专利名称：熔丝结构的形成方法
技术领域：
本发明一般涉及具有熔丝元件的集成电路。更具体地，本发明涉及熔丝结构的形成方法，以及激光熔丝消除工艺。
背景技术：
激光熔断工艺通常用于去除集成电路内形成的专门的熔丝。例如，激光熔断的熔丝通常用于修复芯片上的缺陷区域。在这种工艺中，一种措施是在多层金属化结构的最终金属层中制造熔丝，多层金属化结构具有一层或多层钝化材料的覆盖层，例如氧化硅或氮化硅。在熔丝上，形成通常包括聚酰亚胺的最终钝化层，在熔丝上的最终钝化层中形成开口。消除工艺期间，熔丝暴露到激光脉冲，激光将金属熔丝加热到它的熔点之上。随后的体积膨胀使熔丝上的钝化材料裂开，所以基本上将其去除以使金属熔丝蒸发。
在多层金属化结构的形成之中，开始使用较新的材料作为一层或多层介质层。这些材料为低k，即介电常数小于3.5，并且通常为有机的和多孔的，与常规使用的材料例如未掺杂和掺杂的氧化硅相比，具有较低的热和机械稳定性。由于这些特性，这些材料通常不适合作为用于其中制备有熔丝的最终金属层的介质，是由于在激光熔丝消除工艺期间会对相邻的结构造成损伤。因此，通常优选使用常规的介电材料用于最终的金属层。即使这样，由于它们的低热和机械稳定性，仍然会对下面的低k介质层造成损伤。因此，在使用低k介电材料的那些结构中，激光熔丝消除工艺中使用的能量必须比仅含常规介电材料的集成电路通常使用的能量显著降低。
另一方面，对于较低能量的工艺，增加了残留的钝化材料留在熔丝上的风险，即能量不足以满意地除去钝化材料。因此，在这种工艺中，熔丝上的钝化材料应尽可能的薄，但要足够厚以确保没有由于暴露到周围环境造成的未熔断熔丝的氧化或污染。
同样影响熔丝上钝化材料厚度的是形成控制熔塌芯片连接(C4)结构的工艺。典型的C4工艺包括溅射清洁和TiW蚀刻步骤，它们也减小了熔丝上的钝化材料的厚度，可以在约100nm的数量级，进一步妨碍了得到满意的厚度。
因此，在业内需要一种形成熔丝的改进方法，以及进行激光消除工艺的改进方法，包括有效地与形成C4冶金结构相结合。
发明内容
针对现有技术，本发明提供一种熔丝结构的形成方法，根据该方法熔丝上的钝化材料具有基本上均匀的厚度，在形成C4冶金结构之后提供熔丝。该方法特别适合于包括低k介电材料的多级金属化结构。
根据本发明，提供一种熔丝结构的形成方法，包括提供基板，其内包括C4冶金接触焊盘和熔丝；在C4冶金接触焊盘和熔丝上形成耐蚀刻层；在耐蚀刻层上形成至少一个钝化层；除去至少一个钝化层和耐蚀刻层的至少第一部分，以露出C4冶金接触焊盘；在C4冶金接触焊盘上形成C4冶金结构；以及此后除去至少一个钝化层的至少第二部分以露出熔丝上的耐蚀刻层。
此外，根据本发明，提供一种进行熔丝消除工艺的方法，包括提供基板，其内包括C4冶金接触焊盘和熔丝；在C4冶金接触焊盘和熔丝上形成耐蚀刻层；在耐蚀刻层上形成至少一个钝化层；除去至少一个钝化层和耐蚀刻层的至少第一部分，以露出C4冶金接触焊盘；在C4冶金接触焊盘上形成C4冶金结构；此后除去至少一个钝化层的至少第二部分以露出熔丝上的耐蚀刻层；以及将辐射能量源施加到熔丝直到熔丝上的耐蚀刻层基本上被除去。
从下面本发明各实施例的详细说明中，本发明的以上和其它特点以及优点将变得显而易见。
下面参考附图详细地介绍本发明的各实施例，其中类似的标号表示类似的元件，其中图1A-1C为根据本发明方法的示意剖面图。
具体实施例方式
参考附图，更具体地参考图1A，示出了其内形成有几个金属布线层的基板1的剖面图。在本实施例中，示出的基板1具有三个金属布线层，每个具有嵌在各介质层5-7中的金属2-4。然而应该理解根据本发明可以使用多于或少于三个金属布线层。优选最终的两个介质层6和7包括常规的介电材料，例如氧化硅或掺杂的氧化硅，例如氟硅酸盐玻璃，以提供热和机械稳定性，尽管不要求。然而，其它的介质层可以包括常规的介电材料或低k介电材料(即，介电常数小于约3.5)，例如US专利No.5,965,679中公开的，其整个内容在这里作为参考引入。也优选金属2-4包括铜，当然也可以使用本领域中技术人员公知的其它材料。最终金属布线层4的至少一个区形成熔丝4A。
多个钝化层8、9和10淀积在基板1的最终金属布线层的表面上。虽然在层8、9和10中分别利用了氮化硅、氧化硅和氮化硅，但本领域中的技术人员应该理解可以使用其它合适的材料。使用标准的光致抗蚀剂和蚀刻技术在钝化层8、9和10中形成开口11，在开口中将形成C4冶金结构。如铝、钛-钨等的合适材料淀积在开口11中并蚀刻形成最终金属布线层4的接触焊盘4上的接触结构12。通常为聚酰亚胺的最终钝化层13施加在钝化层10和接触结构12上。通过再次使用标准的光致抗蚀剂和蚀刻技术，在最终的钝化层13中形成接触结构12上的C4窗口14以及熔丝4A上的熔丝窗口15。
接下来，形成C4冶金结构，如图1B所示。在C4窗口14中进行接触结构12的溅射清洁工艺之后，使用常规的技术淀积和蚀刻阻挡层冶金(BLM)15。通常钛-钨用于BLM。然后，再次使用如电镀或蒸发或两者交替等的标准技术在剩余的BLM15上淀积包括例如铅和锡的C4冶金16。
参考图1C，使用通常基于氟的干RIE技术在熔丝4A上相对于钝化层9选择性蚀刻钝化层10，即本例中相对于氧化硅选择性蚀刻氮化硅。此外，使用如C4F8或基于CHF3的蚀刻化学试剂的干RIE技术相对于钝化层8选择性蚀刻钝化层9，以获得氧化硅相对于氮化硅的高选择性。重要的是控制熔丝4A上相对于钝化层8蚀刻钝化层9，以便它足够厚，本例中大于约75nm以确保不存在由于暴露到环境造成的未熔断熔丝4A的氧化或污染。然而，同时，熔丝4A上的剩余钝化层8应尽可能地薄，但仍可确保可以低能量熔断熔丝，在本例中为小于约150nm。为了提高制造效率，应该注意这两次蚀刻可以与BLM蚀刻结合。
要消除或减少可能来自这些蚀刻步骤的污染，需要对C4冶金16和钝化层1 3的最终层表面进行额外的清洁。否则，污染物会降低C4冶金16和封装(未示出)之间的粘附性。例如，可以使用氧灰化或溅射清洁以清理聚酰亚胺的表面，并且可以使用氢回流退火以清洁C4冶金16的表面，特别是如果存在氧灰化工艺造成的表面氧化。
此外，根据本发明的方法，应该强调形成C4冶金16之后蚀刻熔丝4A上的钝化层9和10。否则，C4工艺期间进行的步骤，例如溅射清洁和BLM15蚀刻也会蚀刻熔丝4A上的钝化层8。实际上，这些C4工艺步骤会蚀刻掉不同量的钝化层8，但可能多达约100nm或更多。这种改变使得很难在熔丝4A上获得需要厚度的钝化层8。通过形成C4冶金4之后在熔丝4A上蚀刻钝化层9和10，可以显著减少钝化层8的厚度变化。
所得熔丝结构显示在图1C中，现在可用于熔断熔丝。此外，根据本发明，进行激光消除工艺以断开熔丝4A。具体地，辐射能量源施加到熔丝4A直到熔丝4A上的钝化层8基本上被除去。在具体的优选实施例中，红外激光发出具有特定量能量的束，穿过熔丝4A上钝化层8的剩余厚度并进入熔丝4A内。随着激光束与熔丝4A的材料相互反应，熔丝4A被加热并膨胀，使熔丝4A上的钝化层8破裂。破裂之后，熔丝4A的熔化金属蒸发，所以发生熔丝消除。
虽然结合以上概述的具体实施例介绍了本发明，但许多替换、修改和变形对于本领域中的技术人员来说显而易见的。例如，重要的是钝化层8具有的蚀刻速率比淀积在其上的钝化层9的慢，所以提供了耐蚀刻或蚀刻中止特性，但只要提供了以上特性，也可以使用除这里介绍的其它材料。类似地，虽然在介绍的实施例中金属2-4为铜，但不必所有的金属布线层都使用相同的金属，或者不必一定使用铜，尽管优选使用铜。此外，可以使用各种蚀刻技术，干蚀刻和湿蚀刻以及清洁技术，所以这些步骤不限于这里介绍的。同样，虽然金属布线层优选使用镶嵌处理，但也可以使用其它类型的处理。同样，如上所述，本发明不限于示出的具体层数。例如，最终布线层上的金属布线层的数量或钝化层的数量可以大于或小于示出的数量，等等。因此，以上陈述的本发明的各实施例意在示例而不是限定。可以不脱离随后的权利要求书限定的本发明的精神和范围进行各种改变。
权利要求
1.一种形成熔丝结构的方法，包括提供其内包括C4冶金接触焊盘和熔丝的基板；在所述C4冶金接触焊盘和所述熔丝上形成耐蚀刻层；在所述耐蚀刻层上形成至少一个钝化层；除去所述至少一个钝化层和所述耐蚀刻层的至少第一部分，以露出所述C4冶金接触焊盘；在所述C4冶金接触焊盘上形成C4冶金结构；以及此后除去所述至少一个钝化层的至少第二部分以露出所述熔丝上的所述耐蚀刻层。
2.根据权利要求1的方法，其中所述基板包括多个金属布线层以及多个介质层；以及所述C4冶金接触焊盘和所述熔丝形成在最终的金属布线层内。
3.根据权利要求2的方法，其中所述形成C4冶金结构的步骤包括在所述至少一个钝化层和所述露出的C4冶金接触焊盘上淀积BLM；蚀刻所述BLM；以及在剩余的BLM上形成C4焊料突点。
4.根据权利要求3的方法，其中在除去所述至少一个钝化层的至少第二部分的所述步骤的同时进行蚀刻所述BLM的所述步骤。
5.根据权利要求2的方法，其中所述多个介质层包括低k有机材料、氟硅酸盐玻璃或氧化硅。
6.根据权利要求5的方法，其中所述基板包括至少五个金属布线层；以及每个所述介质层包括低k有机材料、氟硅酸盐玻璃或氧化硅。
7.根据权利要求2的方法，其中所述耐蚀刻层在所述熔丝上提供了基本上均匀的钝化厚度。
8.根据权利要求7的方法，其中所述基本上均匀的钝化厚度足够薄以确保低能量消除熔丝并且足够厚以确保基本上没有消除之前由于暴露到周围环境造成的所述熔丝的污染。
9.根据权利要求8的方法，其中所述耐蚀刻层包括氮化硅。
10.根据权利要求9的方法，其中所述耐蚀刻层具有约75到约150nm的厚度。
全文摘要
一种熔丝结构的形成方法，其中熔丝上的钝化材料具有可控的基本上均匀的厚度，在形成C4冶金结构之后提供熔丝。也公开了由该方法形成的用于熔丝的激光熔丝消除工艺。
文档编号H01L23/52GK1510735SQ200310115498
公开日2004年7月7日 申请日期2003年11月26日 优先权日2002年11月27日
发明者T·H·道本斯佩克, J·P·甘比诺, W·T·莫特西夫, T H 道本斯佩克, 甘比诺, 莫特西夫 申请人:国际商业机器公司