DE3634167C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherung in einer einen Redundanzschaltkreis enthaltenden Halbleitereinrichtung und auf ein Verfahren zur Her­ stellung derselben, und insbesondere bezieht sie sich auf eine Sicherung mit einem Schmelzelement für ein Lasertrimmen zum Ersetzen eines Schaltkreises und ein Ver­ fahren zur Herstellung derselben.

Aus EP 00 90 565 A2 ist eine durch Laserbestrahlung trennbare elektrische Leiterschicht, u. a. für Redundanzschaltungen aufweisende integrierte Halbleiterschaltungen, bekannt. Diese besteht aus einer Metallschicht (bevorzugt Aluminium) und einer darübergelegten und deren Kanten bedeckenden strahlungsabsorbierenden Schicht (vorzugsweise Polysilizium oder amorphes Silizium).

Das - bei der Fertigstellung integrierter Halbleitereinrichtungen sehr oft angewandte - Bedecken mit einer Glasschicht verschlechtert die Selektionswirkung dieser Absorptionsschicht, und ein erfolgreiches Durchtrennen der Sicherung durch entsprechend hohen Energieeintrag wird einen relativ großen Öffnungskrater in einer solchen Glasschicht hinterlassen, wie weiter unten erläutert.

Ein konventioneller Redundanzschaltkreis einer Halbleiter­ einrichtung, die ein Lasertrimmsystem benutzt, ist auch in einem Artikel von Robert T. Smith et al. beschrieben, der den Titel trägt "Laser Programmable Redundancy and Yield Improvement in a 64K DRAM", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Bd. SC-16, Nr. 5, Oktober 1981, S. 506-513.

Fig. 1A zeigt eine Draufsicht auf ein Beispiel einer konven­ tionellen Sicherung einer Halbleitereinrichtung mit Redundanzschaltkreis,

Fig. 1B zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie B-B der in Fig. 1A gezeigten Einrichtung genommen ist, und

Fig. 1C zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie C-C der in Fig. 1A gezeigten Einrichtung genommen ist.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1A bis 1C wird ein Verfahren zur Herstellung einer solchen konventionellen Sicherung beschrieben. Zuerst wird eine Feldoxidschicht bzw. eine dünne Feldoxidschicht 2 auf einem Siliziumsubstrat 1 gebildet und ein Schmelzelement 3b aus Poly­ silizium wird auf der Feldoxidschicht 2 gebildet. Dann wird eine PSG (Phosphorsilikatglas)-Schicht 4 auf der Feldoxidschicht 2 und dem Schmelzelement 3b durch ein CVD (chemi­ sche Gasphasenabscheidung)-Verfahren abgeschieden. Darauf folgend wird die PSG-Schicht 4 selektiv weggeätzt unter Be­ nutzung eines (nicht gezeigten) Photoresistfilmes, so daß ein Teil der Sicherung 3b zum Bilden eines Kontaktloches 5 bloßgelegt wird. Eine Aluminiumverbindung 6 wird dann auf der PSG-Schicht 4 und durch und über dem Kontaktloch 5 so gebildet, daß sie mit dem Schmelzelement 3b verbunden wird, womit die Sicherung für den Redundanzschaltkreis einer Halbleitereinrichtung fertiggestellt ist.

Fig. 2 zeigt die Querschnittsansicht, in der das Schmelzelement 3b des in den Fig. 1A bis 1C gezeigten Redundanzschaltkrei­ ses unterbrochen ist. Ein Schaltkreis einer Halbleiterein­ richtung wird normalerweise durch Unterbrechen einer Siche­ rung, die in einem Redundanzschaltkreis vorhanden ist, durch Bestrahlen mit einem Laserstrahl ersetzt. In Fig. 1C wird die Laserstrahlenergie, die auf die PSG-Schicht 4 gestrahlt wird, im Schmelzelement 3b absorbiert. Folglich schmilzt das Schmelzelement 3b und dehnt sich aus, so daß es explodiert und mit der PSG-Schicht 4 verspritzt und unterbrochen ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Als Resultat der Explosion und des Verspritzens wird eine Öffnung 9 in der PSG-Schicht 4, wie in Fig. 2 gezeigt ist, gebildet, deren Basisbreite gleich der Leitungsbreite l₁ der Sicherung 3b ist.

Wenn der in den Fig. 1A bis 1C gezeigte Redundanzschaltkreis benutzt wird, muß die Leitungsbreite l₁ des Schmelzelements 3b auf einer gewissen Größe gehalten werden, damit es zuver­ lässig mit dem Laserstrahl bestrahlt werden kann. Wenn je­ doch die Linienbreite l₁ des Schmelzelements 3b groß wird, wird die Öffnung 9, die sich nach dessen Explosion bildet, ebenfalls groß, so daß die hohe Integrationsdichte einer Halbleiter­ einrichtung schwierig zu erreichen ist. Zusätzlich wird der Temperatur­ unterschied zwischen dem zentralen Bereich und den Enden der Sicherung unter Wärmeeinwirkung groß, wenn die Lei­ tungsbreite l₁ groß ist, so daß es schwierig wird, die Si­ cherung zuverlässig zu unterbrechen.

Unabhängig von einer Anwendung auf Schmelzelemente bzw. laserstrahl-trennbare Sicherungen sind - etwa aus DE 32 16 823 A1 - Metallsilizid-Polysilizium-Doppelschichten auf integrierte Halbleiterschaltungen enthaltenden Siliziumsubstraten und Verfahren zu deren Herstellung mittels reaktivem Ionenätzen bekannt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Sicherung für eine Halbleitereinrichtung mit einem Redundanzschaltkreis, die Metallverbindungsschichten miteinander verbindet, zu schaffen, bei der beim Schmelzen und Explodieren eines mit einer Glasschicht bedeckten Schmelzelementes die in der Glasschicht entstehende Öffnung gegenüber bekannten Lösungen verkleinert und das Schmelzelement zuverlässig durch einen Laserstrahl unterbrochen werden kann sowie ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemäße Sicherung mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Sicherung für einen Redundanzschaltkreis in einer Halbleitereinrichtung vorgesehen mit den im Patentanspruch 5 angegebenen Merkmalen.

Eine vorteilhafte Auswirkung der Erfindung ist es, daß eine Öffnung, die nach Explodieren und Verspritzen der Sicherung gebildet ist, verkleinert werden kann, da die erste Schicht der geschmolzenen und expandierten Sicherung eine schmale Leitungsbreite hat.

Ein anderer Vorteil der Erfindung ist es, daß die Sicherung gleichmäßig und zuverlässig durch den Laserstrahl getrennt werden kann, da die Temperaturverteilung in der ersten Schicht der Sicherung gleich­ mäßig wird.

Ein weiterer Vorteil ist es, daß die Leitungsbreite der Si­ cherung selbst nicht reduziert werden muß.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteansprüchen. Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1A eine Draufsicht auf ein Beispiel einer konventionel­ len Sicherung in einer Halbleitereinrich­ tung mit Redundanzschaltkreis;

Fig. 1B eine Schnittansicht entlang der Linie B-B der in Fig. 1A gezeigten Einrichtung;

Fig. 1C eine Schnittansicht entlang der Linie C-C der in Fig. 1A gezeigten Einrichtung;

Fig. 2 eine Schnittansicht, in der ein Schmelzelement 3b der in den Fig. 1A bis 1C gezeigten Sicherung unterbrochen ist;

Fig. 3A bis 3D Querschnittsansichten, die die Hauptschritte zum Herstellen einer Ausführungs­ form einer Sicherung für eine Halbleiter­ einrichtung mit Redundanzschaltkreis zeigen;

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Sicherung, die durch das in den Fig. 3A bis 3D gezeigte Verfahren erzeugt wurde, und

Fig. 5 eine Querschnittsansicht, in der ein Schmelzelement der in den Fig. 3A bis 4 gezeigten Sicherung unterbrochen ist.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 3A bis 3D wird im folgenden ein Verfahren zur Herstellung einer Aus­ führungsform einer Sicherung für eine Halbleiter­ einrichtung mit Redundanzschaltkreis beschrieben.

Wie in Fig. 3A gezeigt ist, wird eine Feldoxidschicht 2 auf einem Siliziumsubstrat 1 gebildet, und darauf folgend wird eine Polysiliziumschicht 3 auf der Feldoxidschicht 2 gebildet. Die Polysiliziumschicht 3 wird zum Bilden einer ersten Schicht einer Sicherung für Laser­ trimmen benutzt. Dann wird eine Schicht 7 aus Metallsilizid wie Molybdänsilizid, Wolframsilizid, Titan­ silizid oder Tantalsilizid auf der Polysiliziumschicht 3 gebildet. Die Metallsilizidschicht 7 wird benutzt zum Bilden einer zweiten Schicht der Sicherung zum Lasertrimmen.

Bezugnehmend jetzt auf Fig. 3B wird ein Photolack (nicht ab­ gebildet) auf der Metallsilizidschicht 7 gebildet und mit einem Muster der gewünschten Form versehen, damit eine Photolackmaske 8 gebildet wird. Darauf folgend wird nur die Metallsilizidschicht 7 selektiv weggeätzt unter Benutzung der Photolackmaske 8 als Maske, so daß eine Metallsilizidschicht 7a mit einer Breite l₁ von 1 bis 2 µm und einer Dicke von 100 bis 300 nm gebildet wird.

Bezugnehmend nun auf Fig. 3C wird die Polysiliziumschicht 3 selektiv geätzt unter Benutzung eines Ätzgases, das eine höhere Ätzgeschwindigkeit für die Polysiliziumschicht 3 hat als für die Metallsilizidschicht 7a, wobei die Photolackmaske 8 als Maske benutzt wird, so daß eine Polysilizium­ schicht 3a gebildet wird. Die Polysiliziumschicht 3a hat pro Seite eine um Δl₁ schmalere Leitungsbreite als die der Metallsilizidschicht 7a, d.h., eine Breite l₀ von 0,1 bis 0,3 µm und eine Dicke von 50 bis 300 nm. Das bedeutet, eine Sicherung 73 wird mit einem T-förmigen Querschnitt aus der Polysiliziumschicht 3a und der Metallsilizidschicht 7a gebil­ det. Dann wird die Photolackmaske 8 entfernt.

Bezugnehmend nun auf Fig. 3D wird eine PSG-Schicht bzw. ein PSG- Film 4 zum Bedecken des Schmelzelements durch das CVD-Ver­ fahren abgeschieden. Dann wird ein Kontaktloch 5 an einer vorbestimmten Stelle der PSG-Schicht 4 gebildet und eine Aluminiumverbindung 6 wird auf der PSG-Schicht 4 und in dem Kontaktloch 5 gebildet, so daß die Sicherung 73 zum La­ sertrimmen vollständig ist. Fig. 4 ist eine Draufsicht auf die Sicherung, die in Übereinstimmung mit den oben beschriebenen Verfahrens­ schritten fertiggestellt wurde.

Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht, in der das Schmelzelement 73 der in den Fig. 3D und 4 gezeigten Sicherung durch den Laserstrahl unterbrochen worden ist. Bezugneh­ mend nun auf Fig. 5 wird die Tätigkeit der Unterbrechung der Sicherung 73 beschrieben.

Wenn ein Schaltkreis einer Halbleitereinrichtung ersetzt wird, wird ein Laserstrahl auf die PSG-Schicht 4 in Fig. 3D gestrahlt und die Laserstrahlenergie wird von der Sicherung 73 absorbiert. Dabei hat die Energieverteilung im allgemeinen eine Gauss-Verteilung, so daß eine Temperaturdifferenz zwischen dem zentralen Bereich und dem Ende der Siche­ rung 73 auftritt. Da jedoch die Leitungsbreite l₀ der Poly­ siliziumschicht 3a, die die erste Schicht der Sicherung 73 darstellt, um den Betrag 2Δl₀ schmaler ist als die Linien­ breite l₁ der in Fig. 1A gezeigten konventionellen Sicherung 3b, ist die Temperaturdifferenz zwischen dem zentralen Bereich und dem Ende der Sicherung 73 kleiner im Vergleich zu der konventionellen Sicherung 3b. Folglich wird die Polysiliziumschicht 3a, die die erste Schicht der Sicherung 73 darstellt, gleichmäßig und zuverlässig geschmol­ zen und ausgedehnt, und die Sicherung 73 wird gleichmäßig und zuverlässig unterbrochen.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, wird eine Öffnung 10 in der PSG-Schicht 4 nach deren Explosion und Verspritzen gebildet. Die Breite l₀ des Bodens der Öffnung 10 ist um den Betrag 2Δl₀ schmaler als deren Breite l₁ bei einer konven­ tionellen Sicherung, so daß die Öffnung 10 klei­ ner als die konventionelle Öffnung 9 in Fig. 2 ist. Daher wird die Auswirkung auf einen benachbarten Schaltkreis bei der Unterbrechung der Sicherung durch den Laserstrahl verrin­ gert, und somit wird eine höhere Integration einer Halblei­ tereinrichtung ermöglicht.

Claims (5)

1. Sicherung in einer Halbleitereinrichtung mit einem Redundanzschaltkreis, mit einer ersten Metallverbindungsschicht (6) und einer von der ersten Metallverbindungsschicht (6) getrennten zweiten Metallverbindungsschicht (6′) und mit einem Schmelzelement (73) zum elektrischen Verbinden der ersten mit der zweiten Metallverbindungsschicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzelement (73) eine Zweilagenstruktur mit T-förmigem Querschnitt mit einer ersten dünnen Schicht (3a) aus einem ersten Material und einer auf der ersten Schicht (3a) gebildeten zweiten dünnen Schicht (7a) aus einem zweiten Material aufweist, wobei die erste Schicht (3a) schmaler ist als die zweite Schicht (7a) und das Schmelzelement (73) mit einer dünnen Glasschicht (4) bedeckt ist, in der Kontaktlöcher (5) zum Verbinden des Schmelzelements (73) mit der ersten und der zweiten Metallverbindungsschicht (6, 6′) gebildet sind.

2. Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Material Polysilizium und das zweite Material ein Metallsilizid ist.

3. Sicherung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Material aus einer Gruppe mit Molybdänsilizid, Wolframsilizid, Titansilizid und Tantalsilizid ausgewählt ist.

4. Sicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasschicht (4) eine Phosphorsilikatglasschicht ist.

5. Verfahren zur Herstellung einer Sicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit den Schritten:
Vorbereiten eines Hableitersubstrates (1);
Aufbringen einer Feldoxidschicht (2) auf das Halbleitersubstrat;
Bilden eines ersten dünnen Films (3) aus einem ersten Material auf der Feldoxidschicht;
Bilden eines zweiten dünnen Films (7) aus einem zweiten Material, das unterschiedlich von dem ersten Material ist, auf dem ersten dünnen Film (3);
Ätzen des ersten dünnen Films (3) und zweiten dünnen Films (7) zum Bilden des Schmelzelementes (73) mit der Zweilagenstruktur mit T-förmigem Querschnitt, wobei der erste dünne Film (3) unter Benutzung eines Ätzgases geätzt wird, das eine höhere Ätzgeschwindigkeit für den ersten dünnen Film (3) als für den zweiten dünnen Film (7) hat;
Bilden der dünnen Glasschicht (4) zum Abdecken des Schmelzelementes (73);
Bilden der Kontaktlöcher (5) an vorbestimmten Stellen der dünnen Glasschicht (4) und Bilden der ersten und zweiten Metallverbindungsschicht (6, 6′) auf der dünnen Glasschicht (4) und in den Kontaktlöchern (5) zum Verbinden des Schmelzelements (73) mit der ersten und zweiten Metallverbindungsschicht (6, 6′).