCN film and a TEOS film formed thereon, Plasma treatment under a He atmosphere may be omitted. Even in the case of these stopper films, the adhesion between the stopper film 46 and an interlayer insulating film 45 laminated on the stopper film 46 described later is improved by plasma treatment in a He atmosphere, and after laser irradiation. It is possible to make the shape of the fuse processing precise. Next, as shown in FIG. 19B, an interlayer insulating film 45 is formed on the stopper film 46.

その後、図12(a)に示すように、グローバル配線層M9を形成する。反射防止膜47とフォトレジスト膜を形成した後、リソグラフィによりフォトレジスト膜48を得、フォトレジスト膜48をマスクにして反射防止膜47、層間絶縁膜45、ストッパ膜46および層間絶縁膜45を順次ドライエッチングすることにより、第8層のCu配線層43上にビアホール49を形成する。つぎに、フォトレジスト膜48と反射防止膜47とを除去した後、図12(b)に示すように、ビアホール49の内部に埋め込み剤50を充填する。その後、反射防止膜を用いることなく、層間絶縁膜45上にフォトレジスト膜を直接形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 12A, a global wiring layer M9 is formed. After the formation of the antireflection film 47 and the photoresist film, a photoresist film 48 is obtained by lithography. Using the photoresist film 48 as a mask, the antireflection film 47, the interlayer insulating film 45, the stopper film 46, and the interlayer insulating film 45 are sequentially formed. By dry etching, a via hole 49 is formed on the Cu wiring layer 43 of the eighth layer. Next, after removing the photoresist film 48 and the antireflection film 47, as shown in FIG. 12B, a filling agent 50 is filled in the via hole 49. Thereafter, a photoresist film is directly formed on the interlayer insulating film 45 without using an antireflection film.

フォトレジスト膜は、配線溝パターンとヒューズパターンとが形成されたフォトマスク(図示せず。)を使って露光を行い、続いて現像を行うことにより、図13(a)に示すように、配線溝形成領域とヒューズ形成領域とが開口されたパターンを有するフォトレジスト膜51を形成する。前述したように、層間絶縁膜45の途中には、光の反射率が低いエッチングストッパ膜46が形成されている。つぎに、図13(b)に示すように、フォトレジスト膜51をマスクにして層間絶縁膜45をドライエッチングし、ストッパ膜46の表面でエッチングを停止する。これにより、ストッパ膜46の上層の層間絶縁膜45に配線溝52、53が形成される。   The photoresist film is exposed by using a photomask (not shown) in which a wiring groove pattern and a fuse pattern are formed, and then developed, so that a wiring is formed as shown in FIG. A photoresist film 51 having a pattern in which the groove forming region and the fuse forming region are opened is formed. As described above, the etching stopper film 46 having a low light reflectance is formed in the middle of the interlayer insulating film 45. Next, as shown in FIG. 13B, the interlayer insulating film 45 is dry-etched using the photoresist film 51 as a mask, and the etching is stopped on the surface of the stopper film 46. As a result, wiring grooves 52 and 53 are formed in the interlayer insulating film 45 on the upper layer of the stopper film 46.

つぎに、フォトレジスト膜51を除去した後、図14(a)に示すように、ビアホール49に充填された埋め込み剤50をドライエッチングで除去することにより、ビアホール49の底部に第8層のCu配線層43の表面を露出させる。つぎに、図14(b)に示すように、配線溝52およびビアホール49の内部に第9層のCu配線層54を形成し、配線溝53の内部にCuヒューズ55を形成する。図示していないが、Cuヒューズ55は、下層配線を介して抵抗素子に接続される。後述するプローブテストによって欠陥が見いだされた場合は、レーザビームを使ってCuヒューズ55を切断することにより抵抗素子の抵抗値を変化させ、欠陥素子を冗長素子と置き換える。   Next, after removing the photoresist film 51, as shown in FIG. 14A, the filling agent 50 filled in the via hole 49 is removed by dry etching, so that an eighth layer of Cu is formed at the bottom of the via hole 49. The surface of the wiring layer 43 is exposed. Next, as shown in FIG. 14B, a ninth-layer Cu wiring layer 54 is formed inside the wiring groove 52 and the via hole 49, and a Cu fuse 55 is formed inside the wiring groove 53. Although not shown, the Cu fuse 55 is connected to the resistance element through the lower layer wiring. When a defect is found by a probe test described later, the resistance value of the resistance element is changed by cutting the Cu fuse 55 using a laser beam, and the defective element is replaced with a redundant element.

Cu配線層54およびヒューズ55を形成するには、配線溝52、53およびビアホール49の内部を含む層間絶縁膜45上に薄いTiNなどからなるバリアメタル膜をスパッタリング法で堆積し、続いて、このTiN膜上に厚いCu膜をスパッタリング法またはメッキ法で堆積した後、配線溝52、53の外部のCu膜とバリアメタル膜とを化学的機械研磨法によって除去する。また、層間絶縁膜45中にはエッチングストッパ膜46が残されているが、下層の第1から第7配線層に比べると、上層の第8配線層はその配線間距離が大きくレイアウトされており、層間絶縁膜45の膜厚が厚く形成されているので、配線間容量および配線層間容量の増加はほとんど無視できる。   In order to form the Cu wiring layer 54 and the fuse 55, a barrier metal film made of thin TiN or the like is deposited on the interlayer insulating film 45 including the inside of the wiring trenches 52 and 53 and the via hole 49 by a sputtering method. After a thick Cu film is deposited on the TiN film by sputtering or plating, the Cu film and the barrier metal film outside the wiring grooves 52 and 53 are removed by chemical mechanical polishing. Although the etching stopper film 46 remains in the interlayer insulating film 45, the upper eighth wiring layer is laid out so that the distance between the wirings is larger than that of the first to seventh wiring layers. Since the interlayer insulating film 45 is formed thick, the increase in inter-wiring capacitance and wiring inter-layer capacitance is almost negligible.

つぎに、図15に示すように、Cu配線層54およびヒューズ55の上層にバリア絶縁層56と層間絶縁膜57とを堆積する。バリア絶縁層56は、Cuの拡散を防ぐための絶縁層であり、下層のバリア絶縁層44と同じく、SiCNをプラズマCVD法で堆積する。層間絶縁膜57は、FSGなどで構成し、膜厚は900nm程度とする。なお、図15および以下の図においては、Cu配線層54より下の部分の図を省略する。Cu配線層54およびヒューズ55の上層には、層間絶縁膜と表面保護膜とが形成される。また、ヒューズ55の上部の層間絶縁膜と表面保護膜とには、ヒューズ55にレーザビームを照射するための開口が形成される。そのため、この開口を通じて外部の水分が回路内に侵入した場合、ヒューズ55が腐食する恐れがある。そこで、バリア絶縁層56の膜厚を、下層のバリア絶縁層44の膜厚よりも大きくし、ヒューズ55の耐湿性を向上させている。   Next, as shown in FIG. 15, a barrier insulating layer 56 and an interlayer insulating film 57 are deposited on the Cu wiring layer 54 and the fuse 55. The barrier insulating layer 56 is an insulating layer for preventing diffusion of Cu, and SiCN is deposited by the plasma CVD method as in the lower barrier insulating layer 44. The interlayer insulating film 57 is made of FSG or the like and has a thickness of about 900 nm. In FIG. 15 and the following drawings, the portion below the Cu wiring layer 54 is omitted. Over the Cu wiring layer 54 and the fuse 55, an interlayer insulating film and a surface protective film are formed. In addition, an opening for irradiating the fuse 55 with a laser beam is formed in the interlayer insulating film and the surface protective film above the fuse 55. Therefore, when external moisture enters the circuit through this opening, the fuse 55 may be corroded. Therefore, the film thickness of the barrier insulating layer 56 is made larger than the film thickness of the lower barrier insulating layer 44 to improve the moisture resistance of the fuse 55.

つぎに、図16に示すように、層間絶縁膜57の上部に最上層配線60を形成し、続いて最上層配線60の上部に表面保護膜61を形成する。最上層配線60を形成するには、まずフォトレジスト膜(図示せず。)をマスクにしてCu配線層54の上層の層間絶縁膜57をドライエッチングし、続いてその下層のバリア絶縁層56をドライエッチングしてスルーホール58を形成した後、スルーホール58の内部にプラグ59を形成する。プラグ59は、下層のプラグと同じく、TiN膜とW膜との積層膜で構成する。つぎに、層間絶縁膜57の上部にスパッタリング法で膜厚50nm〜100nm程度のTiN膜、膜厚1μm程度のAl合金膜および膜厚50nm〜100nm程度のTiN膜を堆積し、フォトレジスト膜(図示せず。)をマスクにしてこれらの導電膜をエッチングすることにより、最上層配線60を形成する。また、最上層配線60の上部の表面保護膜61は、プラズマCVD法で堆積した膜厚200nm程度の酸化シリコン膜と膜厚600nm程度のSiN膜との積層膜で構成する。   Next, as shown in FIG. 16, the uppermost layer wiring 60 is formed on the interlayer insulating film 57, and then the surface protective film 61 is formed on the uppermost layer wiring 60. In order to form the uppermost layer wiring 60, first, the interlayer insulating film 57 on the upper layer of the Cu wiring layer 54 is dry-etched using a photoresist film (not shown) as a mask, and then the barrier insulating layer 56 on the lower layer is formed. After the through hole 58 is formed by dry etching, a plug 59 is formed inside the through hole 58. The plug 59 is composed of a laminated film of a TiN film and a W film, like the lower plug. Next, a TiN film having a thickness of about 50 nm to 100 nm, an Al alloy film having a thickness of about 1 μm, and a TiN film having a thickness of about 50 nm to 100 nm are deposited on the interlayer insulating film 57 by a sputtering method, and a photoresist film (FIG. The uppermost layer wiring 60 is formed by etching these conductive films using (not shown) as a mask. Further, the surface protective film 61 on the uppermost wiring 60 is formed by a laminated film of a silicon oxide film having a thickness of about 200 nm and a SiN film having a thickness of about 600 nm deposited by plasma CVD.

つぎに、図17に示すように、フォトレジスト膜(図示せず。)をマスクにして表面保護膜61をドライエッチングし、最上層配線60の一部を露出させることによって、ボンディングパッド60Bを形成する。また、ヒューズ55の上層の表面保護膜61および層間絶縁膜57をドライエッチングすることによって、開口62を形成する。このとき、ヒューズ55を覆うバリア絶縁層56上でエッチングを停止し、ヒューズ55の上部にバリア絶縁層56を残しておく。図18に示すように、表面保護膜61上にポリイミド樹脂膜63を堆積する。その後、ボンディングパッドの表面にプローブ(図示せず。)をあてて、回路の電気的試験を実施する。このテストにおいて、半導体素子の欠陥を見出すと、あらかじめチップ内に設けた冗長用の素子への切り替えを実施する。切り替えは、レーザビームによりヒューズを切断することにより行なう。現在、広くレーザトリミング用として利用されているレーザとしては、近赤外領域1.0μm〜1.4μm程度の波長の半導体レーザが用いられ、たとえば、YLF(リチウム・イットリウム・フロライド;LiYF4)レーザや、Vanadate(バナデート)系の固体レーザが用いられている。 Next, as shown in FIG. 17, the surface protection film 61 is dry-etched using a photoresist film (not shown) as a mask to expose a part of the uppermost layer wiring 60, thereby forming a bonding pad 60B. To do. Further, the opening 62 is formed by dry etching the surface protective film 61 and the interlayer insulating film 57 which are the upper layers of the fuse 55. At this time, etching is stopped on the barrier insulating layer 56 covering the fuse 55, and the barrier insulating layer 56 is left on the fuse 55. As shown in FIG. 18, a polyimide resin film 63 is deposited on the surface protective film 61. Thereafter, a probe (not shown) is applied to the surface of the bonding pad, and an electrical test of the circuit is performed. In this test, when a defect of a semiconductor element is found, switching to a redundant element provided in advance in the chip is performed. Switching is performed by cutting a fuse with a laser beam. At present, a semiconductor laser having a wavelength in the near infrared region of about 1.0 μm to 1.4 μm is used as a laser widely used for laser trimming. For example, a YLF (lithium yttrium fluoride; LiYF 4 ) laser is used. Vanadate-based solid-state lasers are also used.

(ヒューズの切断方法)
本発明のヒューズの切断方法は、Cuヒューズの切断される部分の膜厚が0.9μm以上であり、照射するレーザの波長が0.6μm〜1.3μmであり、レーザのパルス照射時間が9n秒〜50n秒である。かかる条件により、半導体デバイスに備えるCuヒューズを、外部からのレーザ照射により切断して回路の切り替えを行なうことができ、ヒューズを切断した後の加工形状を制御できる。
(Fuse cutting method)
In the fuse cutting method of the present invention, the film thickness of the cut portion of the Cu fuse is 0.9 μm or more, the wavelength of the laser to be irradiated is 0.6 μm to 1.3 μm, and the laser pulse irradiation time is 9 n. Seconds to 50n seconds. Under such conditions, the Cu fuse provided in the semiconductor device can be cut by laser irradiation from the outside to switch the circuit, and the processed shape after cutting the fuse can be controlled.

まず、Cuヒューズの切断過程について述べる。図2は、本発明のCuヒューズの構造を示す図である。Cuヒューズ27は、図2(a)に示すように、Cu本体27aと、周辺にある層間絶縁膜24へのCu拡散を防止するためのバリア層27bからなる。バリア層27bには、TaまたはTaNなどの材料が用いられる。一方、現在、広く使用されているレーザトリミング用のレーザは、ヒューズの下に配置するSi基板へのダメージを抑制する観点から、Siのバンドギャップ付近およびそれ以下のエネルギーを持つ波長のレーザが用いられ、具体的には、近赤外領域(波長1.0μm〜1.4μm程度)のレーザが用いられる。近赤外領域の波長を有するレーザに対する、CuおよびTaNの光反射率を図3に示す。図3に示すとおり、近赤外領域のレーザは、Cuに対して98%以上が反射し、TaNに対して60%〜70%程度が反射する。Cuへの透過量はほとんどないから、Cuヒューズにレーザを照射すると、反射率の高いCuではなく、側面および底面のバリア層(TaN)にレーザは吸収される。その結果、ヒューズ側面および底面からの光吸収により発生した熱がヒューズ全体を加熱し、液化、気化を経て、ある一定の圧力以上になるとヒューズ上の絶縁層を破壊し、切断に至る。   First, the cutting process of the Cu fuse will be described. FIG. 2 is a view showing the structure of the Cu fuse of the present invention. As shown in FIG. 2A, the Cu fuse 27 includes a Cu body 27a and a barrier layer 27b for preventing Cu diffusion to the surrounding interlayer insulating film 24. A material such as Ta or TaN is used for the barrier layer 27b. On the other hand, laser trimming lasers that are widely used nowadays are lasers with wavelengths near and below the band gap of Si in order to suppress damage to the Si substrate placed under the fuse. Specifically, a laser in the near infrared region (wavelength of about 1.0 μm to 1.4 μm) is used. FIG. 3 shows the light reflectance of Cu and TaN with respect to a laser having a wavelength in the near infrared region. As shown in FIG. 3, the near infrared region laser reflects 98% or more with respect to Cu and reflects about 60% to 70% with respect to TaN. Since there is almost no amount of penetration into Cu, when the laser is irradiated to the Cu fuse, the laser is absorbed by the barrier layers (TaN) on the side and bottom surfaces instead of Cu having high reflectivity. As a result, heat generated by light absorption from the side and bottom surfaces of the fuse heats the entire fuse, and after liquefaction and vaporization, when the pressure exceeds a certain level, the insulating layer on the fuse is destroyed and cut.

つぎに、ヒューズ側面および底面における光吸収の行なわれる場所に関して述べる。ヒューズ上方から照射されたレーザは、屈折率の違いから、デバイス表面および各絶縁層の界面において回折され、ヒューズ側面および底面へ回りこんだ光成分が吸収される。図5は、レーザを照射したときのヒューズ側面への光吸収の分布を示した図である。図5(a)は、波長1.3μmのレーザを照射した場合を示し、矢印は光吸収のポイントを示す。同様に、図5(b)は、波長1.0μmのレーザを照射した場合のヒューズ側面への光吸収の分布を示した図であり、矢印は光吸収のポイントを示す。図5に示すように、ヒューズ側面への光吸収のポイントは、レーザ波長に依存して周期的に生じ、短波長のレーザの方が、ポイントが密となる。   Next, the place where light absorption is performed on the side and bottom of the fuse will be described. The laser irradiated from above the fuse is diffracted at the interface between the device surface and each insulating layer due to the difference in refractive index, and the light component that has traveled to the side surface and bottom surface of the fuse is absorbed. FIG. 5 is a view showing a distribution of light absorption on the side surface of the fuse when the laser is irradiated. FIG. 5A shows a case where a laser having a wavelength of 1.3 μm is irradiated, and an arrow indicates a point of light absorption. Similarly, FIG. 5B is a diagram showing a distribution of light absorption on the side surface of the fuse when a laser with a wavelength of 1.0 μm is irradiated, and an arrow indicates a point of light absorption. As shown in FIG. 5, the point of light absorption on the side surface of the fuse is periodically generated depending on the laser wavelength, and the point is denser in the short wavelength laser.

図4は、加工異常が発生する兆候があるときのヒューズの断面図である。図4には、SiCNからなるエッチングストッパ層141上に、FSG製の層間絶縁膜142と、Cuヒューズ143を有する例が示され、加熱に伴い、Cuヒューズ143の下部143aが溶融し、気化する。ヒューズの厚さが厚くなると、前述のとおり、ヒューズ側面への周期的な光吸収の影響により、ヒューズの上部と下部では、加熱に不均一性が生じやすくなる。特にレーザの焦点をデバイス表面よりSi基板側に合せると、ヒューズ下部だけが加熱される傾向が助長される。ヒューズ上部が固体で残った状態で、ヒューズ下部のみが加熱されると、ヒューズ下部のみが液化し、気化し、爆発に至り、機械的に弱い界面にて剥がれ、その部分より爆発が進展する。   FIG. 4 is a cross-sectional view of the fuse when there is an indication that a processing abnormality has occurred. FIG. 4 shows an example in which an FSG interlayer insulating film 142 and a Cu fuse 143 are formed on an etching stopper layer 141 made of SiCN, and the lower portion 143a of the Cu fuse 143 is melted and vaporized with heating. . As the thickness of the fuse increases, non-uniformity is likely to occur in the heating at the upper and lower portions of the fuse due to the effect of periodic light absorption on the side surfaces of the fuse, as described above. Particularly when the laser is focused on the Si substrate side from the device surface, only the lower part of the fuse is heated. If only the lower part of the fuse is heated while the upper part of the fuse remains in a solid state, only the lower part of the fuse is liquefied and vaporized, leading to an explosion, peeling off at a mechanically weak interface, and the explosion progresses from that part.

図3に示すように、レーザ波長が0.6μm以上であれば、Cuへの反射率が90%以上で、TaNへの反射率が50%程度以上となるため、ヒューズ側面および底面への光吸収が支配的となり、前述のとおり、ヒューズを溶融し、切断することができる。一方、図5に示すとおり、ヒューズへの光吸収は、ヒューズ側面に周期的に生じ、光吸収のポイントは、光の波動性から、レーザの波長に依存し、レーザ波長が短いほど周期的に生じる光吸収ポイントの間隔は狭くなり、均一な光吸収が行われ、均一にヒューズを加熱することができ、ヒューズ上部と下部の光吸収の不均一性を緩和し、切断時のヒューズの形状の制御が容易となる。このような点から、Cuヒューズの切断には、波長1.3μm以下のレーザを使用し、波長1.1μm以下のレーザが好ましい。   As shown in FIG. 3, if the laser wavelength is 0.6 μm or more, the reflectivity to Cu is 90% or more and the reflectivity to TaN is about 50% or more. Absorption becomes dominant and, as described above, the fuse can be melted and cut. On the other hand, as shown in FIG. 5, light absorption into the fuse occurs periodically on the side surface of the fuse, and the point of light absorption depends on the wavelength of the laser due to the wave nature of the light, and periodically as the laser wavelength is shorter. The interval between the light absorption points generated is narrow, uniform light absorption is performed, the fuse can be heated uniformly, the light absorption non-uniformity at the top and bottom of the fuse is alleviated, and the shape of the fuse at the time of cutting is reduced Control becomes easy. From such a point, for cutting the Cu fuse, a laser having a wavelength of 1.3 μm or less is used, and a laser having a wavelength of 1.1 μm or less is preferable.

しかし、短い波長のレーザを使用することにより、均一な光吸収が行なわれ、形状異常を有効に抑制できるが、レーザの波長が短くなると、ヒューズ下のSi基板へのダメージが大きくなる。かかる観点から、レーザは波長0.6μm以上とし、波長1.0μm以上のレーザが好ましい。たとえば、ヒューズ幅0.7μm〜1.0μm、ヒューズ膜厚1.0μm〜1.4μm程度のヒューズであれば、波長1.065μmのレーザを用いて切断すると、切断後の形状異常およびヒューズ下のSi基板へのダメージを回避することができる。ただし、この値はあくまでも、例示的な値であり、Cuヒューズ幅、ヒューズ膜厚、ヒューズ上部、下部の絶縁層などの厚さ、材料に応じて、レーザ波長を選択することにより、適切な加工条件を得ることができる。   However, by using a laser having a short wavelength, uniform light absorption can be performed and the shape abnormality can be effectively suppressed. However, when the laser wavelength is shortened, damage to the Si substrate under the fuse increases. From this viewpoint, the laser has a wavelength of 0.6 μm or more, and a laser with a wavelength of 1.0 μm or more is preferable. For example, if a fuse having a fuse width of 0.7 μm to 1.0 μm and a fuse film thickness of 1.0 μm to 1.4 μm is cut using a laser having a wavelength of 1.065 μm, the abnormal shape after cutting and under the fuse Damage to the Si substrate can be avoided. However, this value is only an example value, and appropriate processing can be performed by selecting the laser wavelength according to the Cu fuse width, fuse film thickness, fuse upper and lower insulation layer thickness, and material. Conditions can be obtained.

図6は、同一の出力におけるレーザの光強度と照射時間との相関関係を示す図である。図6では、レーザのパルス照射時間が9n秒の場合と21n秒の場合を例示している。出力は、単位時間あたりの光強度を時間で積分したものであるため、同一の出力のレーザを照射した場合、パルス照射時間を長くすることにより、低い光強度で、長時間の加熱が可能である。前述のとおり、ヒューズ切断時の加工異常は、熱の不均一性が一因である。したがって、照射時間の長いパルス幅のレーザを用いることにより、ヒューズ加熱時の熱の不均一性を回避することができ、光吸収により、加熱の不均一性が発生したとしても、熱伝導により不均一性を緩和することが可能となる。   FIG. 6 is a diagram showing the correlation between the laser light intensity and the irradiation time at the same output. FIG. 6 illustrates the case where the laser pulse irradiation time is 9 nsec and 21 nsec. The output is obtained by integrating the light intensity per unit time over time, so when the same output laser is irradiated, it is possible to heat for a long time with low light intensity by extending the pulse irradiation time. is there. As described above, the processing abnormality at the time of cutting the fuse is due to non-uniformity of heat. Therefore, by using a laser with a pulse width with a long irradiation time, heat non-uniformity during heating of the fuse can be avoided, and even if non-uniform heating occurs due to light absorption, non-uniformity due to heat conduction occurs. Uniformity can be relaxed.

図7は、レーザ照射時の形状異常の発生率とパルス照射時間の関係を示した図である。また、図7は、切断部分の膜厚が1.0μm〜1.4μmで、切断部分の幅が0.7μm〜1.0μmであるヒューズを切断したときの例である。この条件では、図7に示すとおり、パルス照射時間を9n秒以上に設定することにより、レーザ照射時の加工異常を抑えることができる。他の条件においても同様の検討をした結果、高強度で長時間に亘りレーザを照射すると、下地のSi基板に損傷が発生しやすいことから、レーザのパルス照射時間は、9n秒以上とし、15n秒以上が好ましい。一方、同一出力の下、パルス照射時間を長くすると、光強度が低下し、ヒューズの切断時間が長くなることから、パルス照射時間は、50n秒以下とし、25n秒以下が好ましい。   FIG. 7 is a graph showing the relationship between the incidence of shape abnormality during laser irradiation and the pulse irradiation time. FIG. 7 shows an example in which a fuse having a cut portion thickness of 1.0 μm to 1.4 μm and a cut portion width of 0.7 μm to 1.0 μm is cut. Under this condition, as shown in FIG. 7, by setting the pulse irradiation time to 9 nsec or longer, processing abnormality during laser irradiation can be suppressed. As a result of the same examination under other conditions, it is easy to cause damage to the underlying Si substrate when laser irradiation is performed for a long time with high intensity. Therefore, the laser pulse irradiation time is set to 9 nsec or more, and 15 n Seconds or more are preferred. On the other hand, if the pulse irradiation time is increased under the same output, the light intensity decreases and the fuse cutting time becomes longer. Therefore, the pulse irradiation time is set to 50 nsec or less, and preferably 25 nsec or less.

使用するレーザは、切断するヒューズの切断部位における幅が好ましくは0.6μm〜1.2μmであることから、レーザ照射時のビーム径が2.0μm〜3.0μmのレーザを絞り込んで使用する態様が好ましい。また、並列するヒューズ間の距離が2μmである場合、レーザ照射装置の位置合せ精度は0.2μm程度のものを使用するのが好ましい。   Since the width of the laser to be used is preferably 0.6 μm to 1.2 μm at the cutting site of the fuse to be cut, a mode in which a laser having a beam diameter of 2.0 μm to 3.0 μm at the time of laser irradiation is narrowed down is used. Is preferred. In addition, when the distance between the fuses in parallel is 2 μm, it is preferable to use a laser irradiation apparatus having an alignment accuracy of about 0.2 μm.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

レーザ照射により切断するCuヒューズを備える半導体デバイスに広く利用可能である。   It can be widely used for semiconductor devices including a Cu fuse that is cut by laser irradiation.

本発明の半導体デバイスの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the semiconductor device of this invention. 本発明のCuヒューズの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of Cu fuse of this invention. CuおよびTaNの光反射率を示す図である。It is a figure which shows the light reflectivity of Cu and TaN. 加工異常が発生する兆候があるときのヒューズの断面図である。It is sectional drawing of a fuse when there exists an indication that a processing abnormality occurs. レーザを照射したときのヒューズ側面への光吸収の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the light absorption to the fuse side surface when irradiated with a laser. 同一の出力でのレーザの光強度と照射時間との相関関係を示す図である。It is a figure which shows the correlation with the light intensity of a laser and irradiation time with the same output. レーザ照射時の形状異常の発生率とパルス照射時間の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the incidence rate of the shape abnormality at the time of laser irradiation, and pulse irradiation time. Cuヒューズの膜厚と形状異常の発生率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the film thickness of Cu fuse, and the incidence rate of a shape abnormality. 従来の半導体デバイスを切断したときの断面図である。It is sectional drawing when the conventional semiconductor device is cut | disconnected. 半導体デバイスのヒューズボックスの平面図である。It is a top view of the fuse box of a semiconductor device. レーザ照射による切断後のCuヒューズの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of Cu fuse after the cutting | disconnection by laser irradiation. 本発明の半導体デバイスの製造過程を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device of this invention. 図12に続く製造過程を示す要部断面図である。FIG. 13 is a fragmentary cross-sectional view showing the manufacturing process following FIG. 12. 図13に続く製造過程を示す要部断面図である。FIG. 14 is a main part cross-sectional view showing the manufacturing process following FIG. 13; 図14に続く製造過程を示す要部断面図である。FIG. 15 is a main part cross-sectional view showing the manufacturing process following FIG. 14; 図15に続く製造過程を示す要部断面図である。FIG. 16 is a main part cross-sectional view showing the manufacturing process following FIG. 15; 図16に続く製造過程を示す要部断面図である。FIG. 17 is a main part cross-sectional view showing the manufacturing process following FIG. 16; 図17に続く製造過程を示す要部断面図である。FIG. 18 is an essential part cross-sectional view showing the manufacturing process following FIG. 17; 本発明の半導体デバイスの製造過程を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device of this invention. 本発明の他の態様の半導体デバイスの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the semiconductor device of the other aspect of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体素子、2 半導体基板、3 ビア層、4,4a エッチングストッパ層、5,5a 配線層、6 Cuヒューズ、21 SiN層、22,25 SiCN層、23 SiCO層、24 FSG層、26 TEOS層、27a Cu本体、27b バリア層。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor element, 2 Semiconductor substrate, 3 Via layer, 4, 4a Etching stopper layer, 5, 5a Wiring layer, 6 Cu fuse, 21 SiN layer, 22, 25 SiCN layer, 23 SiCO layer, 24 FSG layer, 26 TEOS layer 27a Cu body, 27b barrier layer.

Claims (9)

半導体デバイスに備えるCuヒューズを、外部からのレーザ照射により切断して回路の切り替えを行なうヒューズの切断方法であって、Cuヒューズの切断される部分の膜厚が0.9μm以上であり、照射するレーザの波長が0.6μm〜1.3μmであり、レーザのパルス照射時間が9n秒〜50n秒であるヒューズの切断方法。   A fuse cutting method for switching a circuit by cutting a Cu fuse provided in a semiconductor device by external laser irradiation, wherein the film thickness of the cut portion of the Cu fuse is 0.9 μm or more and is irradiated A fuse cutting method in which the laser wavelength is 0.6 μm to 1.3 μm, and the laser pulse irradiation time is 9 nsec to 50 nsec. 前記Cuヒューズは、切断される部分の幅が0.6μm〜1.2μmである請求項1に記載のヒューズの切断方法。   The method for cutting a fuse according to claim 1, wherein a width of a portion to be cut of the Cu fuse is 0.6 μm to 1.2 μm. 前記Cuヒューズは、切断される部分の膜厚が1.0μm〜1.4μmである請求項1に記載のヒューズの切断方法。   2. The method for cutting a fuse according to claim 1, wherein the Cu fuse has a thickness of a cut portion of 1.0 μm to 1.4 μm. 半導体基板の主面に形成した半導体素子と、該半導体素子上に形成した1層または複数層の下層配線層と、該下層配線層上に形成したCu配線を有する1層または複数層のグローバル配線層とを備える半導体デバイスであって、
前記グローバル配線層は、ビア層と、該ビア層上にエッチングストッパ層を挟んで形成した配線層とを備え、
前記Cu配線を有するグローバル配線層における最上の前記グローバル配線層内の前記配線層は、外部からのレーザ照射により切断して回路の切り替えを行なうCuヒューズを備え、Cuヒューズの切断される部分の膜厚が0.9μm以上であり、
前記最上のグローバル配線層内の前記エッチングストッパ層は、SiNの1層構造、または、SiCOとSiCNの2層構造、または、テトラエトキシシランとSiCNの2層構造を有する半導体デバイス。
One or more layers of global wiring having a semiconductor element formed on the main surface of the semiconductor substrate, one or more lower wiring layers formed on the semiconductor element, and Cu wiring formed on the lower wiring layer A semiconductor device comprising a layer,
The global wiring layer includes a via layer and a wiring layer formed on the via layer with an etching stopper layer interposed therebetween,
The wiring layer in the uppermost global wiring layer in the global wiring layer having the Cu wiring includes a Cu fuse that is cut by laser irradiation from the outside to switch a circuit, and a film of a portion where the Cu fuse is cut The thickness is 0.9 μm or more,
The etching stopper layer in the uppermost global wiring layer is a semiconductor device having a one-layer structure of SiN, a two-layer structure of SiCO and SiCN, or a two-layer structure of tetraethoxysilane and SiCN.
前記グローバル配線層は、フッ素化ケイ酸塩ガラスを含む層間絶縁膜を有する請求項4に記載の半導体デバイス。   The semiconductor device according to claim 4, wherein the global wiring layer has an interlayer insulating film containing fluorinated silicate glass. 複数層のグローバル配線層を備える半導体デバイスであって、
最上のグローバル配線層内のエッチングストッパ層の材質は、
最上のグローバル配線層の下に配置するグローバル配線層内のエッチングストッパ層の材質、および、下層配線層内のエッチングストッパ層の材質と異なる請求項4に記載の半導体デバイス。
A semiconductor device comprising a plurality of global wiring layers,
The material of the etching stopper layer in the top global wiring layer is
The semiconductor device according to claim 4, wherein the material of the etching stopper layer in the global wiring layer disposed under the uppermost global wiring layer and the material of the etching stopper layer in the lower wiring layer are different.
複数層のグローバル配線層を備え、前記最上のグローバル配線層内のエッチングストッパ層は、前記最上のグローバル配線層の下に配置するグローバル配線層内のエッチングストッパ層と材質が異なる請求項4に記載の半導体デバイス。   5. The etching stopper layer in the uppermost global wiring layer is provided with a plurality of global wiring layers, and the material of the etching stopper layer in the global wiring layer disposed below the uppermost global wiring layer is different. Semiconductor devices. 半導体基板の主面に半導体素子を形成する工程と、
該半導体素子上に下層配線層を形成する工程と、
前記下層配線層とバリア絶縁層とを有する層を1層または複数層形成した後、Cu配線を有する1層または複数層のグローバル配線層を形成する工程と
を備える半導体デバイスの製造方法であって、
グローバル配線層を形成する前記工程は、
ビア層を形成する工程と、
該ビア層上にエッチングストッパ層を挟んで配線層を形成する工程とを備え、
前記Cu配線を有するグローバル配線層における最上のグローバル配線層内の前記配線層は、外部からのレーザ照射により切断して回路の切り替えを行なうCuヒューズを備え、Cuヒューズの切断される部分の膜厚が0.9μm以上であり、
前記最上のグローバル配線層内の前記エッチングストッパ層は、SiNの1層構造、または、SiCOとSiCNの2層構造、または、テトラエトキシシランとSiCNの2層構造を有する半導体デバイスの製造方法。
Forming a semiconductor element on the main surface of the semiconductor substrate;
Forming a lower wiring layer on the semiconductor element;
Forming a single layer or a plurality of layers having a lower wiring layer and a barrier insulating layer, and then forming a one or a plurality of global wiring layers having a Cu wiring. ,
The step of forming the global wiring layer includes:
Forming a via layer;
Forming a wiring layer on the via layer with an etching stopper layer interposed therebetween,
The wiring layer in the uppermost global wiring layer in the global wiring layer having the Cu wiring is provided with a Cu fuse that is cut by laser irradiation from the outside to switch the circuit, and the film thickness of the portion where the Cu fuse is cut Is 0.9 μm or more,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the etching stopper layer in the uppermost global wiring layer has a one-layer structure of SiN, a two-layer structure of SiCO and SiCN, or a two-layer structure of tetraethoxysilane and SiCN.
半導体基板の主面に半導体素子を形成する工程と、
該半導体素子上に下層配線層を形成し、前記下層配線層とバリア絶縁層とを有する層を1層または複数層形成した後、Cu配線を有する1層または複数層のグローバル配線層を形成する工程と
を備える半導体デバイスの製造方法であって、
前記グローバル配線層の最上層を形成する前記工程は、
最上部にエッチングストッパ層を有するビア層を形成する工程と、
前記エッチングストッパ層をHe雰囲気下でプラズマ処理をする工程と、
該ビア層上に配線層を形成する工程とを備え、
前記Cu配線を有するグローバル配線層における最上のグローバル配線層内の前記配線層は、外部からのレーザ照射により切断して回路の切り替えを行なうCuヒューズを備え、Cuヒューズの切断される部分の膜厚が0.9μm以上であり、
前記最上のグローバル配線層内の前記エッチングストッパ層は、SiCNの1層構造である半導体デバイスの製造方法。
Forming a semiconductor element on the main surface of the semiconductor substrate;
A lower wiring layer is formed on the semiconductor element, one or more layers having the lower wiring layer and the barrier insulating layer are formed, and then one or more global wiring layers having Cu wiring are formed. A method of manufacturing a semiconductor device comprising:
The step of forming the uppermost layer of the global wiring layer includes:
Forming a via layer having an etching stopper layer at the top;
Plasma treatment of the etching stopper layer in a He atmosphere;
Forming a wiring layer on the via layer,
The wiring layer in the uppermost global wiring layer in the global wiring layer having the Cu wiring is provided with a Cu fuse that is cut by laser irradiation from the outside to switch the circuit, and the film thickness of the portion where the Cu fuse is cut Is 0.9 μm or more,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the etching stopper layer in the uppermost global wiring layer has a single-layer structure of SiCN.
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