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技術 半導体装置の製造方法

出願人 エイブリック株式会社
発明者 杉浦和弘
出願日 2015年9月30日 (5年3ヶ月経過) 出願番号 2015-194574
公開日 2017年4月6日 (3年8ヶ月経過) 公開番号 2017-069436
状態 特許登録済
技術分野 半導体集積回路装置の内部配線 ICの設計・製造(配線設計等) 半導体のドライエッチング
主要キーワード 周囲パターン ブリーダー抵抗 配線用レジストパターン エッチング膜厚 電圧安定化回路 込み材料 ボンディングパッド間 配線金属膜
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この項目の情報は公開日時点(2017年4月6日)のものです。
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図面 (3)

課題

プラズマダメージの少ない半導体装置の製造方法を提供する。

解決手段

最上層配線からなるボンディングパッド上にプラズマ窒化膜もしくはプラズマ窒化酸化膜を積層することで、フューズ窓開孔部形成における層間絶縁膜エッチングに際し、ボンディングパッドがプラズマに曝されることを防ぐ。これにより、プラズマダメージによるMOSトランジスタしきい値電圧シフトゲート酸化膜破壊等のリスクが低減する。

概要

背景

レーザー照射により半導体装置に設けられたフューズ溶断することで、例えばメモリーにおいて冗長回路へ接続したり、あるいは電圧検出回路検出電圧や、電圧安定化回路出力電圧ブリーダー抵抗にて調整したりすることが一般的に行われている。この場合、フューズ上部の絶縁膜に開口部を設ける「窓開け」を行い、フューズ上部の絶縁膜厚みをフューズがレーザーによって安定的に溶断出来る膜厚範囲になるよう調整する方法が広く用いられる。

具体的なフューズ上部の窓開けの方法としては、最上層配線上に保護膜を形成した後にフォトリソグラフィーを用いて、ボンディングパッド開口部とフューズ窓開口部とを形成するためにレジストに同時に開孔するパターニングを行い、エッチングによりボンディングパッドとフューズ窓の保護膜を除去した後に、さらにフューズ窓の絶縁膜を連続的にエッチングして残す絶縁膜の厚さを調整する方法が広く用いられている。

しかしながらフューズがメタル配線層より下のレイヤー、例えばポリシリコン膜あるいはポリシリコン金属シリサイド膜の積層等から成り、かつメタル配線層数が2層以上の多層配線構造を有する半導体装置においてはメタル配線層数が増加するに従いエッチングすべき絶縁膜量が相対的に増加するため、先に述べたようにボンディングパッドとフューズ窓を同時に形成しようとした場合ボンディングパッドが過剰にプラズマ曝露されることによりイオンチャージによるプラズマダメージによるMOSトランジスタしきい値電圧シフトゲート酸化膜破壊等のリスクが高まるため、ボンディングパッドとフューズ窓の開孔を別々のマスクで加工する方法等が用いられている。
こうしたボンディングパッドとフューズ窓の開孔を別々のマスクで加工する方法を用いた製造工程を図2示す断面図により説明する。

まず、図2(a)に示すように、最上層の配線上に保護膜用酸化膜30および保護膜用プラズマ窒化膜31を形成した後にフォトリソグラフィー技術を用いてボンディングパッド開口部33とフューズ窓開口部34を形成するために第1のレジスト32に同時に開孔するパターニングを行う。そして、エッチングによりボンディングパッド29が露出するまでボンディングパッド開口部33とフューズ窓開孔部34の保護膜である保護膜用酸化膜30および保護膜用プラズマ窒化膜31を除去する。ボンディングパッド29が露出されるとエッチングは終了するので、フューズ23の上にはBPSG膜およびメタル層間絶縁膜がほとんど残っている。

続いて、図2(b)に示すように、フューズ窓開孔部34の下のメタル層間絶縁膜のみをさらにエッチングして、フューズ23の上に所望の厚さのBPSG膜を残すために、第2のレジスト35を塗布してから、既に途中まで開口しているフューズ窓開孔部34の内側にさらに開口を設けるパターニングを行う。そして、フューズ23の上に所望の厚さのBPSG膜が残るように、エッチングを行う。このときにボンディングパッド開口部33には第2のレジスト35があり、ボンディングパッド29がエッチングされないように保護しているので、過剰にプラズマに曝露されることはなく、イオンチャージによるプラズマダメージによるMOSトランジスタのしきい値電圧のシフトやゲート酸化膜破壊等のリスクを回避することができる。

概要

プラズマダメージの少ない半導体装置の製造方法を提供する。最上層配線からなるボンディングパッド上にプラズマ窒化膜もしくはプラズマ窒化酸化膜を積層することで、フューズ窓開孔部形成における層間絶縁膜のエッチングに際し、ボンディングパッドがプラズマに曝されることを防ぐ。これにより、プラズマダメージによるMOSトランジスタのしきい値電圧のシフトやゲート酸化膜破壊等のリスクが低減する。

目的

本発明は、上記の問題に鑑みなされたもので、フォトリソグラフィーの工程を増加させずに、プラズマダメージによるMOSトランジスタのしきい値電圧のシフトやゲート酸化膜破壊等のリスクの少ない半導体装置の製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

フューズ窓開孔部を有する多層配線構造半導体装置の製造方法であって、半導体基板上に酸化膜を介して形成したフューズ上に複数の層間絶縁膜と複数の配線を交互に形成する工程と、前記複数の層間絶縁膜のうちの最上層の層間絶縁膜の上に最上層の配線用金属膜を形成する工程と、前記最上層の配線用金属膜の上にエッチングストッパー膜を形成する工程と、前記エッチングストッパー膜および前記最上層の配線用金属膜をひとつのレジストパターンによりエッチングして、上面に前記エッチングストッパー膜を有するボンディングパッドを形成する工程と、前記ひとつのレジストパターンを剥離する工程と、前記ボンディングパッドの上面に位置する前記エッチングストッパー膜および前記最上層の層間絶縁膜を覆う保護膜を形成する工程と、前記ボンディングパッドの上および前記フューズの上方に開口を有するボンディングパッドおよびフューズ窓の開孔用レジストパターンを形成する工程と、前記ボンディングパッドおよびフューズ窓の開孔用レジストパターンにより、前記保護膜をエッチングして、前記ボンディングパッドの上面に位置する前記エッチングストッパー膜を露出したまま、前記フューズ上の前記複数の層間絶縁膜を所定の厚さとなるまでエッチングすることで前記フューズ窓開孔部を形成する工程と、前記エッチングストッパー膜を除去してボンディングパッド開孔部を形成する工程と、からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。

請求項2

前記エッチングストッパー膜が前記複数の層間絶縁膜と異なる膜であって、前記フューズ窓開孔部を形成する工程において、前記複数の層間絶縁膜のエッチング速度が前記エッチングストッパー膜のエッチング速度よりも大きいことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。

請求項3

前記エッチングストッパー膜がプラズマ窒化膜もしくはプラズマ窒化酸化膜であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。

請求項4

前記保護膜は保護膜用酸化膜と保護膜用プラズマ窒化膜との積層構造で、前記エッチングストッパー膜の上には前記保護膜用酸化膜が接することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の半導体装置の製造方法。

技術分野

0001

本発明は半導体装置の製造方法に関する

背景技術

0002

レーザー照射により半導体装置に設けられたフューズ溶断することで、例えばメモリーにおいて冗長回路へ接続したり、あるいは電圧検出回路検出電圧や、電圧安定化回路出力電圧ブリーダー抵抗にて調整したりすることが一般的に行われている。この場合、フューズ上部の絶縁膜に開口部を設ける「窓開け」を行い、フューズ上部の絶縁膜厚みをフューズがレーザーによって安定的に溶断出来る膜厚範囲になるよう調整する方法が広く用いられる。

0003

具体的なフューズ上部の窓開けの方法としては、最上層配線上に保護膜を形成した後にフォトリソグラフィーを用いて、ボンディングパッド開口部とフューズ窓開口部とを形成するためにレジストに同時に開孔するパターニングを行い、エッチングによりボンディングパッドとフューズ窓の保護膜を除去した後に、さらにフューズ窓の絶縁膜を連続的にエッチングして残す絶縁膜の厚さを調整する方法が広く用いられている。

0004

しかしながらフューズがメタル配線層より下のレイヤー、例えばポリシリコン膜あるいはポリシリコン金属シリサイド膜の積層等から成り、かつメタル配線層数が2層以上の多層配線構造を有する半導体装置においてはメタル配線層数が増加するに従いエッチングすべき絶縁膜量が相対的に増加するため、先に述べたようにボンディングパッドとフューズ窓を同時に形成しようとした場合ボンディングパッドが過剰にプラズマ曝露されることによりイオンチャージによるプラズマダメージによるMOSトランジスタしきい値電圧シフトゲート酸化膜破壊等のリスクが高まるため、ボンディングパッドとフューズ窓の開孔を別々のマスクで加工する方法等が用いられている。
こうしたボンディングパッドとフューズ窓の開孔を別々のマスクで加工する方法を用いた製造工程を図2示す断面図により説明する。

0005

まず、図2(a)に示すように、最上層の配線上に保護膜用酸化膜30および保護膜用プラズマ窒化膜31を形成した後にフォトリソグラフィー技術を用いてボンディングパッド開口部33とフューズ窓開口部34を形成するために第1のレジスト32に同時に開孔するパターニングを行う。そして、エッチングによりボンディングパッド29が露出するまでボンディングパッド開口部33とフューズ窓開孔部34の保護膜である保護膜用酸化膜30および保護膜用プラズマ窒化膜31を除去する。ボンディングパッド29が露出されるとエッチングは終了するので、フューズ23の上にはBPSG膜およびメタル層間絶縁膜がほとんど残っている。

0006

続いて、図2(b)に示すように、フューズ窓開孔部34の下のメタル層間絶縁膜のみをさらにエッチングして、フューズ23の上に所望の厚さのBPSG膜を残すために、第2のレジスト35を塗布してから、既に途中まで開口しているフューズ窓開孔部34の内側にさらに開口を設けるパターニングを行う。そして、フューズ23の上に所望の厚さのBPSG膜が残るように、エッチングを行う。このときにボンディングパッド開口部33には第2のレジスト35があり、ボンディングパッド29がエッチングされないように保護しているので、過剰にプラズマに曝露されることはなく、イオンチャージによるプラズマダメージによるMOSトランジスタのしきい値電圧のシフトやゲート酸化膜破壊等のリスクを回避することができる。

先行技術

0007

特開2001−135792号公報
特開2005−101287号公報

発明が解決しようとする課題

0008

しかしながら、先に説明したフューズ窓開孔部34の形成においては、保護膜である保護膜用酸化膜30および保護膜用プラズマ窒化膜31の形成後に2回のレジストの塗布と、2回のフォトリソグラフィーが必要となる。このため、製造工程の長期化とコストアップ要因となってしまう。

0009

1回のフォトリソグラフィーによる製造方法も提案されている。例えば、特許文献1には化学的機械研磨法(以降CMP)にて層間絶縁膜平坦化を行う半導体装置の製造方法が示されている。スルーホール形成毎にフューズ上の窓明けを行い、絶縁膜をエッチングする半導体装置の製造方法である。しかし、スルーホール形成毎にフューズ上の窓明けを行い、絶縁膜をエッチングしてしまうと、フューズ窓部の側縁コンタクトホールを含むスルーホールの埋め込み材料であるタングステンサイドウォール状に残ってしまい、場合によってはタングステンが剥がれてパターン形成阻害して回路短絡させたり、CMPによる平坦化の際にフューズ窓部の周囲パターン平坦性を損ねたり、局所的な絶縁膜の不均一性によりスルーホールのエッチング加工を困難にしたりする可能性がある。

0010

また、特許文献2に示された方法によれば、ボンディングパッドの窓開け工程とフューズ窓開け工程を同時に行うが、フューズはメタルではなくポリシリコンやポリシリコンと金属シリサイド積層構造で構成され、配線層数が2層以上の多層配線構造を有する場合、フューズ窓部のエッチング量増加により所望のフューズ上膜厚を得ようとすると、ボンディングパッドがプラズマに曝露される時間が非常に長くなり、イオンチャージによるプラズマダメージによるMOSトランジスタのしきい値電圧のシフトやゲート酸化膜破壊等のリスクが高まる。さらに、ボンディングパッドの金属とエッチングガスによる金属フッ化物低揮発性であるために、ウエハ表面への再付着によるボンディングパッド間の短絡や、エッチング阻害による品質的な問題となり得る。

0011

そのため、これらの問題を回避しようとした場合、ボンディングパッドとフューズ窓の保護膜のエッチングとフューズ窓の層間絶縁膜を分けてエッチングする必要性からマスク工程を追加せねばならず工程上およびコスト上好ましくない。

0012

本発明は、上記の問題に鑑みなされたもので、フォトリソグラフィーの工程を増加させずに、プラズマダメージによるMOSトランジスタのしきい値電圧のシフトやゲート酸化膜破壊等のリスクの少ない半導体装置の製造方法を提供することを課題としている。

課題を解決するための手段

0013

上記課題解決のために、本発明では以下の手段を用いた。
まず、フューズ窓開孔部を有する多層配線構造の半導体装置の製造方法であって、半導体基板上に酸化膜を介して形成したフューズ上に複数の層間絶縁膜を介して複数の配線を形成する工程と、最上層の層間絶縁膜上に最上層配線からなるボンディングパッドを形成する工程と、前記ボンディングパッド上にエッチングストッパー膜を形成する工程と、前記エッチングストッパー膜および前記最上層の層間絶縁膜上に保護膜を形成する工程と、前記ボンディングパッド上および前記最上層の層間絶縁膜上の保護膜を開孔するとともに前記層間絶縁膜をエッチングしてフューズ窓開孔部を形成する工程と、前記エッチングストッパー膜を除去する工程と、からなることを特徴とする半導体装置の製造方法を用いた。

0014

また、前記エッチングストッパー膜が前記層間絶縁膜と異なる膜であって、前記フューズ窓開孔部を形成する工程において、前記層間絶縁膜のエッチング速度が前記エッチングストッパー膜のエッチング速度よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法を用いた。
また、前記エッチングストッパー膜がプラズマ窒化膜もしくはプラズマ窒化酸化膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法を用いた。
また、前記保護膜は保護膜用酸化膜と保護膜用プラズマ窒化膜との積層構造で、前記エッチングストッパーの上には前記保護膜用酸化膜が接することを特徴とする半導体装置の製造方法を用いた。

発明の効果

0015

上記手段を用いることで、イオンチャージによるプラズマダメージによるMOSトランジスタのしきい値電圧のシフトやゲート酸化膜破壊等のリスクが低減できる。

図面の簡単な説明

0016

本発明の実施の形態に係る製造フローの断面図である
従来技術による実施例の製造フロー断面図である。

実施例

0017

図1(a)に示すように先ず半導体基板1上に酸化膜2を形成し、ポリシリコンもしくはポリシリコンと金属シリサイドとの積層膜であるフューズ3を酸化膜2上に形成する。続いてフューズ3上にCVDにより層間絶縁膜のひとつであるBPSG膜4を堆積して熱処理を施した後CMPにより平坦化処理を行う。平坦化処理としてはCMPのみならずSOGを塗布してエッチバックする方法やSOGを塗布してCMPを併用する方法等がある。

0018

次に配線用金属膜を堆積した後フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて第1配線5を形成する。続いてCVDにより層間絶縁膜を堆積した後にBPSG膜4と同様に平坦化処理を行い、第1メタル層間絶縁膜6を得る。

0019

次に再び配線用金属膜を堆積した後に前述と同様のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて第2配線7を形成する。続いてCVDにより層間絶縁膜を堆積した後に再び平坦化処理を施し第2メタル層間絶縁膜8を得る。
次に最上層の配線用金属膜となる第3の配線用金属膜9を堆積する。なお、本実施形態においては配線層数を3層としているが、実施においてはこの限りではない。

0020

次に第3の配線用金属膜9上にプラズマCVDにより窒化膜をエッチングストッパー膜10として堆積する。エッチングストッパー膜10は例えばプラズマCVDによる窒化膜や窒化酸化膜等のように酸化膜に対し高いエッチング選択比を得やすい膜とする。膜厚はフューズ窓開けのエッチングに必要なメタル層間絶縁膜とエッチングストッパー膜10のエッチング選択比を基に、エッチング膜厚およびエッチングレートばらつきを考慮してボンディングパッド表面がエッチング中に露出しないような膜厚に適宜設定する。

0021

続いて図1(b)に示すようにエッチングストッパー膜10の上にフォトリソグラフィー技術により配線用レジストパターン11を形成する。
続いて図1(c)に示すように前記11の配線用レジストをマスクとして前記10のエッチングストッパー膜をエッチングして続いて第3の配線用金属膜9をエッチングして第3の配線用金属膜9およびエッチングストッパー膜10からなるボンディングパッド積層膜を得る。

0022

またエッチングストッパー膜10のエッチングは生産性上、第3の配線用金属膜9のエッチングに用いる装置と同一装置内で、第3の配線用金属膜9と同一条件あるいは、同一ガス系、例えばBCL3、Cl2の混合ガス系でエッチングするのが望ましい。なお、エッチングストッパー膜10が厚い場合には例えばSF6、Heの混合ガス系等、エッチングストッパー膜10を容易にエッチング出来るガスを用いてエッチングストッパー膜10をエッチングした後、配線金属膜用エッチングガスに切り替えてエッチングする方法もある。無論別々の装置で分けてエッチングしても構わない。

0023

続いて配線用レジストパターン11を剥離したら、図1(d)に示したように保護膜としてボンディングパッド積層膜上にCVDにより保護膜用酸化膜12を堆積した後、保護膜用酸化膜12上にCVDにより保護膜用プラズマ窒化膜13を堆積する。

0024

続いて図1(e)に示したように保護膜用プラズマ窒化膜13上にフォトリソグラフィー技術によりボンディングパッドおよびフューズ窓が開口されたボンディングパッドおよびフューズ窓の開孔用レジストパターン14を形成する。

0025

続いて図1(f)に示したようにボンディングパッドおよびフューズ窓の開孔用レジストパターン14をマスクとして保護膜用プラズマ窒化膜13をエッチングした後、エッチング条件を酸化膜のエッチング条件に切り替え、フューズ上の保護膜用酸化膜12、第2メタル層間絶縁膜8、第1メタル層間絶縁膜6、そして必要に応じてBPSG膜4をフューズが安定して溶断出来る膜厚になるまでエッチングしてフューズ窓開孔部16を得る。一方、ボンディングパッド部は前述のフューズ窓開孔のための酸化膜および層間絶縁膜のエッチングをしている間に保護膜用酸化膜12がエッチング除去されプラズマに曝露されるが、エッチングストッパー膜10のエッチング速度が層間絶縁膜のエッチング速度に比べ極めて小さいために、エッチングストッパー膜が開孔されるまでエッチングされることはなく、ボンディングパッド表面は直接プラズマに曝されることはない。

0026

続いて再度エッチング条件を切り替え図1(g)に示したようにボンディングパッド上のエッチングストッパー膜を除去してボンディングパッド開孔部15を得る。その後、ボンディングパッドおよびフューズ窓開孔用レジストパターン14を剥離して図1(h)に示す断面を得る。

0027

以上のように、ボンディングパッド開孔部15の表面はフューズ窓開孔部16が所望の深さに形成されるまでエッチングストッパー膜10で覆われているため長時間プラズマに曝されることがない。そのため、イオンチャージによるプラズマダメージによるMOSトランジスタのしきい値電圧のシフトやゲート酸化膜破壊等のリスクが低減できる。

0028

1半導体基板
2酸化膜
3フューズ
4BPSG膜
5 第1配線
6 第1メタル層間絶縁膜
7 第2配線
8 第2メタル層間絶縁膜
9 第3の配線用金属膜
10エッチングストッパー膜
11配線用レジストパターン
12 保護膜用酸化膜
13 保護膜用プラズマ窒化膜
14ボンディングパッドおよびフューズ窓の開孔用レジストパターン
15 ボンディングパッド開孔部
16 フューズ窓開孔部
23 フューズ
29 ボンディングパッド
30 保護膜用酸化膜
31 保護膜用プラズマ窒化膜
32保護膜除去用レジストパターン
33 ボンディングパッド開孔部
34 フューズ窓開孔部
35 フューズ窓開孔部レジストパターン

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