[發(fā)明專利]通孔上MTM反熔絲結(jié)構(gòu)及其制備工藝

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611178341.3
• 申請(qǐng)日: 2016-12-19
• 公開（公告）號(hào): CN106601718A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王印權(quán);鄭若成;洪根深;趙文彬;徐海銘;吳素貞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所
• 主分類號(hào): H01L23/525
• 分類號(hào): H01L23/525;H01L21/768
• 代理公司: 總裝工程兵科研一所專利服務(wù)中心32002
• 代理人: 楊立秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種反熔絲結(jié)構(gòu)及其制備工藝，尤其是一種通孔上MTM反熔絲結(jié)構(gòu)及其制備工藝，屬于微電子的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

MTM反熔絲通常應(yīng)用于FPGA和PROM類電路產(chǎn)品，根據(jù)實(shí)際需要對(duì)電路中反熔絲單元進(jìn)行編程，從而實(shí)現(xiàn)電路的邏輯功能或存儲(chǔ)功能。這類電路具有保密性強(qiáng)、靈活性好、非易失性等特點(diǎn)，在航空航天和軍工領(lǐng)域應(yīng)用前景十分廣闊。

MTM反熔絲單元結(jié)構(gòu)位于電路兩層金屬布線之間，該反熔絲單元由反熔絲介質(zhì)層、兩層電介質(zhì)阻擋層及反熔絲上下電極構(gòu)成，反熔絲單元分布在頂層金屬到頂層通孔之間，其工作原理是：編程時(shí)使用預(yù)設(shè)的編程電壓和編程電流加在反熔絲的上下電極之間，在較短的時(shí)間內(nèi)(毫秒級(jí))使反熔絲介質(zhì)薄膜熔穿，形成具有良好電特性和可靠性的導(dǎo)電通道，導(dǎo)電通道的建立意味數(shù)據(jù)信息燒寫的完成。

目前，MTM結(jié)構(gòu)包括通孔上反熔絲結(jié)構(gòu)和通孔下反熔絲結(jié)構(gòu)，已有的傳統(tǒng)通孔上MTM反熔絲結(jié)構(gòu)的制作工藝是：在頂層通孔填充后，采用CMP工藝除去多余的W(由于W(鎢)與SiO₂腐蝕速率的差異，W-CMP結(jié)束后，會(huì)出現(xiàn)W-Plug高出IMD的情況)，然后淀積MTM反熔絲的下阻擋層材料；淀積反熔絲介質(zhì)層材料；淀積反熔絲spacer(側(cè)墻)介質(zhì)材料，反熔絲spacer腐蝕；淀積反熔絲上阻擋層材料；然后進(jìn)行反熔絲光刻和刻蝕，形成反熔絲上極板；淀積氧化隔離層；進(jìn)行反熔絲接觸孔的光刻和腐蝕；淀積頂層金屬作為反熔絲的上電極；通過頂層金屬光刻和刻蝕，完成反熔絲結(jié)構(gòu)上電極引出。

該反熔絲結(jié)構(gòu)中，由于反熔絲上阻擋層金屬與頂層金屬的接觸孔工藝，導(dǎo)致反熔絲結(jié)構(gòu)工藝中增加了該工藝的光刻工序，并且對(duì)該光刻工藝具有極高的套刻精度要求，套刻偏差容易造成反熔絲上下電極短路失效；此外，由于接觸孔的存在，導(dǎo)致頂層金屬與MTM反熔絲的上阻擋層接觸面積減小，影響反熔絲的導(dǎo)電能力；反熔絲接觸孔形成的側(cè)壁氧化層是構(gòu)成MTM反熔絲結(jié)構(gòu)的一部分，該部分的存在增大了反熔絲結(jié)構(gòu)的橫向尺寸，影響反熔絲單元的集成度。

此外，反熔絲接觸孔的光刻工藝控制是反熔絲結(jié)構(gòu)工藝的關(guān)鍵點(diǎn)，光刻套刻精度等決定反熔絲的良率和可靠性，現(xiàn)有反熔絲結(jié)構(gòu)的制備工藝對(duì)光刻套刻精度要求高，工藝過程復(fù)雜，導(dǎo)致工藝成本增加。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種通孔上MTM反熔絲結(jié)構(gòu)及其制備工藝，其結(jié)構(gòu)緊湊，能減少光刻次數(shù)，工藝操作簡(jiǎn)單，降低工藝成本，提高集成度，提升反熔絲的可靠性。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述通孔上MTM反熔絲結(jié)構(gòu)，包括襯底以及位于所述襯底上的器件層；在所述器件層上壓蓋有熔絲封體，在所述熔絲封體內(nèi)設(shè)有熔絲下電極，在所述熔絲封體外設(shè)有熔絲上電極，所述熔絲上電極位于熔絲下電極的正上方；在所述熔絲上電極與熔絲下電極間設(shè)有反熔絲介質(zhì)結(jié)構(gòu)以及反熔絲底層阻擋體，所述反熔絲底層阻擋體在熔絲封體內(nèi)包裹熔絲下電極的頂端，反熔絲介質(zhì)結(jié)構(gòu)支撐于反熔絲底層阻擋體上，熔絲上電極支撐于反熔絲介質(zhì)結(jié)構(gòu)上。

所述熔絲下電極包括位于器件層上的器件層連接體以及位于所述器件層連接體上的填充連接柱，所述填充連接柱與器件層連接體相垂直，反熔絲底層阻擋體包裹填充連接柱的頂端，且在所述填充連接柱的外側(cè)還設(shè)有側(cè)墻，所述側(cè)墻位于反熔絲底層阻擋體上。

所述反熔絲介質(zhì)結(jié)構(gòu)包括位于反熔絲底層阻擋體上的反熔絲介質(zhì)體以及位于所述反熔絲介質(zhì)體上的反熔絲上層阻擋體，熔絲上電極位于反熔絲上層阻擋體上。

一種通孔上MTM反熔絲結(jié)構(gòu)的制備工藝，所述制備工藝包括如下步驟：

步驟1、提供具有器件層的襯底，并在所述器件層上裝置反熔絲下層金屬，所述反熔絲下層金屬覆蓋在器件層上，并與器件層電連接；

步驟2、對(duì)上述的反熔絲下層金屬進(jìn)行刻蝕，以在器件層上得到兩個(gè)相互分離的器件層連接體；在得到器件層連接體后，在器件層上淀積金屬間介質(zhì)層，所述金屬間介質(zhì)層覆蓋并壓蓋在器件層以及器件層連接體上；

步驟3、選擇性地掩蔽和刻蝕上述金屬間介質(zhì)層，以得到貫通金屬間介質(zhì)層的填充槽，所述填充槽位于器件層連接體的正上方；在得到填充槽后，在金屬間介質(zhì)層上方淀積得到反熔絲填充體，所述反熔絲填充體填充在填充槽內(nèi)并覆蓋在金屬間介質(zhì)層上，且反熔絲填充體與器件層連接體電連接；

步驟4、對(duì)上述的反熔絲填充體進(jìn)行CMP工藝，以去除覆蓋于金屬間介質(zhì)層上的反熔絲填充體，得到填充連接柱，所述填充連接柱垂直分布于器件層連接體上，且填充連接柱的頂端位于金屬間介質(zhì)層上方；