[发明专利]一种通孔下MTM反熔丝的制备方法

说明书

本发明公开一种通孔下MTM反熔丝的制备方法，属于半导体制造技术领域。首先在衬底材料上依次形成金属间介质层和下极板导电层，在所述下极板导电层表面淀积下极板阻挡层，在下极板阻挡层上形成凹槽窗口；然后在形成凹槽窗口的下极板阻挡层的表面淀积反熔丝膜层，在所述反熔丝膜层的表面淀积上极板阻挡层；刻蚀所述上极板阻挡层和所述反熔丝膜层；刻蚀所述下极板阻挡层和所述下极板导电层；通过钨塞填充通孔，再进行上极板导电层溅射。本发明基于通孔下反熔丝单元结构，工艺简单，成本低，工艺可靠性高，反熔丝单元编程击穿区域限制在凹槽窗口的台阶处，编程电流密度大，有利于编程后反熔丝单元工作可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种通孔下MTM反熔丝的制备方法。

背景技术

MTM反熔丝单元是一种一次性可编程器件，由上极板、反熔丝膜和下极板构成，一般集成在两层相邻金属之间。MTM反熔丝单元在编程时是通过电压使反熔丝膜层击穿，在合适电流下熔穿导通；其在编程前处于开路状态。因其具有优良的抗辐照特性，在航天领域应用前景广泛。

MTM反熔丝单元一般为平板结构，即在进行反熔丝单元上、下极板和反熔丝膜层淀积工艺时，其下部区域是平坦的，无台阶或者高低形貌存在。反熔丝单元一般有通孔下和通孔上两种结构，对于通孔下的反熔丝单元结构，其上、下极板金属层和反熔丝膜层均为平板，是典型的平板反熔丝单元结构；也有部分通孔下反熔丝单元结构的下极板和反熔丝膜层为平板结构，但在形成上极板前，首先淀积一层介质，然后对该介质刻蚀出一个窗口，再淀积上极板金属，这样上极板淀积时下部就存在台阶，为非平板的上电极；对于通孔上结构，反熔丝单元结构形成在通孔上，此结构工艺过程中，要求填充通孔的钨塞在化学机械抛光工艺(CMP)时凸出通孔表面，因此通孔上反熔丝单元结构中心区要高出四周，属于非平板结构。

MTM反熔丝单元结构形成于两层金属之间，传统的通孔下平板反熔丝单元结构工艺流程如下：首先进行反熔丝下层金属导电层和阻挡层淀积，再进行反熔丝膜层淀积，再进行上极板淀积，对上极板和MTM反熔丝膜叠层进行光刻腐蚀，形成MTM反熔丝结构，之后兼容常规CMOS集成电路工艺。其主要形成工艺如图1(a)～图1(g)所示：

图1(a)为第一步：在衬底1上依次形成介质层2和下极板导电层3；

图1(b)为第二步：接着进行下极板阻挡层4淀积；

图1(c)为第三步：淀积反熔丝膜5；

图1(d)为第四步：淀积上极板阻挡层6；

图1(e)为第五步：采用光刻胶掩模，对反熔丝单元进行图形刻蚀，刻蚀上极板阻挡层6和反熔丝膜5，刻蚀停止在下极板阻挡层4上；

图1(f)为第六步：采用光刻胶掩模，进行下极板阻挡层4和下极板导电层3图形刻蚀，形成MTM反熔丝下极板，刻蚀停止在介质层2上；

图1(g)为第七步：进行布线介质淀积，在并通过化学机械抛光实现平坦化，采用光刻胶掩模，进行通孔光刻和刻蚀，通过钨塞7进行通孔填充；通过化学机械抛光后，再进行上极板导电层8溅射，通过光刻和刻蚀工艺，形成上极板导电层引出，完成MTM反熔丝完整结构制作。

反熔丝单元器件制作完成后，后期需要对反熔丝单元进行编程特性评价，包括编程良率、编程后可靠性是反熔丝单元器件的重要特性指标，这和反熔丝单元编程电流或者电流密度密切相关。采用平板结构的反熔丝单元编程电流通路具有不确定性，可以发生在平板面的各个区域或者均匀的分布在平板区域。编程区域的不确定性给反熔丝单元可靠性带来隐患，而编程电流均匀分布则又造成编程电流密度过小，会出现编程不彻底现象，从而进一步影响编程电阻后期工作的可靠性。在国外的一些反熔丝单元结构中，通孔下结构有在反熔丝膜层上开窗口的做法，可以有效地限制编程击穿位置和提升编程电流密度，但是这种窗口形成的等离子体或者物理轰击刻蚀工艺存在对反熔丝膜层带来损伤的风险，通孔上反熔丝单元结构工艺，可以限制编程击穿位置和提升电流密度，但造成了工艺复杂度和成本的显著增加。