[發明專利]金屬熔絲結構及其制造方法

有效

• 申請號: 201110346468.2
• 申請日: 2011-11-04
• 公開（公告）號: CN103094248A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 李亮
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: H01L23/525
• 分類號: H01L23/525;H01L21/768
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 丁紀鐵

技術領域

本發明涉及一種半導體器件，特別是涉及一種熔絲(fuse)元件。

背景技術

在半導體工業中，熔絲元件由于其多種用途而被廣泛地使用于集成電路之中。例如，在集成電路中設計多個具有相同功能的電路模塊作為備份，當發現其中的一個電路模塊有缺陷時，通過熔絲元件將其燒斷，而使用具有相同功能的另一個電路模塊取代。又如，設計一款通用的集成電路，根據不同用戶的需求，將不需要的電路模塊通過熔絲元件燒斷，這樣一款集成電路設計就可以以經濟的方式制造并適用于不同客戶。

金屬熔絲(metal?fuse)就是一種常用的熔絲元件。傳統的金屬熔絲結構是用次頂層金屬制造，如圖1所示。在介質層10之上為次頂層金屬11，至少分布在兩處——熔絲區A和焊盤區B。位于熔絲區A的次頂層金屬11a之上為一層削薄的層間介質12a。在熔絲區A中，次頂層金屬11a就是金屬熔絲結構91，削薄的層間介質12a就是金屬熔絲結構91的保護層。位于焊盤區B的次頂層金屬11b之上為正常的層間介質(ILD)12，該處層間介質12中具有接觸孔電極13a，該處層間介質12之上為焊盤(pad，又稱壓焊點)14a。焊盤14a是由頂層金屬制造得來的。位于焊盤區B的次頂層金屬11b通過接觸孔電極13a連接焊盤14a。整個硅片除熔絲區A和焊盤區B以外區域的最上方還具有一層鈍化層15，鈍化層15為介質，例如為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等。

目前切割金屬熔絲大多采用激光，可是熔絲區A的次頂層金屬11a上方的絕緣層(包括層間介質12和鈍化層15)太厚，會影響激光切割熔絲過程的對焦。所以必須要對該絕緣層實施減薄，去除熔絲區A的鈍化層15，削薄熔絲區A的層間介質12。

圖1所示的現有的金屬熔絲結構91的制造方法包括如下步驟：

第1步，請參閱圖2a，定義次頂層金屬11，并在上面淀積一層介質材料作為層間介質12。

所述定義次頂層金屬11，就是先淀積一整層的次頂層金屬11，然后將部分區域的次頂層金屬去除掉(因為不需要)，將其余區域的次頂層金屬11保留，至少保留熔絲區A的次頂層金屬11a和焊盤區B的次頂層金屬11b。

第2步，請參閱圖2b，在焊盤區B的層間介質12中刻蝕出通孔21，用于次頂層金屬11和頂層金屬14的連接。

第3步，請參閱圖2c，在整個硅片淀積一層金屬13，至少保證將通孔21填充滿。所述金屬13例如為鎢。

第4步，請參閱圖2d，以化學機械研磨(CMP)工藝將所淀積的金屬13平坦化，直至研磨到層間介質12的上表面。此時在通孔21中就形成了接觸孔電極13a。所述接觸孔電極13a例如為鎢塞。

第5步，請參閱圖2e，定義頂層金屬14，形成焊盤14a。

所述定義次頂層金屬14，就是先淀積一整層的頂層金屬14，然后將部分區域的頂層金屬去除掉(因為不需要)，將其余區域的頂層金屬14保留，至少保留焊盤區B的頂層金屬14作為焊盤14a。

第6步，請參閱圖2f，在整個硅片淀積一層介質材料作為鈍化層15，用來保護自頂層金屬14以下的芯片內部電路。

第7步，請參閱圖1，將焊盤區B內的鈍化層15去除，這樣焊盤14a就暴露出來，用于后續引線并封裝。

還將熔絲區A內的鈍化層15和部分層間介質12去除，在熔絲區A內僅保留薄薄的一層層間介質12a，從而形成金屬熔絲結構91。

上述方法的第7步有兩種實施方式。通常焊盤區B的開口工序與焊絲區A的減薄過程同時進行，其難點在于利用一次光刻和刻蝕同時去除熔絲區A和焊盤區B的材料。一方面要保證焊盤區B內的鈍化層15去除干凈，以使焊盤14a暴露出來。另一方面要保證熔絲區A內的層間介質12不能完全去除，必須保留部分厚度的層間介質12a。因此這一步工藝加工的難度很大。

為了降低工藝難度，這一步也可以分為兩次光刻和刻蝕，一次專門刻蝕熔絲區A的材料，另一次專門刻蝕焊盤區B的材料，但這需要額外的光刻掩模版，顯然增加了工藝時間和工藝成本。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種新型的金屬熔絲結構，可以以簡單的工藝予以制造。為此，本發明還提供了所述金屬熔絲結構的制造方法。

為解決上述技術問題，本發明金屬熔絲結構為：在次頂層金屬之上為一U形金屬層，該U形金屬層的底面與所述次頂層金屬相接觸；該U形金屬層的底面之上為鈍化層；所述次頂層金屬與U形金屬層的底面一起構成金屬熔絲結構，所述U形金屬層底面之上的鈍化層為所述金屬熔絲結構的保護層。

所述金屬熔絲結構的制造方法包括如下步驟：