[发明专利]一种基于ONO介质的MTM型反熔丝单元的制备工艺及结构

说明书

本发明公开一种基于ONO介质的MTM型反熔丝单元的制备工艺及结构，属于微电子工艺制造领域。提供衬底，并在其表面依次制作中间金属布线、反熔丝底层金属和底层金属阻挡层；进行MTM反熔丝ONO叠层介质的淀积；进行顶层金属阻挡层的淀积；对ONO叠层介质和顶层金属阻挡层进行光刻和腐蚀，形成岛状反熔丝结构；淀积金属层间介质IMD，所述金属层间介质IMD包覆所述ONO叠层介质和所述顶层金属阻挡层；进行反熔丝通孔的光刻、通孔Via的淀积并进行CMP平坦化；淀积反熔丝顶层金属，并光刻、腐蚀，形成反熔丝上电极。本发明采用新型的MTM反熔丝介质工艺，显著降低反熔丝单元编程电流，减小反熔丝存储单元Bitcell的版图面积，提升反熔丝存储单元的集成度10倍以上。

技术领域

本发明涉及微电子工艺制造技术领域，特别涉及一种基于ONO介质的MTM型反熔丝单元的制备工艺及结构。

背景技术

MTM反熔丝单元作为OTP(One Time Programming，一次可编程)器件，通常应用于FPGA、PROM类等电路产品中，根据实际需要对电路中反熔丝单元进行编程，实现电路的逻辑功能或存储功能。这类MTM反熔丝电路具有抗辐射性能优异、保密性强、灵活性好等特点，在航空航天和军工领域应用前景十分广阔。

如图1所示，MTM反熔丝单元结构位于电路两层金属布线之间，由反熔丝介质层和上下两侧的电介质阻挡层及反熔丝上下金属电极构成；其工作原理是：编程时使用预设的编程电压和编程电流施加在反熔丝的上下电极之间，在较短的时间内(毫秒级)使反熔丝介质薄膜熔穿，形成具有良好电特性和可靠性的导电通道，导电通道的建立意味数据信息烧写的完成。

传统的MTM反熔丝介质是采用非晶硅，编程后电阻的大小受编程电流的控制，一般情况下，反熔丝单元在10mA编程电流下进行编程后，反熔丝电阻由未编程的200M欧姆以上转变为70欧姆左右的电阻。由于非晶硅介质的MTM反熔丝单元电阻受编程电流控制，作为存储器单元的反熔丝编程电流一般不能小于5mA，否则编程后的反熔丝电阻长期可靠性受到影响。在制作大容量(1M bit)的反熔丝存储器时，编程限流管的面积成为关键。因此，寻求能够在小电流(1mA)左右进行编程，并且编程电阻小于100欧姆的反熔丝介质成为制作大容量反熔丝存储器的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于ONO介质的MTM型反熔丝单元的制备工艺及结构，以解决传统MTM反熔丝存储器容量小、芯片面积大、编程功耗高的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于ONO介质的MTM型反熔丝单元的制备工艺，包括：

提供衬底，并在其表面依次制作MOS器件层次及中间金属布线、反熔丝底层金属和底层金属阻挡层；

进行MTM反熔丝ONO叠层介质的淀积；

进行顶层金属阻挡层的淀积；

对ONO叠层介质和顶层金属阻挡层进行光刻和腐蚀，形成岛状反熔丝结构，并对反熔丝底层金属进行光刻和腐蚀，形成反熔丝下电极；

淀积金属层间介质IMD，所述金属层间介质IMD包覆所述ONO叠层介质和所述顶层金属阻挡层；

进行反熔丝通孔的光刻、通孔Via的淀积并进行CMP平坦化；

淀积反熔丝顶层金属，并光刻、腐蚀，形成反熔丝上电极。

可选的，进行MTM反熔丝ONO叠层介质的淀积包括：

在底层金属阻挡层表面淀积MTM反熔丝ONO叠层介质的第一层SiO2；

在第一层SiO2表面淀积MTM反熔丝ONO叠层介质的第二层SiN；

在第二层SiN表面淀积MTM反熔丝ONO叠层介质的第三层介质SiO2。