專利名稱：制造柵導(dǎo)體層面上的空腔熔絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及到半導(dǎo)體器件中的熔絲，更確切地說(shuō)是涉及到柵疊層導(dǎo)體熔絲周圍具有空腔的結(jié)構(gòu)的改進(jìn)了的制作方法。
半導(dǎo)體集成電路(IC)及其制造技術(shù)是眾所周知的。在典型的集成電路中，在硅襯底上可以制造大量的半導(dǎo)體器件。為了獲得所希望的功能，通常提供多個(gè)導(dǎo)體來(lái)將選定的器件耦合到一起。在某些集成電路中，導(dǎo)電連線被耦合到熔絲，這些熔絲在制造之后可以被激光或過(guò)量的電流/電壓切斷或燒斷。
例如，在動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)電路中，在制造過(guò)程中可以使用熔絲來(lái)防止某些晶體管的柵疊層由于無(wú)意中建立的電荷而造成的破壞。一旦IC的制造基本上完成，就可以燒斷或切斷熔絲，使DRAM電路就像完全不存在保護(hù)電路那樣實(shí)現(xiàn)其功能。
可熔斷的連線通常包含借助于施加使部分連線材料蒸發(fā)且部分熔化的過(guò)量能量而能夠迅速地熔化的金屬連線。通常，可熔斷的連線很薄并由鋁或多晶硅制成。作為變通，熔絲連線也可以由相同于芯片導(dǎo)體的金屬制成。
提高邏輯芯片的速度的要求，是推動(dòng)這些可熔斷連線材料發(fā)展的動(dòng)力。更一般地說(shuō)，可以用熔絲來(lái)建立DRAM電路中的冗余陣列元件的啟動(dòng)位和地址位。


圖1示出了典型的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器集成電路，它具有主存儲(chǔ)器陣列102。為了方便主存儲(chǔ)器陣列102中的有缺陷的主陣列元件的更換，如所示提供了冗余陣列104。熔絲陣列106中的多個(gè)熔絲，經(jīng)由熔絲鎖存陣列108和熔絲譯碼電路110，被耦合到冗余陣列104。為了更換有缺陷的主存儲(chǔ)器陣列元件，可以燒斷或切斷熔絲陣列106中的單個(gè)熔絲，從而按譯碼電路的要求而將其值設(shè)定為“1”或“0”。
在操作過(guò)程中，熔絲陣列106中的熔絲的值，通常在開機(jī)時(shí)被載入熔絲鎖存陣列108。這些值然后在運(yùn)行時(shí)被熔絲譯碼電路110譯碼，從而方便了冗余陣列104的特定冗余元件對(duì)特定的失效主存儲(chǔ)器陣列元件的更換。用冗余陣列元件更換失效的主存儲(chǔ)器陣列元件的技術(shù)，在本技術(shù)領(lǐng)域中是眾所周知的，因而此處不再祥述。
如上所述，可以用激光束或過(guò)量的電流/電壓來(lái)選擇性地?zé)龜嗷蚯袛嗳劢z陣列106中的熔絲連線。一旦燒斷，熔絲就從高導(dǎo)電態(tài)改變?yōu)楦咦?即不導(dǎo)電)態(tài)。燒斷的熔絲使電流不能流過(guò)，從而對(duì)電流路徑呈現(xiàn)開路。參照?qǐng)D2A，熔絲陣列元件106的熔絲連線202、204、206和208被示為處于未燒斷(即導(dǎo)電)態(tài)。在圖2B中，熔絲連線204已經(jīng)被燒斷(“開路”)，從而禁止電流流過(guò)。
然而，若熔絲連線材料在周圍區(qū)域中未被充分地驅(qū)散，則熔絲連線即使在理論上被燒斷之后，仍然可能提供導(dǎo)電路徑。換言之，特別是對(duì)于電燒斷的熔絲，熔絲的燒斷有時(shí)是不可靠的。因此，常常在熔絲連線材料附近設(shè)置空腔即吸收材料的區(qū)域，以便為熔化的和蒸發(fā)的材料提供排出位置。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種制作柵導(dǎo)體疊層上的空腔熔絲的結(jié)構(gòu)和方法。此方法包括提供淺溝槽隔離區(qū)上具有柵導(dǎo)體疊層的半導(dǎo)體襯底、在柵導(dǎo)體疊層附近的襯底上制作氧化層、腐蝕穿過(guò)氧化層到襯底的電接觸孔、用第一導(dǎo)電材料填充電接觸孔以建立與柵導(dǎo)體疊層的電接觸、在氧化層的最上氧化層中腐蝕圖形、在氧化層和電接觸上淀積第二導(dǎo)電材料組成的導(dǎo)電層、整平導(dǎo)電層從而使導(dǎo)電材料只保留在圖形中、對(duì)氧化層進(jìn)行各向異性腐蝕以形成至少一個(gè)穿過(guò)氧化層到淺溝槽隔離區(qū)的腐蝕孔、以及各向同性腐蝕此腐蝕孔周圍的至少部分氧化層，從而在至少部分導(dǎo)電層圖形下方形成空腔，此柵導(dǎo)體疊層包含熔絲。
各向異性腐蝕最好是干法腐蝕，而各向同性腐蝕最好是濕法腐蝕。而且，各向同性腐蝕對(duì)氧化層的腐蝕速率高于對(duì)半導(dǎo)體襯底、柵導(dǎo)體疊層、第一導(dǎo)電材料或第二導(dǎo)電材料的腐蝕速率。于是，空腔被半導(dǎo)體襯底、第一導(dǎo)電材料和第二導(dǎo)電材料包圍。換言之，各向同性腐蝕形成空腔以完全圍繞柵導(dǎo)體疊層，使柵導(dǎo)體疊層在空腔中從一部分半導(dǎo)體襯底懸掛到另一部分半導(dǎo)體襯底上。
在各向同性腐蝕之后，在第二導(dǎo)電層上淀積絕緣層，以便密封腐蝕孔。此外，氧化層可以是BPSG和/或TEOS組成的層。同時(shí)，第一導(dǎo)體可以是多晶硅，而第二導(dǎo)體可以是鎢。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是制作熔絲的方法，且包括在襯底上制作熔絲元件、在襯底和導(dǎo)體上制作至少一個(gè)絕緣層、形成絕緣層上的密封、通過(guò)密封和絕緣層制作至少一個(gè)窗口、以及通過(guò)窗口腐蝕絕緣層以形成臨近熔絲元件的空腔，其中的空腔被襯底和密封包圍。
此方法還包括在絕緣層中制作至少一個(gè)接觸窗口并用導(dǎo)體填充接觸窗口，使導(dǎo)體與熔絲元件電接觸。密封的形成包括在絕緣層上制作圖形化導(dǎo)電層，使圖形化導(dǎo)電層電連接于導(dǎo)體。導(dǎo)體和圖形化導(dǎo)電層構(gòu)成密封。于是，襯底與密封組合起來(lái)圍繞熔絲元件，使腐蝕留下襯底和密封以形成空腔。
熔絲元件可以是襯底中的淺溝槽隔離區(qū)上的柵導(dǎo)體。腐蝕清除了淺溝槽隔離區(qū)并形成空腔以完全圍繞柵導(dǎo)體，使柵導(dǎo)體在空腔中從一部分襯底懸掛到另一部分襯底。
窗口的制作包含干法腐蝕，而絕緣層的腐蝕包含濕法腐蝕。這一腐蝕對(duì)絕緣層的腐蝕速率高于對(duì)襯底、熔絲元件或密封的腐蝕速率，致使空腔被襯底和密封包圍。腐蝕之后，在密封上淀積第二絕緣層以密封窗口。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是熔絲結(jié)構(gòu)，它包括襯底、襯底上的柵導(dǎo)體疊層、襯底上的至少一個(gè)導(dǎo)電接觸、柵導(dǎo)體疊層上連接于導(dǎo)電接觸的導(dǎo)電圖形、以及圍繞被襯底、導(dǎo)電接觸和導(dǎo)電圖形包圍的柵導(dǎo)體疊層的空腔，其中的導(dǎo)電圖形包括用來(lái)形成空腔的至少一個(gè)腐蝕窗口。
空腔延伸進(jìn)入襯底，致使柵導(dǎo)體在空腔中從一部分襯底懸掛到另一部分襯底。此結(jié)構(gòu)還可以包括密封窗口的絕緣層。
從參照附圖的本發(fā)明最佳實(shí)施例的下列詳細(xì)描述中，能夠更好地理解上述和其它的目的、方案和優(yōu)點(diǎn)，其中
圖1是存儲(chǔ)器陣列和相關(guān)元件的示意圖；圖2A和2B是熔絲連線的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的部分完成的熔絲結(jié)構(gòu)的示意剖面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的部分完成的熔絲結(jié)構(gòu)的示意剖面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的部分完成的熔絲結(jié)構(gòu)的示意剖面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的完成的熔絲結(jié)構(gòu)的示意剖面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的完成的熔絲結(jié)構(gòu)的示意俯視圖；圖8是本發(fā)明的實(shí)施例的流程圖。
下面詳細(xì)描述的本發(fā)明，包括制作柵導(dǎo)體疊層(用作熔絲連線)周圍的空腔的獨(dú)特方法以及相關(guān)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。更具體地說(shuō)，利用本發(fā)明，通過(guò)空腔區(qū)上表面中的孔，對(duì)圍繞熔絲連線的絕緣層執(zhí)行濕法腐蝕。此方法簡(jiǎn)化了空腔的制作工藝，并使得小得多的集成電路圖形(諸如用作熔絲連線的柵疊層結(jié)構(gòu))能夠包括空腔。
現(xiàn)參照?qǐng)D3-8來(lái)詳細(xì)解釋本發(fā)明的方法和結(jié)構(gòu)。更具體地說(shuō)，圖3示出了其中已經(jīng)制作了淺溝槽隔離(STI)區(qū)31的襯底30。正如本技術(shù)領(lǐng)域一般熟練人員熟知的那樣，此襯底30可以包含諸如硅襯底之類的任何標(biāo)準(zhǔn)襯底，而淺溝槽隔離區(qū)31同樣可以包含諸如原硅酸四乙酯(TEOS)之類的常規(guī)隔離材料。
如本技術(shù)領(lǐng)域熟知的那樣，柵疊層32制作在淺溝槽隔離區(qū)31上，并可以包含例如一系列絕緣層和導(dǎo)電層。絕緣層可以包含例如氧化物和氮化物材料，而導(dǎo)電層可以包含金屬、合金、多晶硅和其它熟知的導(dǎo)體。
如本技術(shù)領(lǐng)域一般熟練人員熟知的那樣，用包括諸如化學(xué)汽相淀積(CVD)和濺射之類的各種各樣的淀積方法以及諸如光刻掩蔽和包括各向同性與各向異性濕法和干法腐蝕的腐蝕之類的許多圖形化和腐蝕方法的眾所周知的常規(guī)方法，來(lái)制作淺溝槽隔離區(qū)31和柵疊層32。
在襯底/柵疊層結(jié)構(gòu)30-32上制作一個(gè)或多個(gè)絕緣層33和34。例如，可以在襯底/柵結(jié)構(gòu)30-32上制作一層硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)33和一層TEOS 34，示于圖3?？梢杂没瘜W(xué)汽相淀積(CVD)和諸如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)之類的普通整平技術(shù)，來(lái)淀積和整平圖3所示的絕緣層33和34。
現(xiàn)參照?qǐng)D4，在絕緣層33和34中開出接觸線40，并用導(dǎo)電材料填充。如圖7中更詳細(xì)地示出的那樣，接觸40形成圍繞部分柵疊層32的盒子或敞開的立方體結(jié)構(gòu)。如圖7中的剖開圖更清楚地示出的那樣，接觸40形成與襯底30和柵疊層32形成電接觸。用于接觸40的材料可以包含諸如金屬、合金或多晶硅之類的任何導(dǎo)電材料，而在最佳實(shí)施例中包含用CVD工藝淀積的多晶硅。
接著，在此結(jié)構(gòu)上制作導(dǎo)電層41，并對(duì)其進(jìn)行圖形化以包括窗口42。導(dǎo)電層41通過(guò)接觸40與柵疊層結(jié)構(gòu)30-32電接觸。導(dǎo)體41可以包含諸如上述所希望的任何標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體，而在最佳實(shí)施例中包含用濺射工藝淀積的鎢。
如圖5所示，穿過(guò)絕緣層33和34進(jìn)入淺溝槽隔離區(qū)31制作列窗口50。列窗口50直接制作在窗口42下方，如本公開給定的技術(shù)領(lǐng)域的一般熟練人員熟知的那樣，可以用許多常規(guī)方法來(lái)制作。例如，可以用通過(guò)窗口42施加的C4F8和氧氣，在干法腐蝕中制作列窗口50。如圖7中更清楚地示出的那樣，列窗口50包含絕緣層33和34以及淺溝槽隔離區(qū)31中的窄小的列。
如圖6所示，諸如使用緩沖HF(即稀釋的HF)溶液的濕法腐蝕之類的不同的腐蝕，通過(guò)列窗口50被施加到絕緣層33和34以及淺溝槽隔離區(qū)31。這一通過(guò)窗口42和50的濕法腐蝕，產(chǎn)生一個(gè)圍繞柵導(dǎo)體疊層32的空腔60。這一額外的濕法腐蝕對(duì)于產(chǎn)生所需的下切(例如鎢片下方和柵導(dǎo)體線上方的空腔)是必須的。沒有此空腔，則后續(xù)淀積工藝可能將窗口50重新填充。
如圖7中更清楚地示出的那樣，柵導(dǎo)體疊層32被懸掛在空腔60中，并支撐在部分襯底/淺溝槽隔離區(qū)的邊沿30和31上。
與襯底30組合的接觸40和導(dǎo)電層41構(gòu)成一個(gè)盒子，空腔60形成在其中。因此，接觸40和導(dǎo)電層41起屏蔽罩的作用，從而限制通過(guò)窗口42被濕法腐蝕清除的絕緣層30和31的量。
在制作空腔60之后，借助于在導(dǎo)電層41上涂敷絕緣層61而密封窗口42。例如，此絕緣層61可以包含硅烷或硼磷硅酸鹽玻璃。
雖然相對(duì)于用作可熔斷的連線的柵導(dǎo)體疊層結(jié)構(gòu)已經(jīng)描述了本發(fā)明的上述實(shí)施例，但如本公開給定的技術(shù)領(lǐng)域的一般熟練人員熟知的那樣，本發(fā)明可以應(yīng)用于任何可熔斷的結(jié)構(gòu)。例如，本發(fā)明同樣可以應(yīng)用于任何襯底形式上的圖形化的導(dǎo)電布線結(jié)構(gòu)。
圖8示出了本發(fā)明的流程圖。如步驟80所示，首先在可熔斷的連線32和襯底30上制作絕緣層33和34。然后如步驟81所示，制作圍繞此區(qū)域的保護(hù)性密封/屏蔽40和41。在結(jié)構(gòu)的頂部和在絕緣層33和34中，制作窗口42和列50。在步驟83中，如上所述，用濕法腐蝕清除空腔60。最后，如步驟84所示，窗口42被61密封。
利用本發(fā)明，通過(guò)空腔區(qū)上表面中的窗口，對(duì)圍繞熔絲連線的絕緣層執(zhí)行濕法腐蝕。此方法簡(jiǎn)化了空腔的制作工藝，并使得小得多的集成電路圖形(諸如用作熔絲連線的柵疊層結(jié)構(gòu))能夠包括空腔。由于包括的空腔是如此的小，故比之常規(guī)結(jié)構(gòu)能夠大幅度地提高熔絲清除操作的可靠性。
雖然已經(jīng)就其最佳實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員能夠理解，本發(fā)明能夠以所附權(quán)利要求的構(gòu)思與范圍之內(nèi)的修正來(lái)加以實(shí)施。
權(quán)利要求
1.柵導(dǎo)體疊層上空腔熔絲的制作方法，所述方法包含(a)提供淺溝槽隔離區(qū)上具有柵導(dǎo)體疊層的半導(dǎo)體襯底；(b)在所述柵導(dǎo)體疊層附近的所述襯底上制作氧化層；(c)腐蝕穿過(guò)所述氧化層到所述襯底的電接觸孔；(d)用第一導(dǎo)電材料填充所述電接觸孔，以建立與所述柵導(dǎo)體疊層的電接觸；(e)在所述氧化層的最上氧化層中腐蝕圖形；(f)在所述氧化層和所述電接觸上淀積第二導(dǎo)電材料組成的導(dǎo)電層；(g)整平所述導(dǎo)電層，從而使所述導(dǎo)電材料只保留在所述圖形中；(h)對(duì)所述氧化層進(jìn)行各向異性腐蝕，以形成至少一個(gè)穿過(guò)所述氧化層到所述淺溝槽隔離區(qū)的腐蝕孔；以及(i)各向同性腐蝕所述腐蝕孔周圍的至少部分所述氧化層，從而在至少部分所述導(dǎo)電層圖形下方形成空腔，所述柵導(dǎo)體疊層包含熔絲。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述各向異性腐蝕包含干法腐蝕，而所述各向同性腐蝕包含濕法腐蝕。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述各向同性腐蝕對(duì)所述氧化層的腐蝕速率高于對(duì)所述半導(dǎo)體襯底、所述柵導(dǎo)體疊層、所述第一導(dǎo)電材料或所述第二導(dǎo)電材料的腐蝕速率，使得所述空腔以所述半導(dǎo)體襯底、所述第一導(dǎo)電材料和所述第二導(dǎo)電材料為邊界。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述各向同性腐蝕形成所述空腔以完全圍繞所述柵導(dǎo)體疊層，致使所述柵導(dǎo)體疊層在所述空腔中從一部分所述半導(dǎo)體襯底懸掛到另一部分所述半導(dǎo)體襯底上。
5.權(quán)利要求1的方法，還包含在所述各向同性腐蝕之后，在所述第二導(dǎo)電層上淀積絕緣層，其中所述絕緣層密封所述腐蝕孔。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述氧化層的所述制作包含制作由BPSG和TEOS組成的層，所述第一導(dǎo)體包含多晶硅，而所述第二導(dǎo)體包含鎢。
7.熔絲的制作方法，它包含在襯底上制作熔絲元件；在所述襯底和所述熔絲元件上制作至少一個(gè)絕緣層；形成所述絕緣層上的密封；通過(guò)所述密封和所述絕緣層制作至少一個(gè)窗口；以及通過(guò)所述窗口腐蝕所述絕緣層，以形成臨近所述熔絲元件的空腔，所述空腔被形成在所述絕緣層中，并以所述襯底和所述密封為邊界。
8.權(quán)利要求7的方法，還包含在所述絕緣層中制作至少一個(gè)接觸窗口，并用導(dǎo)體填充所述接觸窗口，使所述導(dǎo)體與所述熔絲元件電接觸。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述密封的所述形成包含在所述絕緣層上制作圖形化導(dǎo)電層，使所述圖形化導(dǎo)電層電連接于所述導(dǎo)體。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所述導(dǎo)體和所述圖形化導(dǎo)電層包含所述密封。
11.權(quán)利要求7的方法，其中所述襯底、所述絕緣層和所述密封組合起來(lái)圍繞所述熔絲元件，使所述腐蝕留下所述襯底、所述絕緣層和所述密封以形成所述空腔。
12.權(quán)利要求7的方法，其中所述熔絲元件包含所述襯底中的淺溝槽隔離區(qū)上的柵導(dǎo)體，且所述腐蝕清除所述淺溝槽隔離區(qū)并形成所述空腔以完全圍繞所述柵導(dǎo)體，使所述柵導(dǎo)體在所述空腔中從一部分所述襯底懸掛到另一部分所述襯底。
13.權(quán)利要求7的方法，其中所述窗口的所述制作包含干法腐蝕，而所述絕緣層的所述腐蝕包含濕法腐蝕。
14.權(quán)利要求7的方法，其中所述腐蝕對(duì)所述絕緣層的腐蝕速率高于對(duì)所述襯底、所述熔絲元件或所述密封的腐蝕速率，使得所述空腔以所述襯底和所述密封為邊界。
15.權(quán)利要求7的方法，還包含在所述腐蝕之后，在所述密封上淀積第二絕緣層，其中所述第二絕緣層密封所述窗口。
16.權(quán)利要求7的方法，其中所述絕緣層的所述制作包含制作由BPSG和TEOS組成的層，且所述密封包含多晶硅接觸和頂部鎢層。
17.一種熔絲結(jié)構(gòu)，它包含襯底；所述襯底上的柵導(dǎo)體疊層；所述襯底上的至少一個(gè)導(dǎo)電接觸；所述柵導(dǎo)體疊層上連接于所述導(dǎo)電接觸的導(dǎo)電圖形；以及圍繞以所述襯底、所述導(dǎo)電接觸和所述導(dǎo)電圖形為邊界的所述柵導(dǎo)體疊層的空腔，其中所述導(dǎo)電圖形包括用來(lái)形成所述空腔的至少一個(gè)腐蝕窗口。
18.權(quán)利要求17的熔絲結(jié)構(gòu)，其中所述空腔延伸進(jìn)入所述襯底，致使所述柵導(dǎo)體在所述空腔中從一部分所述襯底懸掛到另一部分所述襯底。
19.權(quán)利要求17的熔絲結(jié)構(gòu)，還包含密封所述窗口的絕緣層。
20.權(quán)利要求17的熔絲結(jié)構(gòu)，其中所述襯底包含硅襯底，所述導(dǎo)電接觸包含多晶硅，而所述導(dǎo)電圖形包含鎢。
全文摘要
空腔熔絲及制作方法包括提供淺溝槽隔離區(qū)上具有柵導(dǎo)體疊層的襯底、在襯底上制作氧化層、腐蝕穿過(guò)氧化層到襯底的電接觸孔、用第一導(dǎo)電材料填充電接觸孔、在最上氧化層中腐蝕圖形、在氧化層和電接觸上淀積第二導(dǎo)電層、整平導(dǎo)電層從而使導(dǎo)電材料只保留在圖形中、形成至少一個(gè)穿過(guò)氧化層到淺溝槽隔離區(qū)的腐蝕孔、腐蝕此腐蝕孔周圍的至少部分氧化層在至少部分導(dǎo)電層圖形下方形成空腔,此柵導(dǎo)體疊層包含熔絲。
文檔編號(hào)H01L27/108GK1278107SQ00104389
公開日2000年12月27日 申請(qǐng)日期2000年3月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月31日
發(fā)明者肯尼思·C.·阿恩德, 阿克瑟爾·C·布林金格, 理查德·A·肯逖, 唐納·R·克特, 查德拉瑟克哈·納瑞安, 拉維庫(kù)馬·拉馬查德蘭, 托馬斯·S·魯浦, 森塞爾·K·斯里尼瓦薩恩 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司, 英芬能技術(shù)北美公司