[发明专利]通孔上MTM反熔丝结构及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种反熔丝结构及其制备工艺，尤其是一种通孔上MTM反熔丝结构及其制备工艺，属于微电子的技术领域。

背景技术

MTM反熔丝通常应用于FPGA和PROM类电路产品，根据实际需要对电路中反熔丝单元进行编程，从而实现电路的逻辑功能或存储功能。这类电路具有保密性强、灵活性好、非易失性等特点，在航空航天和军工领域应用前景十分广阔。

MTM反熔丝单元结构位于电路两层金属布线之间，该反熔丝单元由反熔丝介质层、两层电介质阻挡层及反熔丝上下电极构成，反熔丝单元分布在顶层金属到顶层通孔之间，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。

目前，MTM结构包括通孔上反熔丝结构和通孔下反熔丝结构，已有的传统通孔上MTM反熔丝结构的制作工艺是：在顶层通孔填充后，采用CMP工艺除去多余的W(由于W(钨)与SiO₂腐蚀速率的差异，W-CMP结束后，会出现W-Plug高出IMD的情况)，然后淀积MTM反熔丝的下阻挡层材料；淀积反熔丝介质层材料；淀积反熔丝spacer(侧墙)介质材料，反熔丝spacer腐蚀；淀积反熔丝上阻挡层材料；然后进行反熔丝光刻和刻蚀，形成反熔丝上极板；淀积氧化隔离层；进行反熔丝接触孔的光刻和腐蚀；淀积顶层金属作为反熔丝的上电极；通过顶层金属光刻和刻蚀，完成反熔丝结构上电极引出。

该反熔丝结构中，由于反熔丝上阻挡层金属与顶层金属的接触孔工艺，导致反熔丝结构工艺中增加了该工艺的光刻工序，并且对该光刻工艺具有极高的套刻精度要求，套刻偏差容易造成反熔丝上下电极短路失效；此外，由于接触孔的存在，导致顶层金属与MTM反熔丝的上阻挡层接触面积减小，影响反熔丝的导电能力；反熔丝接触孔形成的侧壁氧化层是构成MTM反熔丝结构的一部分，该部分的存在增大了反熔丝结构的横向尺寸，影响反熔丝单元的集成度。

此外，反熔丝接触孔的光刻工艺控制是反熔丝结构工艺的关键点，光刻套刻精度等决定反熔丝的良率和可靠性，现有反熔丝结构的制备工艺对光刻套刻精度要求高，工艺过程复杂，导致工艺成本增加。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种通孔上MTM反熔丝结构及其制备工艺，其结构紧凑，能减少光刻次数，工艺操作简单，降低工艺成本，提高集成度，提升反熔丝的可靠性。

按照本发明提供的技术方案，所述通孔上MTM反熔丝结构，包括衬底以及位于所述衬底上的器件层；在所述器件层上压盖有熔丝封体，在所述熔丝封体内设有熔丝下电极，在所述熔丝封体外设有熔丝上电极，所述熔丝上电极位于熔丝下电极的正上方；在所述熔丝上电极与熔丝下电极间设有反熔丝介质结构以及反熔丝底层阻挡体，所述反熔丝底层阻挡体在熔丝封体内包裹熔丝下电极的顶端，反熔丝介质结构支撑于反熔丝底层阻挡体上，熔丝上电极支撑于反熔丝介质结构上。

所述熔丝下电极包括位于器件层上的器件层连接体以及位于所述器件层连接体上的填充连接柱，所述填充连接柱与器件层连接体相垂直，反熔丝底层阻挡体包裹填充连接柱的顶端，且在所述填充连接柱的外侧还设有侧墙，所述侧墙位于反熔丝底层阻挡体上。

所述反熔丝介质结构包括位于反熔丝底层阻挡体上的反熔丝介质体以及位于所述反熔丝介质体上的反熔丝上层阻挡体，熔丝上电极位于反熔丝上层阻挡体上。

一种通孔上MTM反熔丝结构的制备工艺，所述制备工艺包括如下步骤：

步骤1、提供具有器件层的衬底，并在所述器件层上装置反熔丝下层金属，所述反熔丝下层金属覆盖在器件层上，并与器件层电连接；

步骤2、对上述的反熔丝下层金属进行刻蚀，以在器件层上得到两个相互分离的器件层连接体；在得到器件层连接体后，在器件层上淀积金属间介质层，所述金属间介质层覆盖并压盖在器件层以及器件层连接体上；

步骤3、选择性地掩蔽和刻蚀上述金属间介质层，以得到贯通金属间介质层的填充槽，所述填充槽位于器件层连接体的正上方；在得到填充槽后，在金属间介质层上方淀积得到反熔丝填充体，所述反熔丝填充体填充在填充槽内并覆盖在金属间介质层上，且反熔丝填充体与器件层连接体电连接；

步骤4、对上述的反熔丝填充体进行CMP工艺，以去除覆盖于金属间介质层上的反熔丝填充体，得到填充连接柱，所述填充连接柱垂直分布于器件层连接体上，且填充连接柱的顶端位于金属间介质层上方；