Mtm反熔丝制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路技术领域,尤其是一种MTM反熔丝制作方法。
【背景技术】
[0002]MTM (金属到金属)反熔丝工艺通常应用于FPGA和PR0M:类电子产品,这类电路具有灵活性好,保密性强、抗辐射性能优异等特点。根据实际需要对电路中反熔丝单元进行编程，从而实现电路功能和存储状态。在航天和军工领域应用前景十分广阔。
[0003]MTM反熔丝单元结构为在两层金属之间，该反熔丝单元材料由反熔丝介质层和两层电介质层构成,反熔丝介质分布在顶层金属到下层金属的通孔之间。
[0004]其工作原理是编程时使用预设的编程电压和编程电流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，形成具有较好电特性的导电通道，导电通道的建立意味数据信息编写完成。
[0005]MTM反熔丝结构的制作工艺中，在下层金属层淀积时同时将反熔丝介质材料和阻挡层材料(惰性金属)连续淀积,接着进行反熔丝光刻和刻蚀,形成反熔丝上极板；然后进行下层金属光刻和刻蚀形成F层金属和反熔丝结构；接着进行PES12淀积,反熔丝通孔光刻和刻蚀，此时反熔丝通孔底部刻蚀停止在阻挡层上；然后进行顶层金属淀积，通过顶层金属光刻和刻蚀,完成MTM反熔丝结构。
[0006]在含MTM反熔丝CMOS集成电路工艺中，通常在完成CMOS器件层后进行金属前介质淀积(PMD)和金属间介质层淀积(IMD)，在完成反熔丝下层金属淀积和阻挡层淀积后，进行反熔丝介质淀积和上阻挡层淀积，完成了淀积后对MTM反熔丝进行光刻腐蚀，形成MTM反熔丝结构。接着进行常规的上下金属膜层的光刻腐蚀,形成电路的逻辑布线；最后进行钝化淀积，形成保护层。其主要形成工艺流程如图1到图7所示:
第I步，如图1所示,在硅衬底与完成的器件层I上依次进行金属间介质层2淀积(IMD和下层金属层3淀积，形成器件层I与金属布线层之间的隔离，并完成通孔；
第2步,如图2所示,在下层金属层3上进行第一阻挡层4淀积,所述第一阻挡层4为惰性金属，用于防止后面淀积的反熔丝介质层5与下层金属层3发生反应,造成失效；
第3步，如图3所示，采用磁控溅射工艺方法在第一阻挡层4上进行反熔丝介质层5淀积，这层材料作为MTM反熔丝的介质材料；
第4步,如图4所示,进行第二阻挡层6淀积,所述第二阻挡层6为惰性金属,用于防止淀积的反熔丝介质层5与上层金属层8发生反应,造成失效；
第5步，如图5所示,进行MTM反熔丝光刻和腐蚀工艺，形成MTM反熔丝结构的上极板部分，刻蚀停止在第二阻挡层6上；
第6步,如图6所示,对下层金属层3进行光刻和腐蚀工艺,形成MTM反熔丝下极板部分,刻蚀停止在金属前介质层2上；
第7步，如图7所示,进行第二金属间介质层7淀积，再对其光刻和腐蚀工艺,形成通孔结构；最后进行上层金属层8淀积，并对上层金属层8进行光刻和腐蚀后,形成MTM反熔丝完整结构。
[0007]通过以....1;;: 7个主要工艺步骤形成的MTM反熔丝结构中，反熔丝介质层常采用常规的磁控溉射工艺来完成,其膜层击穿均匀性得不到保证，当整个集成电路大量采用MTM反熔丝,就会使得其击穿电压一致性情况变差,加上反熔丝介质淀积工艺存在的离散性，电路编程成功率就会大打折扣。
【发明内容】
[0008]本发明要解决的技术问题是提供一种MTM反熔丝制作方法，能够提高MTM反熔丝的击穿电压--致性。
[0009]为了解决上述技术问题,本发明包括以F步骤:
A，在硅衬底与完成的器件层上依次进行金属间介质层淀积和下层金属层3淀积；
B,在下层金属层上进行第一阻挡层淀积,所述第一阻挡层为惰性金属，用于防止后面淀积的反熔丝介质层与下层金属层发生反应，造成失效；
C，采用磁控溅射工艺方法在第一阻挡层上进行反熔丝介质层淀积，这层材料作为MTM反熔丝的介质材料；
D,对反熔丝介质层进行SSE工艺处理，提高反熔丝介质层的非晶化程度；
E,进行第二阻挡层淀积,所述第二阻挡层为惰性金属，用于防止淀积的反熔丝介质层与上层金属层发生反应，造成失效；
F，进行MTM反熔丝光刻和腐蚀工艺，形成MTM反熔丝结构的上极板部分，刻蚀停止在第二阻挡层上；
G,对下层金属层进行光刻和腐蚀工艺,形成MTM反熔丝下极板部分,刻蚀停止在金属前介质层上；
H,进行第二金属间介质层淀积，再对其光刻和腐蚀工艺，形成通孔结构；最后进行上层金属层淀积,并对上层金属层进行光刻和腐蚀后，形成MTM反熔丝完整结构。
[0010]优选地,所述第一金属间介质层和第二金属间介质层为二氧化硅。
[0011]所述第二阻挡层所述惰性金属为TiW或Ti的化合物。
[0012]所述下层金属层和上层金属层为铝。
[0013]所述反熔丝介质层为硅或其化合物。
[0014]本发明的有益技术效果是对反熔丝介质材料进行SSE工艺处理,能够大幅改善反熔丝非晶化程度，提高反熔丝介质层的击穿一致性。2,加工工艺简单，可控性强,具有很强的可操作性。3,有利于电路编程一次成功率的提高。
【附图说明】
[0015]图1到图7为传统MTM反熔丝制作方法；
图8到图15为本发明所述MTM反熔丝制作方法。
【具体实施方式】
[0016]本发明所列举的实施例,只是用于帮助理解本发明，不应理解为对本发明保护范围的限定,对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明思想的前提下，还可以对本发明进行改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护的范围内。
[0017] 本发明包括以下步骤:
A，如图8所示，在符合SEMI标准厚度的硅衬底与器件层I上采用PECVD (等离子体增强化学气相淀积)方法进行金属间介质层2淀积(IMD)，本实施例中金属间介质层为二氧化硅,厚度为500nm?1200nm,接着采用磁控溅射方式将下层金属材料,如铝淀积到金属间介质层2上，厚度为400nm~800nm,形成卜层金属层3 ；
B,如图9所示,在下层金属层3上进行第一阻挡层4淀积，所述第一阻挡层4为惰性金属，最好为TiW (钨化钛)或Ti (钛)的化合物，厚度为20nra~300nra,用于防止后面淀积的反熔丝介质层5与下层金属层3发生反应,造成失效；
C,如图10所示，采用磁控溅射工艺方法在第一阻挡层4上进行反熔丝介质层5淀积，厚度为30nm~150nm，所述反熔丝介质层5材料为硅或其化合物,这层材料作为MTM反熔丝的介质材料；
D,如图11所示,对反熔丝介质层5进行SSE工艺处理,提高反熔丝介质层5的非晶化程度。就是将反熔丝介质层5放置于Ar气环境中，在射频作用下产生等离子体,通过大量高能量等离子体的轰击，使得反熔丝介质层5中的硅原子获得一定的能力,变得活跃起来，长程无序的现象加强,从而让反熔丝介质层5的非晶化程度升高；
E,如图12所示,进行第二阻挡层6淀积,所述第二阻挡层6材料和第一阻挡层4材质相同，用于防止淀积的反熔丝介质层5与....t层金属层8发生反应，造成失效；
F，如图13所示，进行MTM反熔丝光刻和腐蚀工艺,形成MTM反熔丝结构的上极板部分，刻蚀停止在第二阻挡层6上；
G,如图14所示,对下层金属层3进行光刻和腐蚀工艺,形成MTM反熔丝下极板部分,刻蚀停止在金属间介质层2上；
H,如图15所示,采用PECVD方法进行第二金属间介质层7淀积，厚度为500nm~1200nm,再对其光刻和腐蚀工艺，形成通孔结构；最后采用磁控溅射工艺方法进行上层金属层8淀积，厚度为400nm?800nm,并对上层金属层8进行光刻和腐蚀后,形成MTM反熔丝完整结构。
【主权项】
1.MTM反熔丝制作方法,其特征在于,包括以下步骤: A,在硅衬底与完成的器件层(I)上依次进行第一金属间介质层(2)淀积和下层金属层(3)淀积； B,在下层金属层(3)上进行第一阻挡层(4)淀积,所述第一阻挡层(4)为惰性金属，用于防止后面淀积的反熔丝介质层(5)与下层金属层(3)发生反应，造成失效； C,采用磁控溅射工艺方法在第一阻挡层(4)上进行反熔丝介质层(5)淀积,这层材料作为MTM反熔丝的介质材料； D，对反熔丝介质层(5)进行SSE工艺处理,提高反熔丝介质层(5)的非晶化程度； E,进行第二阻挡层(6)淀积，所述第二阻挡层(6)为惰性金属,用于防止淀积的反熔丝介质层(5)与上层金属层(8)发生反应,造成失效； F，进行MTM反熔丝光刻和腐蚀工艺，形成MTM反熔丝结构的上极板部分，刻蚀停止在第二阻挡层(6)上； G,对下层金属层(3)进行光刻和腐蚀工艺,形成MTM反熔丝下极板部分，刻蚀停止在第一金属间介质层(2)上； H,进行第二金属间介质层(7)淀积,再对其光刻和腐蚀工艺,形成通孔结构；最后进行上层金属层(8)淀积，并对上层金属层(8)进行光刻和腐蚀后，形成MTM反熔丝完整结构。2.根据权利要求1所述的MTM反熔丝制作方法,其特征在于,所述第一金属间介质层(2)和第二金属间介质层(7)为二氧化硅。3.根据权利要求1所述的MTM反熔丝制作方法,其特征在于,所述F层金属层(3)和上层金属层(8)为铝。4.根据权利要求1所述的MTM反熔丝制作方法,其特征在于,所述第二阻挡层(6)所述惰性金属为TiW或Ti的化合物。5.根据权利要求1所述的MTM反熔丝制作方法，其特征在于，所述反熔丝介质层(5)为硅或其化合物。
【专利摘要】本发明涉及集成电路技术领域，尤其是一种MTM反熔丝制作方法。包括以下步骤：A，在硅衬底与完成的器件层上依次进行金属间介质层淀积和下层金属层淀积；B，进行第一阻挡层淀积；C，进行反熔丝介质层淀积；D，对反熔丝介质层进行SSE工艺处理，提高反熔丝介质层的非晶化程度；E，进行第二阻挡层淀积；F，进行MTM反熔丝光刻和腐蚀工艺，形成MTM反熔丝结构的上极板部分；G，对下层金属层进行光刻和腐蚀工艺，形成MTM反熔丝下极板部分；H，进行第二金属间介质层淀积和上层金属层淀积，并对上层金属层进行光刻和腐蚀后，形成MTM反熔丝完整结构。本发明能够大幅改善反熔丝非晶化程度，提高反熔丝介质层的击穿一致性。
【IPC分类】H01L21/768, H01L23/525
【公开号】CN104900586
【申请号】CN201510198716
【发明人】徐海铭, 郑若成, 王印权, 郑良晨, 洪根深, 汤赛楠
【申请人】中国电子科技集团公司第五十八研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月23日