專利名稱：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制備方法，特別涉及一種包括熔絲的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體工藝的微小化以及復(fù)雜度的提高，半導(dǎo)體器件也變得更容易受各種缺陷或雜質(zhì)所影響，而單一金屬連線、二極管或晶體管等的失效往往即構(gòu)成整個芯片的缺陷。 因此為了解決這個問題，現(xiàn)有技術(shù)便會在集成電路中形成一些可熔斷的連接線(fusible links)，也就是熔絲(fuse)，以確保集成電路的可利用性。一般而言，熔絲連接集成電路中的冗余電路，一旦檢測發(fā)現(xiàn)電路具有缺陷時，這些連接線就可用于修復(fù)或取代有缺陷的電路。另外，目前的熔絲設(shè)計還提供程序化的功能，即先將電路和器件陣列以及程序化電路在芯片上加工好，再由外部進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入， 通過程序化電路熔斷熔絲來設(shè)計希望的電路。一個典型例子是用于可編程只讀存儲器 (Programmable Read Only Memory，PROM)，通過熔斷熔絲產(chǎn)生斷路完成信息“ 1”的寫入， 而未斷開的熔絲保持連接狀態(tài)，即為狀態(tài)“0”。而從操作方式來說，熔絲大致分為激光熔絲 (Iaserfuse)和電熔絲(efuse)兩種。所謂激光熔絲是通過激光切割的步驟來切斷；所謂電熔絲是通過足夠大的電流來切斷或燒斷。專利公告號為CN1992255B的中國專利提供了一種電熔線及其形成方法，如圖1所示，包括淺溝槽隔離區(qū)20、介電層24、介電層34、金屬線38、多晶硅長條22、接觸栓塞狹窄部分SO1和接觸栓塞較寬區(qū)域302，其中多晶硅長條22設(shè)置在淺溝槽隔離區(qū)20的中部，淺溝槽隔離區(qū)20上設(shè)置有介電層24，介電層24的厚度大于多晶硅長條22的厚度，接觸栓塞包括狹窄部分SO1和較寬區(qū)域302，接觸栓塞設(shè)置在介電層24的接觸孔內(nèi)，介電層34設(shè)置在介電層24和接觸栓塞上，金屬線38設(shè)置在介電層34中的溝槽內(nèi)。上述技術(shù)中通過多晶硅長條22以使得接觸栓塞狹窄部分SO1的厚度變薄，從而減小熔斷電壓。但是上述技術(shù)中結(jié)構(gòu)和工藝都比較復(fù)雜，不能與現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造技術(shù)進(jìn)行兼容，成本高，且只能采用通電流的方式實現(xiàn)。為了使熔絲的熔斷區(qū)變薄，專利號為US6753210B2的美國專利提供了一種技術(shù)方案，該技術(shù)方案中的熔絲位于一個溝槽中，且熔斷區(qū)位于溝槽的側(cè)壁，通過使溝槽側(cè)壁的熔絲厚度小于溝槽底部的熔絲厚度，來使得熔斷區(qū)的厚度變??；專利公開號為 US2010/0109122A1的美國專利申請?zhí)峁┝肆硪环N解決方案，該技術(shù)方案中是對金屬層進(jìn)行減薄處理，以使得熔斷區(qū)變薄。但是上述兩種技術(shù)中，都是先沉積金屬層，然后刻蝕，再對作為熔斷區(qū)的金屬層進(jìn)行減薄處理，這樣不但工藝復(fù)雜，而且減薄處理后的熔斷區(qū)厚度不均勻、且其厚度不容易精確控制，從而影響熔斷電流和熔斷時間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是，提供一種包括熔絲的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制備方法，在保證熔絲的熔斷區(qū)比較薄且均勻的同時，簡化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制備方法，且采用激光或電流的操作方式使熔絲熔斷。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括襯底和1層或多層互連結(jié)構(gòu)，所述互連結(jié)構(gòu)位于所述襯底上，其中頂層互連結(jié)構(gòu)包括多個底層金屬線，位于襯底或次頂層互連結(jié)構(gòu)上；多個接觸栓塞，位于所述底層金屬線上；層間介電層，位于所述底層金屬線和所述襯底或次頂層互連結(jié)構(gòu)上，所述層間介電層的下表面與所述底層金屬線的下表面位于同一平面，所述層間介電層的上表面與所述接觸栓塞的上表面位于同一平面；頂層金屬線，位于部分所述接觸栓塞上；金屬熔絲，包括陰極、陽極和熔斷區(qū)，其中所述陰極位于至少一個其余所述接觸栓塞上，所述陽極位于至少一個其余所述接觸栓塞上，所述陰極下的接觸栓塞和所述陽極下的接觸栓塞位于不同的底層金屬線上；所述熔斷區(qū)分別與所述陰極和所述陽極相連；絕緣層，位于所述頂層金屬線、所述金屬熔絲和所述層間介電層上?？蛇x地，所述熔斷區(qū)的寬度比所述陰極的寬度小，且所述熔斷區(qū)的寬度比所述陽極的寬度小。可選地，所述陰極和所述陽極以所述熔斷區(qū)為中心對稱?？蛇x地，所述陽極的寬度與所述熔斷區(qū)寬度的比值范圍包括1 10 1?？蛇x地，所述陰極的寬度與所述熔斷區(qū)寬度的比值范圍包括1 10 1?？蛇x地，所述底層金屬線和所述頂層金屬線的材質(zhì)包括銅、銅合金、鋁或鋁合金?？蛇x地，所述金屬熔絲的材質(zhì)包括銅、銅合金、鋁或鋁合金?？蛇x地，所述金屬熔絲的材質(zhì)與所述頂層金屬線的材質(zhì)相同?？蛇x地，所述金屬熔絲的厚度范圍包括500埃米 5000埃米?？蛇x地，所述接觸栓塞的材質(zhì)包括鎢、鋁、鋁合金、銅或銅合金。可選地，所述底層金屬線與所述層間介電層接觸的表面和/或所述栓塞與所述層間介電層接觸的表面還包括阻擋層。為解決上述問題，本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備方法，包括提供襯底； 在所述襯底上制備1層或多層互連結(jié)構(gòu)，在襯底上或次頂層互連結(jié)構(gòu)上制備頂層互連結(jié)構(gòu)，所述頂層互連結(jié)構(gòu)包括位于所述襯底或次頂層互連結(jié)構(gòu)上的多個底層金屬線、位于每個所述底層金屬線上的至少一個接觸栓塞、上表面與所述接觸栓塞位于同一表面且下表面與所述底層金屬線位于同一平面的層間介電層；所述制備頂層互連結(jié)構(gòu)還包括在部分所述接觸栓塞上形成頂層金屬線，在其余部分所述接觸栓塞上形成金屬熔絲，所述金屬熔絲，包括陰極、陽極和熔斷區(qū)，其中所述陰極位于至少一個所述接觸栓塞上，所述陽極位于至少一個所述接觸栓塞上，所述陰極下的接觸栓塞和所述陽極下的接觸栓塞位于不同的底層金屬線上；所述熔斷區(qū)分別與所述陰極和所述陽極相連； 在所述頂層金屬線、所述金屬熔絲和所述層間介電層上形成絕緣層?？蛇x地，所述底層金屬線和所述頂層金屬線的材質(zhì)包括銅、銅合金、鋁或鋁合金?？蛇x地，所述底層金屬線的材質(zhì)包括銅或銅合金；所述接觸栓塞的材質(zhì)包括鎢； 所述在襯底上或次頂層互連結(jié)構(gòu)上制備頂層互連結(jié)構(gòu)包括
在所述襯底或次頂層互連結(jié)構(gòu)上形成第一層間介電層；在所述第一層間介電層中形成多個溝槽，直至露出所述襯底或所述次頂層互連結(jié)構(gòu)；在所述 溝槽中沉積一層金屬以形成底層金屬線；在所述第一層間介電層和所述底層金屬線上形成第二層間介電層，所述第一層間介電層和所述第二層間介電層作為層間介電層；在每個所述底層金屬線上部的第二層間介電層中形成至少一個連通底層金屬線的溝槽，在所述溝槽中沉積一層金屬以形成接觸栓塞，且使所述接觸栓塞的上表面與所述第二層間介電層的上表面位于同一平面。可選地，所述在襯底上或次頂層互連結(jié)構(gòu)上制備頂層互連結(jié)構(gòu)還包括在所述底層金屬線與所述層間介電層接觸的表面和/或所述栓塞與所述層間介電層接觸的表面形成一層阻擋層?？蛇x地，所述底層金屬線的材質(zhì)包括鋁或鋁合金；所述在部分所述接觸栓塞上形成頂層金屬線，在其余部分所述接觸栓塞上形成金屬熔絲包括在所述接觸栓塞和所述層間介電層上沉積第一層金屬，通過刻蝕所述第一層金屬形成所述頂層金屬線；在所述頂層金屬線上沉積第二層金屬，通過刻蝕所述第二層金屬形成所述金屬熔絲。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為1)結(jié)構(gòu)簡單，熔絲厚度比較容易控制，并且熔絲厚度可以比較薄。充分利用現(xiàn)有半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的頂層互連結(jié)構(gòu)，來實現(xiàn)熔絲的功能，且更容易控制。2)工藝簡單，能與現(xiàn)有的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備方法進(jìn)行很好的兼容。3)由于熔絲位于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的上部，因此既可以使用低能量的激光來熔斷熔絲， 也可以通電流來熔斷熔絲。4)接觸栓塞與金屬熔絲的接觸為金屬對金屬的接觸，其可改善接觸并減少接觸阻抗，在接觸區(qū)域較少發(fā)生燒壞現(xiàn)象，所以程序化電壓及程序化時間較易控制。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)一種電熔線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖3是沿圖2中A-A，方向的截面圖；圖4是沿圖2中B-B，方向的截面圖；圖5是沿圖2中C-C’方向的截面圖；圖6是沿圖2中D-D，方向的截面圖；圖7至圖25是本發(fā)明實施例中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制備方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。正如背景技術(shù)所述，現(xiàn)有技術(shù)中為了得到較薄熔斷區(qū)的熔絲，需要進(jìn)行減薄處理， 這樣不但工藝復(fù)雜，而且減薄處理后的熔斷區(qū)厚度不均勻、且其厚度不容易精確控制，從而影響熔斷電流和熔斷時間。本發(fā)明提供了一種包括金屬熔絲的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，使金屬熔絲位于頂層互連結(jié)構(gòu)中，從而結(jié)構(gòu)簡單，熔絲厚度比較容易控制，并且熔絲厚度可以比較薄。由于熔絲位于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的上 部，因此既可以使用低能量的激光來熔斷熔絲，也可以通電流來熔斷熔絲。本發(fā)明還提供了一種包括金屬熔絲的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備方法，在制備頂層互連結(jié)構(gòu)中形成金屬熔絲，從而實現(xiàn)了與現(xiàn)有的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備方法的很好兼容，且可以精確控制熔絲的厚度和均勻性。下面結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。本實施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底和多層互連結(jié)構(gòu)，其中所述襯底可以包括多個 MOS器件，所述互連結(jié)構(gòu)位于所述襯底上。需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以只包括1層互連結(jié)構(gòu)，所述襯底也可以只包括1個MOS器件等等，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，頂層互連結(jié)構(gòu)以下的技術(shù)特征是熟知的，故在此不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍， 只要是包括互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)都不脫離本發(fā)明的精神。本發(fā)明中的頂層互連結(jié)構(gòu)是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中位于最上面的互連結(jié)構(gòu)，當(dāng)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括1層互連結(jié)構(gòu)時，該互連結(jié)構(gòu)就是頂層互連結(jié)構(gòu)，頂層互連結(jié)構(gòu)位于襯底上；當(dāng)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括多層互連結(jié)構(gòu)時，最上面的互連結(jié)構(gòu)是頂層互連結(jié)構(gòu)，頂層互連結(jié)構(gòu)下面的互連結(jié)構(gòu)是次頂層互連結(jié)構(gòu)，此時頂層互連結(jié)構(gòu)位于次頂層互連結(jié)構(gòu)上。本實施例中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括多層互連結(jié)構(gòu)，頂層互連結(jié)構(gòu)設(shè)置在次頂層互連結(jié)構(gòu)上，如圖2至圖6所示，其中頂層互連結(jié)構(gòu)包括多個底層金屬線8，位于次頂層互連結(jié)構(gòu)上；多個接觸栓塞5，位于所述底層金屬線8上；層間介電層7，位于所述底層金屬線8和所述次頂層互連結(jié)構(gòu)上，所述層間介電層 7的下表面與所述底層金屬線8的下表面位于同一平面，所述層間介電層7的上表面與所述接觸栓塞5的上表面位于同一平面；頂層金屬線6，位于部分所述接觸栓塞5上；金屬熔絲1，包括陰極2、陽極4和熔斷區(qū)3，其中所述陰極2位于至少一個其余所述接觸栓塞5上，所述其余所述接觸栓塞5就是指不包括位于頂層金屬線下的接觸栓塞 5的接觸栓塞5，所述陽極4位于至少一個其余所述接觸栓塞5上，所述陰極2下的接觸栓塞5和所述陽極4下的接觸栓塞5位于不同的底層金屬線8上；所述熔斷區(qū)3分別與所述陰極2和所述陽極4相連；絕緣層9(圖2中未示出)，位于所述頂層金屬線6、所述金屬熔絲1和所述層間介電層7上。本實施例中底層金屬線8的材質(zhì)優(yōu)選為銅或銅合金，但其它材料如鋁或鋁合金也可以使用，所述底層金屬線8與層間介電層7接觸的表面上還可以包括阻擋層，所述阻擋層的材質(zhì)為鈦、氮化鈦、鉭、或氮化鉭等；層間介電層7由低K或硅氮化物或硅氧化物制成，且層間介電層7的厚度等于底層金屬線8厚度和接觸栓塞5厚度之和。
本實施例中接觸栓塞5優(yōu)選是由鎢制成，但也可以使用鋁、銅或其它熟知的替代物及合金；接觸栓塞5的形狀不限于圓筒狀或柱狀，并可為平截頭體狀(frustum)。此外， 接觸栓塞5與層間介電層7接觸的表面上還可以包括材質(zhì)為鈦、氮化鈦、鉭、或氮化鉭的阻擋層。結(jié)合圖2至圖6可知，本實施例中所述陰極2位于3個所述接觸栓塞5上，所述 陽極 4位于3個所述接觸栓塞5上，所述頂層金屬線6位于2個所述接觸栓塞5上，且所述陰極 2下的接觸栓塞5和所述陽極4下的接觸栓塞5必位于不同的底層金屬線8上，而所述陰極2下的3個接觸栓塞5必位于同一底層金屬線8上，所述陽極4下的3個接觸栓塞5必位于同一底層金屬線8上，所述頂層金屬線6下的2個接觸栓塞5必位于同一底層金屬線 8上；所述熔斷區(qū)3直接位于層間介電層7上。本實施例中所述接觸栓塞5上是頂層金屬線6或金屬熔絲1。其中頂層金屬線6 位于部分接觸栓塞5上；金屬熔絲位于其余部分接觸栓塞5上。需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，所述陽極下的接觸栓塞的個數(shù)可以為1 個、2個、4個及4個以上；所述陰極下的接觸栓塞的個數(shù)可以為1個、2個、4個或4個以上； 所述頂層金屬線下的接觸栓塞的個數(shù)可以為1個、3個、4個或4個以上；所述陽極下的接觸栓塞的個數(shù)和所述陰極下的接觸栓塞的個數(shù)可以不相等；所述陽極下的接觸栓塞的個數(shù)和所述陰極下的接觸栓塞的個數(shù)相等，等等。所述接觸栓塞的個數(shù)越多，可使所述金屬熔絲的阻值越小，還可有導(dǎo)熱和散熱的功能，且多個接觸栓塞保證了良好的接觸性。本實施例中所述頂層金屬線6材質(zhì)的選擇范圍同所述底層金屬線8材質(zhì)的選擇范圍相同。本實施例中金屬熔絲1，包括陰極2、陽極4和熔斷區(qū)3，其中所述陰極2和所述陽極4以所述熔斷區(qū)3為中心對稱，且所述熔斷區(qū)3的寬度比所述陰極2/陽極4的寬度小。 所述寬度是指圖2中B-B’方向的尺寸。優(yōu)選地，所述陽極4的寬度與所述熔斷區(qū)3寬度的比值范圍包括1 10 1，所述陰極2的寬度與所述熔斷區(qū)3寬度的比值范圍包括1 10 1，如所述陽極4的寬度為所述熔斷區(qū)3的寬度的1倍、3倍、5倍或10倍，所述陰極 2的寬度為所述熔斷區(qū)3寬度的1倍、3倍、5倍或10倍。在本發(fā)明的其他實施例中，所述陰極和所述陽極可以不以所述熔斷區(qū)為中心對稱，如所述陰極的寬度大于或小于所述陽極的寬度；所述陰極的寬度、所述陽極的寬度和所述熔斷區(qū)的寬度可以都相同；所述陰極或/ 和陽極的形狀為圓形、半圓形或其他任意形狀等等。本實施例中金屬熔絲1的厚度范圍包括500埃米 5000埃米，具體為500埃米、 1000埃米、2000埃米、2500埃米、3000埃米、4000埃米或5000埃米。本實施例中金屬熔絲 1的材質(zhì)與所述頂層金屬線6的材質(zhì)相同，在本發(fā)明的其他實施例中，所述金屬熔絲1的材質(zhì)也可以與所述頂層金屬線6的材質(zhì)不同。需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，所述頂層金屬線的外表面上也可以包括金屬熔絲，但頂層金屬線上的金屬熔絲并不具有熔絲的功能，而是成為頂層金屬線的一部分。本實施例中絕緣層9可以由適當(dāng)?shù)慕^緣材料，例如SiN或SiO2形成，而更加優(yōu)選由SiN形成。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)可了解，圖2至圖6中各部分的具體尺寸可依設(shè)計所需及工藝極限而定。
為了制備包括圖2至圖6中所示的頂層互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，本實施例提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備方法，包括第一步，提供襯底，所述襯底包括多個MOS器件。需要 范圍。第二步，在所述襯底上制備多層互連結(jié)構(gòu)，其中在次頂層互連結(jié)構(gòu)上制備頂層互連結(jié)構(gòu)包括S100，在所述襯底或次頂層互連結(jié)構(gòu)上形成多個底層金屬線、多個接觸栓塞和層間介電層，其中所述底層金屬線位于所述次頂層互連結(jié)構(gòu)上，所述金屬栓塞位于所述底層金屬線上，所述層間介電層位于所述底層金屬線和所述次頂層互連結(jié)構(gòu)上，且所述層間介電層的下表面與所述底層金屬線的下表面位于同一平面，所述層間介電層的上表面與所述接觸栓塞的上表面位于同一平面；S200，在部分所述接觸栓塞上形成頂層金屬線，在其余部分所述接觸栓塞上形成金屬熔絲；所述金屬熔絲，包括陰極、陽極和熔斷區(qū)，其中所述陰極位于至少一個所述接觸栓塞上，所述陽極位于至少一個所述接觸栓塞上，所述陰極下的接觸栓塞和所述陽極下的接觸栓塞位于不同的底層金屬線上；所述熔斷區(qū)分別與所述陰極和所述陽極相連；S300，在所述頂層金屬線、所述金屬熔絲和所述層間介電層上形成絕緣層。需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，所述互連結(jié)構(gòu)可以只有1層，此時所述頂層互連結(jié)構(gòu)位于所述襯底上。下面以底層金屬線是銅、接觸栓塞的材質(zhì)為鎢、金屬熔絲和頂層金屬線的材質(zhì)都是鋁時為例，進(jìn)行詳細(xì)說明。首先執(zhí)行步驟S100，在所述次頂層互連結(jié)構(gòu)上形成多個底層金屬線、多個接觸栓塞和層間介電層，包括參見圖7所示的俯視圖和圖8所示的剖視圖，在所述次頂層互連結(jié)構(gòu)10上形成第一層間介電層11 ；參見圖9所示的俯視圖和圖10所示的剖視圖，在所述第一層間介電層11中形成多個溝槽，直至露出所述次頂層互連結(jié)構(gòu)10 ；參見圖11所示的俯視圖和圖12所示的剖視圖，在所述溝槽中沉積銅以形成底層金屬線12 ；參見圖13所示的俯視圖和圖14所示的剖視圖，在所述第一層間介電層11和所述底層金屬線12上形成第二層間介電層13，所述第一層間介電層11和所述第二層間介電層 13作為層間介電層；參見圖15所示的俯視圖和圖16所示的剖視圖，在每個所述底層金屬線12上部的第二層間介電層13中形成至少一個連通所述底層金屬線12的溝槽；參見圖17所示的俯視圖和圖18所示的剖視圖，在所述溝槽中沉積鎢以形成接觸栓塞14，且使所述接觸栓塞14的上表面與所述第二層間介電層13的上表面位于同一平面。其中，所述第一層間介電層11和所述第二層間介電層13由低K(介電常數(shù))或硅氮化物或硅氧化物制成。
其中，所述溝槽的形狀不限于圓筒狀或柱狀，并可為平截頭體狀(frustum)。在本發(fā)明的其他實施例中，在所述襯底或次頂層互連結(jié)構(gòu)上形成多個底層金屬線、多個接觸栓塞和層間介電層還可以包括在所述底層金屬線與所述層間介電層接觸的表面和/或所述栓塞與所述層間介電層接觸的表面形成一層阻擋層(圖中未示出)，所述阻擋層的材質(zhì)包括鈦、氮化鈦、鉭、或氮化鉭。接著執(zhí)行步驟S200，在部分所述接觸栓塞上形成頂層金屬線，在其余部分所述接觸栓塞上形成金屬熔絲；所述金屬熔絲，包括陰極、陽極和熔斷區(qū)，其中所述陰極位于至少一個所述接觸栓塞上，所述陽極位于至少一個所述接觸栓塞上，所述陰極下的接觸栓塞和所述陽極下的接觸栓塞位于不同的底層金屬線上；所述熔斷區(qū)分別與所述陰極和所述陽極相連。本實施例具體包括參見圖19所示的剖視圖，在所述接觸栓塞14和所述第二層間介電層13上沉積第一層鋁金屬15 ；參見圖20所示的剖視圖和圖21所示的俯視圖，通過刻蝕所述第一 層鋁金屬15形成所述頂層金屬線16，至少保證位于一個底層金屬線12上的接觸栓塞上的頂層金屬線16被刻蝕掉；參見圖22所示的剖視圖，在所述頂層金屬線16上沉積第二層鋁金屬17 ；參見圖23所示的剖視圖和圖24所示的俯視圖，通過刻蝕所述第二層鋁金屬17形成所述金屬熔絲18，所述金屬熔絲18的厚度范圍包括500埃米 5000埃米， 本實施例將位于頂層金屬線16表面(包括上表面和側(cè)表面)上的金屬熔絲刻蝕掉，且將位于接觸栓塞上的金屬熔絲刻蝕成圖2中金屬熔絲的形狀。需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，可以保留所述頂層金屬線表面上的金屬熔絲。但頂層金屬線上的金屬熔絲并不具有熔絲的功能，而是成為頂層金屬線的一部分。最后執(zhí)行步驟S300，參見25所示的剖視圖，在所述頂層金屬線16、所述金屬熔絲 18和所述層間介電層上形成絕緣層19。具體包括在所述頂層金屬線、16所述金屬熔絲18 和所述第二層間介電層13上沉積一層絕緣材質(zhì)，如SiN或SiO等，并通過化學(xué)機械研磨使所述絕緣層19的表面平坦化。上述步驟中涉及的沉積采用的是物理沉積、化學(xué)沉積或原子沉積；上述步驟中涉及的刻蝕采用的干法刻蝕或濕法刻蝕。需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，所述接觸栓塞的材質(zhì)還可以為鋁、銅或其它熟知的替代物及合金；所述底層金屬線的材質(zhì)還可以為銅合金、鋁或鋁合金等；所述頂層金屬線和所述金屬熔絲的材質(zhì)還可以為鋁合金、銅或銅合金等。當(dāng)材質(zhì)發(fā)生變化時，尤其是銅/銅合金和鋁/鋁合金之間的變化時，上述制備方法的步驟要發(fā)生相應(yīng)調(diào)整，如當(dāng)所底層金屬線為鋁或鋁合金時，就可以先在次頂層互連結(jié)構(gòu)上沉積一層鋁，然后通過刻蝕沉積的鋁以形成多個底層金屬線，接著才是在次頂層互連結(jié)構(gòu)和底層金屬線上形成層間介電層。這對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是熟知的技術(shù)，在此不再贅述。至此得到包括金屬熔絲的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。為了熔斷金屬熔絲，可采用以下兩種方式1)將激光投射到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的上表面，從而激光會穿過絕緣層而熔斷金屬熔絲， 由于本發(fā)明中金屬熔絲可以精確控制到很薄，因此需要較少能量的激光即可熔斷金屬熔絲，保證了使用激光的可靠性和良率的穩(wěn)定性。2)通過互連結(jié)構(gòu)使金屬熔絲的陰極連接到一個燒斷電壓上，金屬熔絲的陽極連接到一個具有選擇端的晶體管，當(dāng)編程信號或脈沖施加給所述選擇端時，電流將流過金屬熔絲，當(dāng)足夠大的電流持續(xù)一定時間時，就可以熔斷金屬熔絲。上述陰極和陽極可互換。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精 神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括襯底和1層或多層互連結(jié)構(gòu)，所述互連結(jié)構(gòu)位于所述襯底上， 其特征在于，其中頂層互連結(jié)構(gòu)包括多個底層金屬線，位于襯底或次頂層互連結(jié)構(gòu)上；多個接觸栓塞，位于所述底層金屬線上；層間介電層，位于所述底層金屬線和所述襯底或次頂層互連結(jié)構(gòu)上，所述層間介電層的下表面與所述底層金屬線的下表面位于同一平面，所述層間介電層的上表面與所述接觸栓塞的上表面位于同一平面；頂層金屬線，位于部分所述接觸栓塞上；金屬熔絲，包括陰極、陽極和熔斷區(qū)，其中所述陰極位于至少一個其余所述接觸栓塞上，所述陽極位于至少一個其余所述接觸栓塞上，所述陰極下的接觸栓塞和所述陽極下的接觸栓塞位于不同的底層金屬線上；所述熔斷區(qū)分別與所述陰極和所述陽極相連；絕緣層，位于所述頂層金屬線、所述金屬熔絲和所述層間介電層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述熔斷區(qū)的寬度比所述陰極的寬度小，且所述熔斷區(qū)的寬度比所述陽極的寬度小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述陰極和所述陽極以所述熔斷區(qū)為中心對稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述陽極的寬度與所述熔斷區(qū)寬度的比值范圍包括1 10 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述陰極的寬度與所述熔斷區(qū)寬度的比值范圍包括1 10 1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述底層金屬線和所述頂層金屬線的材質(zhì)包括銅、銅合金、鋁或鋁合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬熔絲的材質(zhì)包括銅、銅合金、招或招合金ο
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬熔絲的材質(zhì)與所述頂層金屬線的材質(zhì)相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬熔絲的厚度范圍包括 500埃米 5000埃米。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述接觸栓塞的材質(zhì)包括鎢、 鋁、鋁合金、銅或銅合金。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述底層金屬線與所述層間介電層接觸的表面和/或所述栓塞與所述層間介電層接觸的表面還包括阻擋層。
12.—種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備方法，包括提供襯底；在所述襯底上制備1層或多層互連結(jié)構(gòu)；在襯底上或次頂層互連結(jié)構(gòu)上制備頂層互連結(jié)構(gòu)，所述頂層互連結(jié)構(gòu)包括位于所述襯底或次頂層互連結(jié)構(gòu)上的多個底層金屬線、位于每個所述底層金屬線上的至少一個接觸栓塞、上表面與所述接觸栓塞位于同一表面且下表面與所述底層金屬線位于同一平面的層間介電層；其特征在于，所述制備頂層互連結(jié)構(gòu)還包括在部分所述接觸栓塞上形成頂層金屬線，在其余部分所述接觸栓塞上形成金屬熔絲， 所述金屬熔絲，包括陰極、陽極和熔斷區(qū)，其中所述陰極位于至少一個所述接觸栓塞上，所述陽極位于至少一個所述接觸栓塞上，所述陰極下的接觸栓塞和所述陽極下的接觸栓塞位于不同的底層金屬線上；所述熔斷區(qū)分別與所述陰極和所述陽極相連；在所述頂層金屬線、所述金屬熔絲和所述層間介電層上形成絕緣層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述底層金屬線和所述頂層金屬線的材質(zhì)包括銅、銅合金、鋁或鋁合金。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述底層金屬線的材質(zhì)包括銅或銅合金；所述接觸栓塞的材質(zhì)包括鎢；所述在襯底上或次頂層互連結(jié)構(gòu)上制備頂層互連結(jié)構(gòu)包括在所述襯底或次頂層互連結(jié)構(gòu)上形成第一層間介電層；在所述第一層間介電層中形成多個溝槽，直至露出所述襯底或所述次頂層互連結(jié)構(gòu)；在所述溝槽中沉積一層金屬以形成底層金屬線；在所述第一層間介電層和所述底層金屬線上形成第二層間介電層，所述第一層間介電層和所述第二層間介電層作為層間介電層；在每個所述底層金屬線上部的第二層間介電層中形成至少一個連通底層金屬線的溝槽，在所述溝槽中沉積一層金屬以形成接觸栓塞，且使所述接觸栓塞的上表面與所述第二層間介電層的上表面位于同一平面。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述在襯底上或次頂層互連結(jié)構(gòu)上制備頂層互連結(jié)構(gòu)還包括在所述底層金屬線與所述層間介電層接觸的表面和/或所述栓塞與所述層間介電層接觸的表面形成一層阻擋層。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述底層金屬線的材質(zhì)包括鋁或鋁合金；所述在部分所述接觸栓塞上形成頂層金屬線，在其余部分所述接觸栓塞上形成金屬熔絲包括在所述接觸栓塞和所述層間介電層上沉積第一層金屬，通過刻蝕所述第一層金屬形成所述頂層金屬線；在所述頂層金屬線上沉積第二層金屬，通過刻蝕所述第二層金屬形成所述金屬熔絲。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制備方法。所述結(jié)構(gòu)包括襯底和1層或多層互連結(jié)構(gòu)，其中頂層互連結(jié)構(gòu)包括多個底層金屬線；多個接觸栓塞；層間介電層；頂層金屬線；金屬熔絲，包括陰極、陽極和熔斷區(qū)，所述陰極位于至少一個其余所述接觸栓塞上，所述陽極位于至少一個其余所述接觸栓塞上，所述陰極下的接觸栓塞和所述陽極下的接觸栓塞位于不同的底層金屬線上，所述熔斷區(qū)分別與所述陰極和所述陽極相連；絕緣層。本發(fā)明結(jié)構(gòu)和工藝都很簡單，得到的熔絲厚度比較容易控制，并且熔絲厚度可以比較薄，既可以使用低能量的激光來熔斷熔絲，也可以通過電流來熔斷熔絲。
文檔編號H01L23/525GK102157491SQ20111005818
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者宗登剛, 彭樹根, 李樂, 韋慶松 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司