專利名稱：制作熱熔絲的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)，尤其是提供一種制作熱熔絲的方法，尤指一種利用兩道不同黃光暨蝕刻制程以及同一層鋁金屬來制作熱熔絲(fuse)以及焊墊(bonding pad)的方法。
在集成電路的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)每一個晶體管(transistor)或是存儲單元(cell)被完成后，必須先分別被電連接至位于不同金屬層的金屬導(dǎo)線(metal line)，再經(jīng)由各金屬導(dǎo)線而被電連接至焊墊，待封裝完成后，集成電路即可通過焊墊而被電連接至接腳(terminal)再與外部電路(external circuit)相電連接。而于存儲器(memory)的結(jié)構(gòu)中，常于結(jié)構(gòu)的最上層制作一些被稱為熱熔絲(fuse)的結(jié)構(gòu)，其作用在于當(dāng)存儲器完成時，若其中有部分存儲單元、字元線(word line)或?qū)Ь€的功能有問題時，可以用另一些冗余的(redundantcells)的存儲單元、字元線或?qū)Ь€來取代。其方法為先通過一激光切割(laserzip)的步驟來切斷熱熔絲，再通過一包括切斷(cut)、連接(link)等的激光修補(laser repair)的步驟，來切斷壞的存儲單元、字元線或?qū)Ь€原本的電連接，或制作出一些新的電連接以補償被報廢的存儲單元、字元線或?qū)Ь€。
請參閱圖1至圖4，圖1至圖4為習(xí)知技術(shù)中于一半導(dǎo)體晶片之上制作一熱熔絲26的方法示意圖。如圖1所示，習(xí)知技術(shù)是先于一半導(dǎo)體晶片10的硅基底11上形成至少一存儲單元(未顯示)或至少一晶體管(未顯示)，接著于硅基底11之上形成各別的導(dǎo)線12，且不同的導(dǎo)線12被一第一介電層14所隔絕(isolate)。
其中，導(dǎo)線12的材質(zhì)為鋁或銅，如前者，是利用一連續(xù)的沉積(deposit)、黃光(photolithography)以及蝕刻(etching)制程所制作；如后者，則通常采用一雙鑲嵌制程(dual damascence)來制作。其原因在于鋁通常利用DC濺鍍法(DC megnetron sputtering)所形成，其特點為階梯覆蓋(step coverage)能力差，因此在0.13μm的制程世代以后，線寬(line width)變小，高寬比(aspect ratio)相對增高，鋁的階梯覆蓋能力不足便成為一嚴(yán)重問題。目前雖已有所謂的高溫鋁技術(shù)(＞400℃)被發(fā)展出來，通過高溫時鋁的表面遷移(surface migration)速率較快，來改善其階梯覆蓋能力，但仍無法達(dá)到令人滿意的程度，然鋁易于沉積與蝕刻，又很便宜，故仍是被各半導(dǎo)體廠廣泛使用的材料。而以銅作為導(dǎo)線，雖然有種種電性上的優(yōu)勢，但氯與銅所形成的化合物揮發(fā)能力差，銅的蝕刻不能以化學(xué)反應(yīng)的方式進(jìn)行，必需以等離子內(nèi)的離子對銅施以濺擊，方能將其以物理的動量轉(zhuǎn)換進(jìn)行去除，故較適合以雙鑲嵌制程來制作，以省略銅金屬蝕刻的步驟。
如圖2所示，接著于第一介電層14以及導(dǎo)線12之上形成一第二介電層16，并在第二介電層16之內(nèi)形成至少一通道孔洞(via hole)18，且通道孔洞18自導(dǎo)線12的頂端通達(dá)至第二介電層16的頂端表面。隨后于半導(dǎo)體晶片10表面全面形成一金屬層22，且金屬層22填滿通道孔洞18。值得注意的是，于形成通道孔洞18之后，亦可先利用一沉積以及蝕刻制程，先形成一導(dǎo)電插塞(conductive plug)，再形成金屬層。然后進(jìn)行一黃光制程，利用一光阻層(未顯示)于金屬層22之中分別定義出焊墊(pad)24以及熱熔絲(fuse)26的位置。最后再利用一非等向性干蝕刻(anisotrpic dry etching)，于金屬層22之中分別形成焊墊24以及熱熔絲26。
如圖3所示，于第二介電層16、焊墊24以及熱熔絲26之上形成一第三介電層28，第三介電層28亦被稱為護(hù)層(passivation layer)，并且第三介電層28完全覆蓋第二介電層16、焊墊24以及熱熔絲26。接著進(jìn)行一回蝕刻(etching back)制程，由第三介電層28的頂端向下蝕刻。值得一提的是，第三介電層28必須由透光的材質(zhì)所構(gòu)成，以便后續(xù)進(jìn)行激光切割(laser zip)時激光得以穿透并切斷熱熔絲26。
如圖4所示，再進(jìn)行一黃光暨蝕刻制程(photo-etching-process，PEP)，將位于焊墊24上方的第三介電層28去除，使金屬材質(zhì)裸露出來，以利最后元件測試(testing)與構(gòu)裝(packaging)的進(jìn)行。
同樣地，在選擇金屬層的材質(zhì)時，通常會選擇鋁或銅，也就是說，最后的熱熔絲26將會由鋁金屬或銅金屬所構(gòu)成。如由銅金屬所構(gòu)成，則通常采用電鍍法(electroplating)來制作，但銅于激光切割時容易因熔點高，不易氣化(evaporate)，而產(chǎn)生飛濺(splash)現(xiàn)象，最后造成信賴度(reliability)的嚴(yán)重問題。如由鋁金屬所構(gòu)成，由于其特有的電致遷移(electromigration)現(xiàn)象，于0.13μm以上的制程世代，常增加其厚度以避免金屬斷路(opencircuit)的情形發(fā)生，往往造成制程上的困難，并造成后續(xù)激光切割時不易切斷的情形，雖然以目前的技術(shù)而言，可通過調(diào)整激光點大小(laser spotsize)來調(diào)整激光的能量，但當(dāng)激光的能量愈大時，損壞(damage)到下面結(jié)構(gòu)的機(jī)率就愈高。同時，當(dāng)通道孔洞內(nèi)亦為鋁材質(zhì)時，其階梯覆蓋能力的不足亦容易衍生問題。因此，如何能發(fā)展出一種新的制程，利用鋁金屬作為熱熔絲的材質(zhì)，又不至于造成后續(xù)激光切割制程時的困難，便成為十分重要的課題。
在本發(fā)明的最佳實施例中，首先提供表面至少定義有一熱熔絲區(qū)域以及一焊墊區(qū)域的半導(dǎo)體基底，接著于該半導(dǎo)體基底表面依序形成一厚度約為12k的導(dǎo)電層(conductive layer)以及一保護(hù)層，然后蝕刻該熱熔絲區(qū)域上部分的該保護(hù)層以及該導(dǎo)電層，并使該熱熔絲區(qū)域上的該導(dǎo)電層厚度剩約5k，用來當(dāng)作該半導(dǎo)體基底中的電路的熱熔絲。最后再于該半導(dǎo)體基底表面形成一介電層，并蝕刻該焊墊區(qū)域上部分的該介電層以及該保護(hù)層，直至該導(dǎo)電層表面。
由于本發(fā)明制作熱熔絲的方法，先利用一熱熔絲罩幕(fuse mask)以及一加入的黃光暨蝕刻制程(photo-etching-process，PEP)，去除位于熱熔絲上方的第三介電層，形成一熱熔絲開口(fuse opening)，然后利用一非等向性干蝕刻制程去除位于熱熔絲開口下方的部分厚度的金屬層，再于半導(dǎo)體基底表面形成一氧化層，最后才利用一焊墊罩幕(pad mask)以及另一黃光暨蝕刻制程，形成一護(hù)層開口(passivation opening)。如此一來，在不必增加任何金屬沉積制程的前提的下，熱熔絲的厚度將會因為加入的黃光暨蝕刻制程以及后續(xù)的非等向性干蝕刻制程，而被有效降低。因此在進(jìn)行熱熔絲的激光切割時，不至于造成鋁層太厚無法切斷的情形，而且因為熱熔絲頂端的氧化層利用沉積的方式所形成，與傳統(tǒng)的回蝕刻作法相較，氧化層本身的厚度均勻性較佳。此外，鋁焊墊的厚度仍維持在原本金屬層的厚度，故可于構(gòu)裝時維持良好的焊接性(bondability)。


圖1至圖4為習(xí)知技術(shù)中于一半導(dǎo)體晶片之上制作一熱熔絲的方法示意圖；圖5至圖9為本發(fā)明中于一半導(dǎo)體晶片之上制作一熱熔絲的方法示意圖。
圖示的符號說明10、100 半導(dǎo)體晶片 11、101 硅基底12、102 導(dǎo)線 14、104 第一介電層16、106 第二介電層 18、108 通道孔洞22、112 金屬層 24、114 焊墊26、116 熱熔絲 28、118 第三介電層122 熱熔絲開 124 氧化層126 護(hù)層開口如前所述，由于在目前的半導(dǎo)體制程中，鋁通常利用DC濺鍍法(DCmegnetron sputtering)所形成，其特點為階梯覆蓋(step coverage)能力差，因此在0.13μm的制程世代以上，線寬(line width)變小，高寬比(aspectratio)相對增高，鋁的階梯覆蓋能力的不足便成為一嚴(yán)重問題。目前雖然已有所謂的高溫鋁技術(shù)(＞400℃)被發(fā)展出來，其通過高溫時鋁的表面遷移(surface migration)速率較快，來改善其階梯覆蓋能力，但仍無法達(dá)到令人滿意的程度，然其具有易于沉積、蝕刻以及便宜等特性，故鋁仍是被各半導(dǎo)體廠廣泛使用的材料。而以銅作為導(dǎo)線，雖然有種種電性上的優(yōu)勢，但氯與銅所形成的化合物揮發(fā)能力差，銅的蝕刻不能以化學(xué)反應(yīng)的方式進(jìn)行，必需以等離子內(nèi)的離子對銅施以濺擊，方能將其以物理的動量轉(zhuǎn)換進(jìn)行去除，故較適合以雙鑲嵌制程來制作，以省略銅金屬蝕刻的步驟。
如圖6所示，接著于第一介電層104以及導(dǎo)線102之上形成一第二介電層106，并在第二介電層106內(nèi)形成至少一通道孔洞(via hole)108，且通道孔洞108自導(dǎo)線102的頂端通達(dá)至第二介電層106的頂端。隨后于半導(dǎo)體晶片100表面全面形成一厚度約為12K的鋁金屬層112，且金屬層112填滿通道孔洞108。然后進(jìn)行一黃光制程，利用一光阻層(未顯示)于金屬層112之中分別定義出焊墊(pad)114以及熱熔絲(fuse)116的位置。最后再利用一第一非等向性干蝕刻(anisotrpic dry etching)制程，于金屬層112之中分別定義出焊墊114以及熱熔絲116。值得注意的是，于形成通道孔洞108之后，亦可利用一沉積以及蝕刻制程，先形成一導(dǎo)電插塞(conductive plug)，隨后再形成金屬層112。
如圖7所示，于第二介電層106、焊墊114以及熱熔絲116之上形成一第三介電層118，用來當(dāng)作護(hù)層(passivation layer)，而且第三介電層118完全覆蓋第二介電層106、焊墊114以及熱熔絲116。接著進(jìn)行一第一黃光暨蝕刻制程(photo-etching-process，PEP)，利用一熱熔絲罩幕(fuse mask，未顯示)，去除位于熱熔絲116上方的第三介電層118，以形成一熱熔絲開口(fuse opening)122。如圖8所示，然后進(jìn)行一第二非等向性干蝕刻制程，去除位于熱熔絲開口122下方的部分厚度的金屬層112，直至剩余的熱熔絲116厚度約為5K。隨后再于半導(dǎo)體晶片100表面全面形成一厚度約為1K的氧化層(oxide layer)124。其中，氧化層124由透光的材質(zhì)所構(gòu)成，以便后續(xù)進(jìn)行激光切割(laser zip)時激光得以穿透并切斷熱熔絲116。
如圖9所示，接著進(jìn)行一第二黃光暨蝕刻制程，利用一焊墊罩幕(padmask，未顯示)，去除位于焊墊114上方的氧化層124以及第三介電層118，以形成一護(hù)層開口(passivation opening)126，并使焊墊114的金屬材質(zhì)裸露出來，用來當(dāng)作焊墊開口，以利最后元件測試(testing)與構(gòu)裝(packaging)的進(jìn)行。
由于本發(fā)明制作熱熔絲的方法，先利用一熱熔絲罩幕以及一黃光暨蝕刻制程，去除位于熱熔絲上方的第三介電層，以形成一熱熔絲開口，然后再利用一非等向性干蝕刻制程去除位于熱熔絲開口下方的部分厚度的金屬層，并于半導(dǎo)體基底表面形成一氧化層，最后才利用一焊墊罩幕以及另一黃光暨蝕刻制程，于護(hù)層中形成一焊墊開口。如此一來，本發(fā)明便可在不增加任何金屬沉積制程的前提下，大幅縮減熱熔絲的厚度。因此在后續(xù)在進(jìn)行熱熔絲的激光切割時，就不會發(fā)生鋁層太厚無法切斷的情形，而且熱熔絲頂端的氧化層利用沉積的方式所形成，故與傳統(tǒng)的回蝕刻作法相較，覆蓋于熱熔絲表面的氧化層本身的厚度均勻性較佳。此外，鋁焊墊的厚度仍維持在原本金屬層的厚度，故可于構(gòu)裝時維持良好的焊接性(bondability)。
相較于習(xí)知制作熱熔絲的方法，本發(fā)明利用一熱熔絲罩幕以及一黃光暨蝕刻制程，來形成一熱熔絲開口，并去除部分厚度的金屬層，以形成熱熔絲結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明便可在不增加任何金屬沉積制程的情況下，同時于半導(dǎo)體晶片上制備較厚的鋁焊墊以及較薄的熱熔絲，以避免熱熔絲在進(jìn)行激光切割時，發(fā)生鋁層太厚無法切斷的情形，而且鋁焊墊的厚度仍維持在原本金屬層的厚度，故有效提高構(gòu)裝時良好的焊接性(bondability)。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種于一基底之上制作導(dǎo)電層的方法，該基底表面定義有一第一區(qū)域以及一第二區(qū)域，其特征是該方法包含有下列步驟于該第一區(qū)域以及該第二區(qū)域上各形成至少一導(dǎo)電層；于該基底表面形成一第一介電層，并覆蓋于各該導(dǎo)電層之上；去除位于該第一區(qū)域內(nèi)部份的該第一介電層以及部份的該導(dǎo)電層，以使該第一區(qū)域內(nèi)的該導(dǎo)電層剩余至一預(yù)定厚度；以及去除位于該第二區(qū)域內(nèi)部份的該第一介電層，直至該導(dǎo)電層的表面。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該基底為一半導(dǎo)體基底。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該基底的表面另包含有至少一第二介電層以及至少一導(dǎo)電物設(shè)于該第二介電層之中。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是該導(dǎo)電物包含一導(dǎo)電插塞、一導(dǎo)線、一金屬內(nèi)連線或一雙鑲嵌結(jié)構(gòu)導(dǎo)體。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是構(gòu)成該導(dǎo)電物的材質(zhì)包含有鎢、銅、鋁、鋁銅合金、或其他導(dǎo)電材質(zhì)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是去除位于該第一區(qū)域內(nèi)部份的該第一介電層以及部份的該導(dǎo)電層，以使該第一區(qū)域內(nèi)的該導(dǎo)電層剩余至該預(yù)定厚度的方法包含有下列步驟進(jìn)行一第一黃光暨蝕刻制程，以于該第一區(qū)域內(nèi)的該第一介電層之中形成至少一通達(dá)至該導(dǎo)電層表面的第一開口；以及蝕刻該第一開口下方部分的該導(dǎo)電層，以使該第一區(qū)域內(nèi)的該導(dǎo)電層剩余至該預(yù)定厚度。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是在去除位于該第二區(qū)域內(nèi)部份的該第一介電層之前另包含有一沉積制程，用來于該基底表面形成一第三介電層，以覆蓋該第一介電層以及該第一區(qū)域內(nèi)的該導(dǎo)電層。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征是去除位于該第二區(qū)域內(nèi)部份的該第一介電層的方法包含有下列步驟進(jìn)行一第二黃光暨蝕刻制程，以于該第二區(qū)域內(nèi)部分的該第三介電層以及該第一介電層之中形成至少一通達(dá)至該導(dǎo)電層表面的第二開口。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征是該第三介電層為一透光層。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該導(dǎo)電層的厚度約為12k，且該預(yù)定厚度約為5k。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是構(gòu)成該導(dǎo)電層的材質(zhì)包含有鎢、銅、鋁、鋁銅合金、或其他導(dǎo)電材質(zhì)。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該第一區(qū)域為一熱熔絲區(qū)域，且設(shè)于該第一區(qū)域內(nèi)的該導(dǎo)電層用來作為熱熔絲，而該第二區(qū)域為一焊墊區(qū)域，且設(shè)于該第二區(qū)域內(nèi)的該導(dǎo)電層用來作為焊墊。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該第一區(qū)域為一核心電路區(qū)域，該第二區(qū)域為一周邊電路區(qū)域，且設(shè)于該第一區(qū)域以及該第二區(qū)域內(nèi)的該導(dǎo)電層皆用來作為導(dǎo)線。
14.一種制作熱熔絲的方法，該方法包含有下列步驟提供一半導(dǎo)體基底，且該半導(dǎo)體基底的表面定義有一第一區(qū)域以及一第二區(qū)域；于該半導(dǎo)體基底表面形成一第一介電層；于該第一區(qū)域以及該第二區(qū)域的該第一介電層上各形成至少一第一導(dǎo)電層以及至少一第二導(dǎo)電層；于該第一介電層表面形成一第二介電層，并覆蓋于各該導(dǎo)電層之上；進(jìn)行一第一黃光暨蝕刻制程，以于該第一區(qū)域內(nèi)的該第二介電層之內(nèi)蝕刻出至少一通達(dá)至該第一導(dǎo)電層表面的第一開口；去除位于該第一開口下方部分的該第一導(dǎo)電層，并使該第一導(dǎo)電層剩余至一預(yù)定厚度，用來作為該熱熔絲；于該半導(dǎo)體基底表面形成一第三介電層；以及進(jìn)行一第二黃光暨蝕刻制程，以于該第二區(qū)域內(nèi)的該第二介電層之內(nèi)蝕刻出至少一直達(dá)該第二導(dǎo)電層表面的第二開口。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征是該半導(dǎo)體基底為一硅基底。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征是該半導(dǎo)體基底表面另包含有至少一第四介電層，且該第四介電層內(nèi)包含有至少一導(dǎo)電物。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征是該導(dǎo)電物包含一導(dǎo)電插塞、一導(dǎo)線、一金屬內(nèi)連線或一雙鑲嵌結(jié)構(gòu)導(dǎo)體。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征是該第一介電層內(nèi)另包含有復(fù)數(shù)個導(dǎo)電插塞。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征是形成各該導(dǎo)電插塞的方法另包含有下列步驟進(jìn)行一第一蝕刻制程，以于該第一介電層內(nèi)形成復(fù)數(shù)個介層洞；以及于各該介層洞之內(nèi)形成一金屬層，且該金屬層填滿各該介層洞。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征是各該導(dǎo)電層為一利用一磁控DC濺鍍制程以及一蝕刻制程所形成的鋁層，而該第三介電層為一厚度約為1k的硅氧層。
全文摘要
一種制作熱熔絲的方法，該半導(dǎo)體基底的表面至少定義有一熱熔絲區(qū)域以及一焊墊壓域，本發(fā)明方法先于該半導(dǎo)體基底表面依序形成一厚度約為12k的導(dǎo)電層以及一保護(hù)層，接著蝕刻該熱熔絲區(qū)域上部分的該保護(hù)層以及該導(dǎo)電層，并使該熱熔絲區(qū)域上的該導(dǎo)電層厚度剩約5k；最后再于該半導(dǎo)體基底表面形成一介電層，并蝕刻該焊墊區(qū)域上部分的該介電層以及該保護(hù)層，直至該導(dǎo)電層表面；本發(fā)明可在不增加任何金屬沉積制程的情況下，同時于半導(dǎo)體晶片上制備較厚的鋁焊墊以及較薄的熱熔絲，以避免熱熔絲在進(jìn)行激光切割時，發(fā)生鋁層太厚無法切斷的情形，而且鋁焊墊的厚度仍維持在原本金屬層的厚度，故有效提高構(gòu)裝時良好的焊接性。
文檔編號H01L23/525GK1467815SQ0215890
公開日2004年1月14日 申請日期2002年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月5日
發(fā)明者李秋德, 吳德源 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司