JP2013140871A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、ヒューズ素子を有する半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having a fuse element.
図8は、従来例に係るヒューズ素子110と、その周辺構造の一例を示す断面図である。図8に示すように、半導体基板101上には第1層間絶縁膜103が形成されており、この第1層間絶縁膜103上にメタルからなるヒューズ素子110が形成されている。また、ヒューズ素子110上には第2層間絶縁膜120が形成されており、第2層間絶縁膜120上には保護膜(パシベーション膜)130が形成されている。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of a
ヒューズ素子110のヒューズカット領域(即ち、図8において、断面で示されている部位)の上方では、保護膜130は除去されており、さらに、第2層間絶縁膜120が薄膜化されている。即ち、ヒューズカット領域の上方には、保護膜130を貫通し、且つ、第2層間絶縁膜120が周囲と比べて薄いレーザートリミング用の開口部135が設けられている。
Above the fuse cut region of the fuse element 110 (that is, the portion shown in cross section in FIG. 8), the
レーザートリミングを行う工程では、この開口部135を通して、第2層間絶縁膜120及びヒューズ素子110にレーザー光を照射する。そして、レーザー光の照射により生じる熱で、ヒューズ素子110を溶断(即ち、カット)する。
ここで、ヒューズカット領域の上方に位置する第2層間絶縁膜120が薄すぎると、ヒューズ素子110の温度がその融点まで上がりきらないうちに第2層間絶縁膜120がなくなる。この場合は、ヒューズ素子110を構成しているメタル成分は十分に噴出せず、ヒューズ素子110のカットが不十分となる可能性がある。
In the laser trimming process, the second
Here, if the second
一方、ヒューズ素子110上の第2層間絶縁膜120が厚すぎると、ヒューズカット領域及びその周辺にレーザー光が過剰に照射されて、ヒューズカット領域の周辺がダメージを受けてしまう可能性がある。
このため、例えば特許文献1に開示されているように、ヒューズ素子上の層間絶縁膜の厚さを制御する必要がある。
On the other hand, if the second
For this reason, for example, as disclosed in
特許文献1では、ヒューズ素子上に最下層の層間絶縁膜を形成した後、ヒューズ素子上に新たな層間絶縁膜を形成するたびに、この新たな層間絶縁膜に開口部を形成するようにしている。これにより、保護膜のエッチング処理時に、ヒューズ素子上の層間絶縁膜のエッチング除去量が少なくなり、ヒューズ素子上の層間絶縁膜の残膜厚の制御性を向上させることができる、と記載されている。
In
しかしながら、特許文献1において、最下層の層間絶縁膜はBPSG膜であり、新たな層間絶縁膜はTEOS膜、又はシリコン酸化膜であることが記載されている。このため、ヒューズ素子上の最下層の層間絶縁膜は、新たな層間絶縁膜がエッチングで除去されるたびに少しずつ削られ、その厚さは成膜時よりも確実に薄くなると考えられる。また、ヒューズ素子上の最下層の層間絶縁膜は、単に薄くなるだけではない。この最下層の層間絶縁膜には、成膜時のばらつきに加えて、エッチングによるばらつきが累積的に加わると考えられる。このため、特許文献1においても、ヒューズ素子上の層間絶縁膜について、その残膜厚の制御性には改善の余地があった。
However,
そこで、この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、ヒューズ素子上のシリコン酸化膜について、その残膜厚の制御性を向上できるようにした半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and provides a method for manufacturing a semiconductor device in which the controllability of the remaining film thickness of a silicon oxide film on a fuse element can be improved. With the goal.
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に絶縁膜を介してヒューズ素子を形成する工程と、前記ヒューズ素子を覆うように前記絶縁膜上にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を形成する工程と、前記シリコン窒化膜のみを部分的にエッチングして除去することにより、前記ヒューズ素子の上方に前記シリコン酸化膜を底面とするレーザートリミング用の開口部を形成する工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a step of forming a fuse element over a semiconductor substrate with an insulating film interposed therebetween, and a step of forming the fuse element on the insulating film so as to cover the fuse element. Forming a silicon oxide film on the silicon oxide film; forming a silicon nitride film on the silicon oxide film; and etching the silicon nitride film only partially to remove the silicon oxide film above the fuse element. Forming a laser trimming opening having an oxide film as a bottom surface.
ここで、「シリコン窒化膜のみを部分的にエッチングして除去する」とは、シリコン酸化膜のエッチング速度よりもシリコン窒化膜のエッチング速度の方が大きいエッチング条件で、シリコン窒化膜の一部をシリコン酸化膜の表面が露出するまでエッチングする、という意味である。換言すると、シリコン窒化膜の一部をエッチングして下地のシリコン酸化膜を露出させ、その際に下地のシリコン酸化膜はできるだけエッチングしないようにする、という意味である。 Here, “partial etching and removal of only the silicon nitride film” means that a part of the silicon nitride film is removed under an etching condition in which the etching rate of the silicon nitride film is higher than that of the silicon oxide film. It means that etching is performed until the surface of the silicon oxide film is exposed. In other words, this means that a part of the silicon nitride film is etched to expose the underlying silicon oxide film, and the underlying silicon oxide film is not etched as much as possible.
このような製造方法であれば、開口部を形成するためのエッチング処理は、エッチングガス又はエッチング液がシリコン酸化膜の表面に到達した時点でその進行が抑制される。従って、シリコン酸化膜の形成時の厚さ(即ち、初期膜厚)が、ほぼそのまま、開口部の底面に残存するシリコン酸化膜の厚さ(即ち、残膜厚)となる。このため、シリコン酸化膜の初期膜厚を制御することで、開口部底面のシリコン酸化膜の残膜厚を精度高く制御することができる。これにより、ヒューズ素子上のシリコン酸化膜について、その残膜厚の制御性を高めることができる。なお、本発明の「絶縁膜」としては、例えば、後述する層間絶縁膜3が該当する。「開口部」としては、例えば、後述する開口部35が該当する。
With such a manufacturing method, the progress of the etching process for forming the opening is suppressed when the etching gas or the etchant reaches the surface of the silicon oxide film. Accordingly, the thickness (ie, initial film thickness) at the time of forming the silicon oxide film is almost the same as the thickness (ie, remaining film thickness) of the silicon oxide film remaining on the bottom surface of the opening. Therefore, by controlling the initial film thickness of the silicon oxide film, the remaining film thickness of the silicon oxide film on the bottom surface of the opening can be controlled with high accuracy. Thereby, the controllability of the remaining film thickness of the silicon oxide film on the fuse element can be enhanced. The “insulating film” of the present invention corresponds to, for example, an
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記開口部を形成する工程では、前記シリコン酸化膜のエッチング速度が前記シリコン窒化膜のエッチング速度の10分の1以下であるエッチング条件で、前記シリコン窒化膜をエッチングすることを特徴とする。このような製造方法であれば、シリコン酸化膜の被エッチング量を十分に小さくすることができ、シリコン酸化膜の残膜厚の制御性を十分に高めることができる。 In the method of manufacturing a semiconductor device, in the step of forming the opening, the silicon nitride film is etched under an etching condition in which an etching rate of the silicon oxide film is 1/10 or less of an etching rate of the silicon nitride film. The film is etched. With such a manufacturing method, the etching amount of the silicon oxide film can be made sufficiently small, and the controllability of the remaining film thickness of the silicon oxide film can be sufficiently improved.
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記シリコン酸化膜の厚さに関して、前記レーザートリミングを行う際の最適な厚さを予め求めておき、前記シリコン酸化膜を形成する工程では、前記シリコン酸化膜を前記最適な厚さと同じ厚さに形成することを特徴とする。ここで、「最適な厚さ」とは、レーザー光の照射に伴うヒューズ素子周辺へのダメージを抑えつつ、ヒューズ素子を再現性高くカットすることが可能な厚さのことである。 In the method for manufacturing a semiconductor device, an optimum thickness for the laser trimming is previously obtained with respect to the thickness of the silicon oxide film, and the silicon oxide film is formed in the step of forming the silicon oxide film. The film is formed to have the same thickness as the optimum thickness. Here, the “optimum thickness” is a thickness that can cut the fuse element with high reproducibility while suppressing damage to the periphery of the fuse element due to laser light irradiation.
このような製造方法であれば、開口部底面のシリコン酸化膜の残膜厚は、上記の「最適な厚さ」若しくはそれに近い値となる。従って、ヒューズ素子周囲へのダメージを抑えつつ、ヒューズ素子を再現性高くカットすることができる。レーザートリミング工程の品質の向上と、歩留まりの向上に寄与することができる。 With such a manufacturing method, the remaining film thickness of the silicon oxide film on the bottom surface of the opening is the above-mentioned “optimum thickness” or a value close thereto. Therefore, it is possible to cut the fuse element with high reproducibility while suppressing damage to the periphery of the fuse element. This can contribute to improving the quality of the laser trimming process and improving the yield.
本発明によれば、レーザートリミング用の開口部の底面(即ち、ヒューズ素子上)のシリコン酸化膜の膜厚を所望の値に近づけることが容易であり、その膜厚制御性を高める(即ち、向上させる)ことができる。 According to the present invention, it is easy to bring the film thickness of the silicon oxide film on the bottom surface of the opening for laser trimming (that is, on the fuse element) close to a desired value, and the film thickness controllability is improved (that is, Can be improved).
以下、本発明による実施形態を、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
図1(a)〜図4(b)は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。ここでは、半導体基板上に層間絶縁膜を介してヒューズ素子を形成し、その後必要に応じて、ヒューズ素子にレーザー光を照射して溶断する(即ち、レーザートリミングを行う)場合について説明する。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that, in each drawing described below, parts having the same configuration are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.
FIG. 1A to FIG. 4B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. Here, a case will be described in which a fuse element is formed on a semiconductor substrate through an interlayer insulating film, and then the fuse element is irradiated with a laser beam and blown (ie, laser trimming) as necessary.
図1(a)に示すように、まず始めに、半導体基板1上に層間絶縁膜3を形成する。半導体基板1は、例えば単結晶のシリコン基板、又は、絶縁層上にシリコン層が形成された構造のSOI(silicon on insulator)基板である。この半導体基板1には、例えば、MOS(metal oxide semiconductor)電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスター、キャパシタ、抵抗又はコイル等の各種素子が形成されている。これら各種素子を層間絶縁膜3で覆う。また、層間絶縁膜3は例えばシリコン酸化膜(SiO2)であり、その形成方法は例えばプラズマCVD(plasma enhanced chemical vapor deposition:PECVD)法である。ここでは、層間絶縁膜3を例えば3μm以上の厚さに形成する。
As shown in FIG. 1A, first, an
次に、図1(b)に示すように、層間絶縁膜3上にメタル膜10´を形成する。ここでは、メタル膜10´として、上から順に窒化チタン膜(TiN)11を60nm、チタン膜(Ti)12を11.5nm、アルミニウム膜(Al)13を362nm、窒化チタン膜14を33nm、チタン膜15を11.5nmを積層する。即ち、メタル膜10´として、例えば、Ti/TiN/Al/Ti/TiN=11.5/33/362/11.5/60nmの積層構造を有する膜を形成する。メタル膜10´の形成方法は、例えばスパッタ法である。
Next, as shown in FIG. 1B, a
次に、図1(c)に示すように、フォトリソグラフィ技術により、メタル膜10´上にレジストパターン16を形成する。ここでは、レジストパターン16を、配線が形成される領域とヒューズ素子が形成される領域とを覆い、それ以外の領域を露出する形状に形成する。そして、このレジストパターン16をマスクに用いて、メタル膜10´をエッチングする。これにより、図2(a)に示すように、メタル膜10´からなるヒューズ素子10と、メタル膜10´からなる配線50とを形成する。ヒューズ素子10と配線50とを形成した後で、レジストパターン16を例えばアッシングして除去する。図2(b)に示すように、レジストパターンを除去した後は、ヒューズ素子10と配線50とがそれぞれ露出した状態となる。
Next, as shown in FIG. 1C, a resist
次に、図2(c)に示すように、ヒューズ素子10及び配線50を覆うように層間絶縁膜3上にシリコン酸化膜20を形成する。このシリコン酸化膜20は、例えば、半導体基板1上に形成される複数の層間絶縁膜のうちの最上層の層間絶縁膜である。このシリコン酸化膜20の形成方法は、例えばプラズマCVD法である。ここでは、シリコン酸化膜20を例えば200〜600nmの厚さに形成する。
Next, as shown in FIG. 2C, a
次に、図3(a)に示すように、シリコン酸化膜20上にシリコン窒化膜(Si3N4)30を形成する。シリコン窒化膜30は例えば保護膜(即ち、パシベーション膜)であり、その形成方法は例えばプラズマCVDである。ここでは、シリコン窒化膜30を例えば600〜1000nmの厚さに形成する。次に、図3(b)に示すように、フォトリソグラフィ技術により、シリコン窒化膜30上にレジストパターン31を形成する。このレジストパターン31は、ヒューズ素子10のうちの、レーザートリミングでカットされることが予定されている領域(即ち、ヒューズカット領域)の上方を露出し、それ以外の領域を覆う形状に形成する。
Next, as shown in FIG. 3A, a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) 30 is formed on the
ここでは、例えば、ヒューズ素子10のヒューズカット領域の幅をL1とし、レジストパターン31の開口部32の幅L2としたとき、幅L2を幅L1よりも大きくする(即ち、L2>L1)にする。
次に、レジストパターン31をマスクに用いてシリコン窒化膜30をエッチングする。これにより、図3(c)に示すように、ヒューズ素子10のヒューズカット領域の上方からシリコン窒化膜30を除去して、シリコン酸化膜20を底面とする開口部35を形成する。この開口部35は、レーザートリミング用の開口部である。上述したように、レジストパターン31の開口部32は、ヒューズ素子10のヒューズカット領域よりも幅広に形成されている(L2>L1)。このため、開口部35も、ヒューズカット領域よりも幅広に形成される。即ち、開口部35の幅をL2´としたとき、L2≒L2´であり、L2´>L1となる。
Here, for example, when the width of the fuse cut region of the
Next, the
このような開口部35を形成するためのエッチング処理は、ドライエッチングで行ってもよいし、ウェットエッチングで行ってもよいが、その処理条件としては、シリコン酸化膜20のエッチング速度(即ち、エッチングレート)が、シリコン窒化膜30のエッチング速度よりも十分に小さい条件を用いる。
このような処理条件について一例を挙げる。シリコン窒化膜30のエッチング処理がドライエッチングの場合は、ガス種がテトラフルオロメタン(CF4)と酸素(O2)であり、ガスの混合比がCF4:O2=9:1である処理条件を用いる。また、シリコン窒化膜30のエッチング処理がウェットエッチングの場合は、エッチング液に熱リン酸溶液(H3PO4:HNO3、150〜160℃)を用いる。このような処理条件により、下地のシリコン酸化膜20をほとんどエッチングすることなく、ヒューズカット領域上方のシリコン窒化膜30を取り除いて、開口部35を形成することができる。
The etching process for forming the
An example is given of such processing conditions. When the etching process of the
なお、上記の処理条件は、シリコン酸化膜20のエッチング速度がシリコン窒化膜30のエッチング速度の10分の1以下の条件であることが好ましい。これにより、シリコン酸化膜20の被エッチング量を十分に小さくすることができ、シリコン酸化膜20の残膜厚の制御性を十分に高めることができる。
図3(c)に示したように、開口部35を形成した後で、レジストパターン31を例えばアッシングして除去する。図4(a)に示すように、レジストパターンを除去した後は、シリコン窒化膜30の表面が露出した状態となる。
The above processing conditions are preferably such that the etching rate of the
As shown in FIG. 3C, after the
次に、図4(b)に示すように、必要に応じて、レーザートリミングを行う。例えば図5に示すように、層間絶縁膜3上には複数本のヒューズ素子10が形成されている。これら複数本のヒューズ素子10の各々の上方には、シリコン酸化膜20を底面とする開口部35がそれぞれ形成されている。レーザートリミングを行う工程では、これら複数本のヒューズ素子10のうちの少なくとも一部に対して、レーザートリミングを行う。
Next, as shown in FIG. 4B, laser trimming is performed as necessary. For example, as shown in FIG. 5, a plurality of
例えば、半導体装置がアナログ回路を含み、そのアナログ特性(抵抗値、容量値など)の微調整が必要な場合は、複数本のヒューズ素子10のうちの少なくとも一部にレーザー光を照射して、そのヒューズカット領域をカットする。これにより、アナログ特性を狙い値に近づけることができる。また、半導体装置がDRAM、フラッシュメモリ等の記憶装置を含み、不良メモリセルを救済することが必要な場合は、複数本のヒューズ素子10のうちの少なくとも一部にレーザー光を照射して、そのヒューズカット領域をカットする。これにより、不良メモリセルを予備の冗長セルに置き換えることができ、記憶容量を回復することができる。
For example, when the semiconductor device includes an analog circuit and the analog characteristics (resistance value, capacitance value, etc.) need to be finely adjusted, at least a part of the plurality of
図6は、図4(b)に対応する平面図である。図6に示すように、この実施形態では、レーザー光の照射領域の径(即ち、ビーム径)L3よりも、開口部35の幅L2´の方が大きいことが好ましい(即ち、L3<L2´)。これにより、開口部35の底面にのみ、レーザー光を照射することができる。開口部35の周辺にレーザー光が照射されて、周辺がダメージを受けてしまうことを防ぐことができる。
FIG. 6 is a plan view corresponding to FIG. As shown in FIG. 6, in this embodiment, it is preferable that the width L2 ′ of the
また、この実施形態では、レーザー光のビーム径L3は、ヒューズ素子10のヒューズカット領域の幅L1よりも大きいことが好ましい。これにより、複数本のヒューズ素子10の各々に対して、レーザー光をスポット照射する(即ち、レーザー光を走査せずに、位置を固定して照射する)ことにより、それらを切断することができる。
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、シリコン酸化膜よりもシリコン窒化膜の方がエッチングされ易い条件(即ち、選択性のある条件)で、シリコン窒化膜30の一部をエッチングして、シリコン酸化膜20を底面とする開口部35を形成する。このエッチング処理は、エッチングガス又はエッチング液がシリコン酸化膜20の表面に到達した時点でその進行が抑制される。従って、シリコン酸化膜20の形成時の厚さ(即ち、初期膜厚)が、ほぼそのまま、開口部35の底面に残存するシリコン酸化膜20の厚さ(即ち、残膜厚)となる。
In this embodiment, the beam diameter L3 of the laser beam is preferably larger than the width L1 of the fuse cut region of the
As described above, according to the embodiment of the present invention, a part of the
このため、シリコン酸化膜20の初期膜厚を制御することで、開口部35底面のシリコン酸化膜20の残膜厚を精度高く制御することができる。これにより、ヒューズ素子10上のシリコン酸化膜20について、その残膜厚の制御性を高めることができる。
例えば、シリコン酸化膜20の厚さに関して、レーザートリミングを行う際の「最適な値」を実験又はシミュレーション等により予め求めておく。そして、シリコン酸化膜20を形成する工程では、シリコン酸化膜20の初期膜厚を上記の「最適な厚さ」と同じ大きさにする。これにより、レーザートリミングを行う際に、開口部35底面のシリコン酸化膜20の残膜厚は、上記の「最適な厚さ」若しくはそれに近い値となる。従って、周囲へのダメージを抑えつつ、ヒューズ素子10を再現性高くカットすることができる。レーザートリミング工程の品質の向上と、歩留まりの向上に寄与することができる。
For this reason, by controlling the initial film thickness of the
For example, regarding the thickness of the
なお、上記の実施形態では、図5に示したように、複数本のヒューズ素子10の各々の上方に、開口部35をそれぞれ設ける場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば図7に示すように、複数のヒューズ素子10の上方に、一つの大きな開口部35を設けてもよい。即ち、複数のヒューズ素子10の上方を一括して開口するように、開口部35を設けてもよい。このような場合であっても、上記の実施形態と同様の効果を奏する。
In the above embodiment, as shown in FIG. 5, the case where the
1 半導体基板
3 層間絶縁膜
10 ヒューズ素子
10´ メタル膜
11、14 窒化チタン膜
12、15 チタン膜
13 アルミニウム膜
16、31 レジストパターン
20 シリコン酸化膜
30 シリコン窒化膜
32 (レジストパターンの)開口部
35 (シリコン窒化膜の)開口部
50 配線
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ヒューズ素子を覆うように前記絶縁膜上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜のみを部分的にエッチングして除去することにより、前記ヒューズ素子の上方に前記シリコン酸化膜を底面とするレーザートリミング用の開口部を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a fuse element on a semiconductor substrate via an insulating film;
Forming a silicon oxide film on the insulating film so as to cover the fuse element;
Forming a silicon nitride film on the silicon oxide film;
Forming a laser trimming opening having the silicon oxide film as a bottom surface above the fuse element by partially etching and removing only the silicon nitride film. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記シリコン酸化膜のエッチング速度が前記シリコン窒化膜のエッチング速度の10分の1以下であるエッチング条件で、前記シリコン窒化膜をエッチングすることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 In the step of forming the opening,
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the silicon nitride film is etched under an etching condition in which an etching rate of the silicon oxide film is 1/10 or less of an etching rate of the silicon nitride film. .
前記シリコン酸化膜を形成する工程では、
前記シリコン酸化膜を前記最適な厚さと同じ厚さに形成することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 Regarding the thickness of the silicon oxide film, an optimum thickness when performing the laser trimming is obtained in advance,
In the step of forming the silicon oxide film,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the silicon oxide film is formed to have the same thickness as the optimum thickness.
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- 2012-01-05 JP JP2012000397A patent/JP2013140871A/en active Pending
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