一種降低mtm反熔絲介質(zhì)漏電流的工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路的生產(chǎn)方法，具體地說(shuō)是一種用于體硅CMOS和SOI (絕緣體上硅)材料的MTM (金屬到金屬)反熔絲介質(zhì)反熔絲制作工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]MTM反熔絲工藝通常應(yīng)用于FPGA和PROM類電子產(chǎn)品，這類電路具有靈活性好，保密性強(qiáng)、抗輻射性能優(yōu)異等特點(diǎn)，有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]MTM反熔絲開(kāi)關(guān)構(gòu)建在兩層金屬之間，這就是所謂的MTM反熔絲。該反熔絲材料由反熔絲介質(zhì)層和電介質(zhì)層構(gòu)成，反熔絲夾在頂層金屬(如金屬2)和用來(lái)連接的下層金屬(如金屬I)到頂層金屬的通孔(via-plug)之間。
[0004]其主要的工作原理是采用大于反熔絲介質(zhì)擊穿電壓的編程電壓加在反熔絲的上下電極之間，在較短時(shí)間內(nèi)(毫秒級(jí))使反熔絲介質(zhì)薄膜擊穿，形成導(dǎo)電通道，此導(dǎo)電通道具有良好的電連接特性。通過(guò)以上過(guò)程使原來(lái)隔離的電路連接狀態(tài)變化為導(dǎo)通連接狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電路功能和存儲(chǔ)狀態(tài)的編程。由于反熔絲結(jié)構(gòu)是平板電容結(jié)構(gòu)，其面積的大小直接影響電容值的大小和漏電流的大小，因此采用先進(jìn)工藝/特征尺寸縮小的過(guò)孔尺寸將減小反熔絲尺寸，從而減小互聯(lián)電容更有利于提高集成電路集成度和速度。
[0005]MTM反熔絲結(jié)構(gòu)的制作工藝中，通常采用反熔絲介質(zhì)作為介質(zhì)材料，在第一金屬層淀積時(shí)同時(shí)將反熔絲介質(zhì)材料和阻擋層材料(惰性金屬:與反熔絲介質(zhì)在工藝制程條件下不發(fā)生化合反應(yīng))同時(shí)淀積，接著進(jìn)行反熔絲光刻和刻蝕，形成反熔絲極板；然后進(jìn)行第一金屬層光刻和刻蝕形成金屬和反熔絲結(jié)構(gòu)；接著進(jìn)行PESi02淀積，進(jìn)行反熔絲通孔光刻和刻蝕，此時(shí)反熔絲通孔底部停止在阻擋層上；然后進(jìn)行第二金屬層淀積，通過(guò)第二金屬層光刻和刻蝕后形成完成MTM反熔絲結(jié)構(gòu)。
[0006]在含MTM反熔絲CMOS集成電路工藝中，通常在完成CMOS器件層后進(jìn)行金屬前介質(zhì)淀積(PMD)，在完成接觸孔后進(jìn)行第一金屬淀積，阻擋層淀積，反熔絲介質(zhì)淀積，阻擋層淀積，光刻MTM反熔絲，通過(guò)腐蝕工藝形成MTM反溶絲結(jié)構(gòu)，進(jìn)行第一金屬層光刻腐蝕形成第一金屬層布線層；最后進(jìn)行金屬間介質(zhì)淀積(IMD)，通孔光刻與腐蝕后形成通孔，進(jìn)行第二金屬層淀積，第二金屬層光刻與腐蝕后形成第二金屬層布線層次。其主要形成工藝流程如圖1~圖7所示:
第I步，如圖1所示，在硅襯底與完成的器件層I上依次進(jìn)行金屬間介質(zhì)層2淀積(IMD)和下層金屬層3淀積，形成器件層I與金屬布線層之間的隔離，并完成通孔；
第2步，如圖2所示，在下層金屬層3上進(jìn)行第一阻擋層4淀積，所述第一阻擋層4為惰性金屬，用于防止后面淀積的反熔絲介質(zhì)層5與下層金屬層3發(fā)生反應(yīng)，造成失效；
第3步，如圖3所示，采用磁控濺射工藝方法在第一阻擋層4上進(jìn)行反熔絲介質(zhì)層5淀積，這層材料作為MTM反熔絲的介質(zhì)材料；
第4步，如圖4所示，進(jìn)行第二阻擋層6淀積，所述第二阻擋層6為惰性金屬，用于防止淀積的反熔絲介質(zhì)層5與上層金屬層8發(fā)生反應(yīng)，造成失效； 第5步，如圖5所示，進(jìn)行MTM反熔絲光刻和腐蝕工藝，形成MTM反熔絲結(jié)構(gòu)的上極板部分，刻蝕停止在第二阻擋層6上；
第6步，如圖6所示，對(duì)下層金屬層3進(jìn)行光刻和腐蝕工藝，形成MTM反熔絲下極板部分，刻蝕停止在金屬前介質(zhì)層2上；
第7步，如圖7所示，進(jìn)行第二金屬間介質(zhì)層7淀積，再對(duì)其光刻和腐蝕工藝，形成通孔結(jié)構(gòu)；最后進(jìn)行上層金屬層8淀積，并對(duì)上層金屬層8進(jìn)行光刻和腐蝕后，形成MTM反熔絲完整結(jié)構(gòu)。
[0007]通過(guò)以上主要的7個(gè)工藝過(guò)程形成了 MTM反熔絲結(jié)構(gòu)。但采用這種工藝形成的MTM反熔絲結(jié)構(gòu)，其漏電流大，當(dāng)整個(gè)集成電路采用大量的MTM反熔絲，其漏電流將巨大，無(wú)法滿足電路應(yīng)用要求，加上反熔絲介質(zhì)淀積工藝存在的離散性，通常情況下電路的靜態(tài)工作電流大，成品率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種降低MTM反熔絲介質(zhì)漏電流的工藝方法，在相同的擊穿電壓下?lián)碛懈偷穆╇娞匦裕岣呒呻娐樊a(chǎn)品的成品率。
[0009]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明包括如下步驟:
A，在硅襯底與完成的器件層(I)上依次進(jìn)行第一金屬前介質(zhì)層(2)淀積和下層金屬層
(3)淀積;
B，在下層金屬層(3)上進(jìn)行第一阻擋層(4)淀積，所述第一阻擋層(4)為惰性金屬，用于防止后面淀積的反熔絲介質(zhì)層(5)與下層金屬層(3)發(fā)生反應(yīng)，造成失效；
C，采用磁控濺射工藝方法在第一阻擋層(4)上進(jìn)行反熔絲介質(zhì)層(5)淀積，這層材料作為MTM反熔絲的介質(zhì)材料；
D，對(duì)反熔絲介質(zhì)層(5)進(jìn)行氧離子處理工藝，形成二氧化硅層(8);
E，進(jìn)行第二阻擋層(6)淀積，所述第二阻擋層(6)為惰性金屬，用于防止淀積的反熔絲介質(zhì)層(5)與上層金屬層(9)發(fā)生反應(yīng)，造成失效；
F，進(jìn)行MTM反熔絲光刻和腐蝕工藝，將部分二氧化硅層(8)和反熔絲介質(zhì)層(5)腐蝕掉，形成MTM反熔絲結(jié)構(gòu)的上極板部分，刻蝕停止在第一阻擋層(4)上；
G，對(duì)下層金屬層(3)進(jìn)行光刻和腐蝕工藝，形成MTM反熔絲下極板部分，刻蝕停止在第一金屬前介質(zhì)層(2)上；
H，進(jìn)行第二金屬間介質(zhì)層(7)淀積，再對(duì)其光刻和腐蝕工藝，形成通孔結(jié)構(gòu)；最后進(jìn)行上層金屬層(9 )淀積，并對(duì)上層金屬層(9 )進(jìn)行光刻和腐蝕后，形成MTM反熔絲完整結(jié)構(gòu)。
[0010]優(yōu)選地，所述第一金屬間介質(zhì)層和第二金屬間介質(zhì)層為二氧化娃。
[0011]所述第二阻擋層所述惰性金屬為TiW或Ti的化合物。
[0012]所述下層金屬層和上層金屬層為銷。
[0013]所述反熔絲介質(zhì)層為硅或其化合物。
[0014]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:1，對(duì)反熔絲介質(zhì)材料進(jìn)行氧離子處理工藝，具有良好的電學(xué)隔離特性；2，能夠大幅改善反熔絲介質(zhì)的漏電特性，降低集成電路的靜態(tài)電流；3，加工工藝簡(jiǎn)單，可控性強(qiáng)，具有很強(qiáng)的操作性。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1到圖7為傳統(tǒng)MTM反熔絲制作方法；
圖8到圖15為本發(fā)明所述MTM反熔絲制作方法。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明所列舉的實(shí)施例，只是用于幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明思想的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
[0017]如圖1所示，
本發(fā)明包括以下步驟:
A，如圖8所示，在SEMI標(biāo)準(zhǔn)厚度的硅襯底與器件層I上采用PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積)方法進(jìn)行金屬前介質(zhì)層2淀積(PMD)，本實(shí)施例中金屬前介質(zhì)層為二氧化娃，厚度為500nm~1200nm，接著采用磁控派射方式將下層金屬材料，如銷淀積到金屬間介質(zhì)層2上，厚度為400nm~800nm，形成下層金屬層3 ；
B，如圖9所示，在下層金屬層3上進(jìn)行第一阻擋層4淀積，所述第一阻擋層4為惰性金屬，最好為TiW (鎢化鈦)或Ti (鈦)的化合物，厚度為20nm~300nm，用于防止后面淀積的反熔絲介質(zhì)層5與下層金屬層3發(fā)生反應(yīng)，造成失效；
C，如圖10所示，采用磁控濺射工藝方法在第一阻擋層4上進(jìn)行反熔絲介質(zhì)層5淀積，厚度為30nm~150nm，所述反恪絲介質(zhì)層5材料為娃或其化合物，這層材料作為MTM反恪絲的介質(zhì)材料；
D，如圖11所示，對(duì)反熔絲介質(zhì)層5進(jìn)行氧離子處理工藝，形成二氧化硅層8，厚度為Inm?5nm ；
E，如圖12所示，進(jìn)行第二阻擋層6淀積，所述第二阻擋層6材料和第一阻擋層4材質(zhì)相同，用于防止淀積的反熔絲介質(zhì)層5與上層金屬層9發(fā)生反應(yīng)，造成失效；
F，進(jìn)行MTM反熔絲光刻和腐蝕工藝，將部分二氧化硅層8和反熔絲介質(zhì)層5腐蝕掉，形成MTM反熔絲結(jié)構(gòu)的上極板部分，刻蝕停止在第一阻擋層4上；
G，如圖14所示，對(duì)下層金屬層3進(jìn)行光刻和腐蝕工藝，形成MTM反熔絲下極板部分，刻蝕停止在第一金屬前介質(zhì)層2上；
H，如圖15所示，采用PECVD方法進(jìn)行第二金屬間介質(zhì)層7淀積，厚度為1080~1320nm，再對(duì)其光刻和腐蝕工藝，形成通孔結(jié)構(gòu)；最后采用磁控濺射工藝方法進(jìn)行上層金屬層9淀積，厚度為450nm~1200nm，并對(duì)上層金屬層9進(jìn)行光刻和腐蝕后，形成MTM反恪絲完整結(jié)構(gòu)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種降低MTM反熔絲介質(zhì)漏電流的工藝方法，其特征在于，包括以下步驟: A，在硅襯底與完成的器件層(I)上依次進(jìn)行第一金屬前介質(zhì)層(2)淀積和下層金屬層(3)淀積; B，在下層金屬層(3)上進(jìn)行第一阻擋層(4)淀積，所述第一阻擋層(4)為惰性金屬，用于防止后面淀積的反熔絲介質(zhì)層(5)與下層金屬層(3)發(fā)生反應(yīng)，造成失效； C，采用磁控濺射工藝方法在第一阻擋層(4)上進(jìn)行反熔絲介質(zhì)層(5)淀積，這層材料作為MTM反熔絲的介質(zhì)材料； D，對(duì)反熔絲介質(zhì)層(5)進(jìn)行氧離子處理工藝，形成二氧化硅層(8); E，進(jìn)行第二阻擋層(6)淀積，所述第二阻擋層(6)為惰性金屬，用于防止淀積的反熔絲介質(zhì)層(5)與上層金屬層(9)發(fā)生反應(yīng)，造成失效； F，進(jìn)行MTM反熔絲光刻和腐蝕工藝，將部分二氧化硅層(8)和反熔絲介質(zhì)層(5)腐蝕掉，形成MTM反熔絲結(jié)構(gòu)的上極板部分，刻蝕停止在第一阻擋層(4)上； G，對(duì)下層金屬層(3)進(jìn)行光刻和腐蝕工藝，形成MTM反熔絲下極板部分，刻蝕停止在第一金屬前介質(zhì)層(2)上； H，進(jìn)行第二金屬間介質(zhì)層(7)淀積，再對(duì)其光刻和腐蝕工藝，形成通孔結(jié)構(gòu)；最后進(jìn)行上層金屬層(9 )淀積，并對(duì)上層金屬層(9 )進(jìn)行光刻和腐蝕后，形成MTM反熔絲完整結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低MTM反熔絲介質(zhì)漏電流的工藝方法，其特征在于，所述第一金屬前介質(zhì)層(2)和第二金屬間介質(zhì)層(7)為二氧化娃。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低反熔絲介質(zhì)漏電流的工藝方法，其特征在于，所述下層金屬層(3)和上層金屬層(9)為銷。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低MTM反熔絲介質(zhì)漏電流的工藝方法，其特征在于，所述第二阻擋層(6)所述惰性金屬為TiW或Ti的化合物。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低MTM反熔絲介質(zhì)漏電流的工藝方法，其特征在于，所述反熔絲介質(zhì)層(5)為硅或其化合物。
【專利摘要】本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種MTM反熔絲制作方法。包括以下步驟：A，在硅襯底與完成的器件層上依次進(jìn)行金屬間介質(zhì)層淀積和下層金屬層淀積；B，進(jìn)行第一阻擋層淀積；C，進(jìn)行反熔絲介質(zhì)層淀積；D，對(duì)反熔絲介質(zhì)層進(jìn)行SSE工藝處理，提高反熔絲介質(zhì)層的非晶化程度；E，進(jìn)行第二阻擋層淀積；F，進(jìn)行MTM反熔絲光刻和腐蝕工藝，形成MTM反熔絲結(jié)構(gòu)的上極板部分；G，對(duì)下層金屬層進(jìn)行光刻和腐蝕工藝，形成MTM反熔絲下極板部分；H，進(jìn)行第二金屬間介質(zhì)層淀積和上層金屬層淀積，并對(duì)上層金屬層進(jìn)行光刻和腐蝕后，形成MTM反熔絲完整結(jié)構(gòu)。本發(fā)明能夠大幅改善反熔絲非晶化程度，提高反熔絲介質(zhì)層的擊穿一致性。
【IPC分類】H01L21/762, H01L21/768
【公開(kāi)號(hào)】CN104979282
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510315064
【發(fā)明人】吳建偉, 肖志強(qiáng), 洪根深, 高向東, 湯賽楠
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所
【公開(kāi)日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年6月10日