[發明專利]一種通孔上MTM反熔絲單元結構的制備方法

有效

• 申請號: 201610032338.4
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105679743B
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 王印權;鄭若成;徐海銘;洪根深;趙文彬;吳素貞
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十八研究所
• 主分類號: H01L23/525
• 分類號: H01L23/525
• 代理公司: 總裝工程兵科研一所專利服務中心 32002
• 代理人: 楊立秋

本發明涉及一種通孔上MTM反熔絲單元結構的制備方法，該制備方法是在反熔絲通孔與金屬間介質層接觸的臺階處增加了反熔絲Spacer，降低了臺階角度，減小了反熔絲介質層厚度的不一致性，提高反熔絲擊穿電壓的一致性和電路良率，同時能夠降低反熔絲上下電極之間反熔絲介質層的有效面積，從而降低MTM反熔絲單元的漏電流。

技術領域

本發明屬于微電子工藝制造技術領域，涉及一種MTM反熔絲單元，是用于0.18um工藝的PROM和FPGA等CMOS集成電路中作為存儲或金屬互聯的可編程單元，尤其是一種通孔上MTM反熔絲單元結構的制備方法。

背景技術

MTM反熔絲單元通常應用于FPGA和PROM類電路產品中，根據實際需要對電路中MTM反熔絲單元進行編程，從而實現電路的邏輯功能或存儲功能。這類電路具有抗輻射性能優異、保密性強、靈活性好等特點，抗輻照指標可以達到500K rad(Si)以上，在航空、航天和軍工領域應用前景十分廣闊。

MTM反熔絲單元結構是由反熔絲介質層、兩層電介質阻擋層及反熔絲上下電極構成的，且分布在頂層金屬到頂層通孔之間。其工作原理是編程時使用預設的編程電壓和編程電流加在MTM反熔絲單元的上、下電極之間，在較短的時間內(毫秒級)使MTM反熔絲單元的介質薄膜熔穿，形成具有良好電特性和可靠性的導電通道，導電通道的建立意味著數據信息燒寫的完成。

在含MTM反熔絲單元的CMOS集成電路制造工藝中，通常在完成CMOS器件層后進行金屬前介質淀積(PMD)和金屬間介質淀積(IMD)，在完成反熔絲下層金屬淀積、光刻、腐蝕和IMD淀積后，進行反熔絲通孔光刻和腐蝕、反熔絲通孔(頂層通孔)CMP、反熔絲下阻擋層淀積，反熔絲介質層淀積和反熔絲上阻擋層淀積，完成對反熔絲的光刻和腐蝕，形成反熔絲上極板，然后進行反熔絲上隔離氧化層淀積，并對隔離氧化層進行光刻和腐蝕形成反熔絲與頂層金屬連接的接觸孔，接著進行頂層金屬淀積，作為反熔絲的上電極，通過頂層金屬的光刻和腐蝕，完成頂層金屬布線，最后進行鈍化淀積，形成保護層。在采用以上工藝過程形成的MTM反熔絲單元結構中，由于W-plug與IMD之間臺階的存在，在臺階處的反熔絲介質膜層厚度的均勻性無法得到保證，從而影響反熔絲單元良率和可靠性。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有的缺陷，提供一種通孔上MTM反熔絲單元結構的制備方法，采用該方法制成MTM反熔絲單元結構后，反熔絲擊穿電壓能夠控制在1V內波動，MTM反熔絲單元漏電流顯著降低，反熔絲良率和可靠性得到提高。

為了解決上述技術問題，本發明提供了如下的技術方案：

本發明一種通孔上MTM反熔絲單元結構的制備方法，包括以下步驟：

步驟一，在襯底上完成了器件層的制造，在已完成的器件層上淀積反熔絲下層金屬，形成反熔絲下層金屬層；

步驟二，對反熔絲下層金屬層進行光刻腐蝕，形成反熔絲的下電極，完成電路的下層金屬布線，再淀積金屬間介質，形成金屬間介質層，完成反熔絲下層金屬層和反熔絲頂層金屬層之間的隔離；

步驟三，對反熔絲通孔進行光刻腐蝕，并進行W-Plug工藝填充；

步驟四，對反熔絲通孔進行W-CMP工藝處理，W-CMP工藝處理的終點為金屬間介質層；

步驟五，在金屬間介質層上淀積反熔絲下層阻擋材料，形成反熔絲下層阻擋層，再在反熔絲下層阻擋層上淀積反熔絲Spacer材料，形成反熔絲Spacer膜層；

步驟六，對反熔絲Spacer膜層進行各向異性腐蝕，腐蝕的終點為反熔絲下層阻擋層，形成反熔絲Spacer；

步驟七，在反熔絲下層阻擋層上淀積反熔絲介質，形成反熔絲介質層，再在反熔絲介質層上淀積反熔絲上層阻擋材料，形成反熔絲上層阻擋層；

步驟八，對反熔絲進行光刻腐蝕，腐蝕終點為金屬間介質層，形成反熔絲介質層結構；