[发明专利]在集成电路上形成电可熔断熔丝的制造方法

说明书

本发明涉及半导体器件的制造。更具体地，本发明涉及在半导体衬底上制造电可熔断熔丝的方法。

熔丝早已使用在集成电路中。熔丝通常包括由熔丝材料形成的熔丝部分，该部分通过不同的机理可以转变为不导电状态。当熔丝在导电状态时，电流可以通过熔丝部分。当熔丝熔断时，即变为不导电时，产生开路，几乎没有电流通过。

使用熔丝的例子包括：例如，在制造时保护集成电路的敏感部分，防止积累的电荷损坏敏感电器件。集成电路制造后，熔丝可以熔断，以切断电流通道，如同从来就没有电流通道一样使用IC。还例如，熔丝可以用来设置动态随机存取存储器(DRAM)阵列中的冗余元件的地址位，为了对解码电路确定故障主存储阵列元件的地址。用熔丝实现地址信息，可以用冗余元件代替故障主存储阵列元件。

尽管现在有很多熔丝设计方法，有两种熔丝得到了广泛的认同：激光可熔断熔丝和电可熔断熔丝。对激光可熔断熔丝，熔丝通常形成在或靠近集成电路的表面。激光束照射熔丝材料，使熔丝部分成为不导电，由此禁止电流通过。尽管激光可熔断熔丝的制造相对简单，但也有很多缺点。例如，激光可熔断熔丝趋于面向表面，这对IC的设计有一些限制。而且，激光可熔断熔丝趋于在IC表面占有大量空间，因为相邻熔丝或器件不能靠得太近，以避免熔丝设置操作中熔丝或保险可能被激光束损坏。

在另一方面，电可熔断熔丝不必设在或靠近集成电路的表面。因此，关于熔丝的放置有更大的设计自由度。通常，它们小于激光可熔断熔丝，使它们更适用于现代的高密度集成电路中。

在通常的电可熔断熔丝中，熔丝部分通常放在介质微腔中，即在介质层中密封的中空腔中，熔丝部分通常由其状态能在超过预定阈值的电流通过时从导电改变为不导电的材料形成。微腔本身通常在多步工艺中形成，在已有技术中通常需要一步或多步光刻步骤。

为了方便讨论，图1和图2表示形成电可熔断熔丝的已有技术工艺。首先参照图1，该图示出的熔丝部分102置于衬底104上。熔丝部分102通常包括由合适熔丝材料构成的导体，如掺杂的多晶硅或金属。由于后面将明白的原因，熔丝部分通常用氮化硅层覆盖。

如上所述，熔丝部分102的尺寸和将之构形成在超过预定电流值的电流通过时能变为不导电状态，而基本上禁止电流通过。衬底104通常为氧化层，且可以包括集成电路的任何其它结构。例如衬底104为栅氧化物或甚至是浅沟槽隔离(STI)区上的氧化层，但不限于此。在熔丝部分102上面，保形地淀积另一氧化层106。然后，在氧化层106上淀积氮化硅层108。

在氮化硅层108上，淀积光刻胶层110并构图以形成开口112。然后，用构图的光刻胶掩模110来腐蚀氮化硅层108，以暴露熔丝部分102上面的部分氧化层106。在氮化硅层108中形成开口后，随后进行各向同性腐蚀以形成微腔。很明显，在微腔202的各向同性腐蚀过程中，氮化硅层108作为硬掩模。

在图2中，已经通过氮化硅层108中的开口由氧化层106各向同性腐蚀出微腔202。微腔腐蚀最好使用对熔丝部分102和氮化硅层108的衬里材料都有选择性的腐蚀工艺。

形成微腔202后，淀积栓塞层206，如另一氧化层。形成栓塞层206的淀积工艺使氮化硅层中的开口被栓塞材料密封，而使微腔保持空心。这样，在淀积栓塞层206后，熔丝部分102基本密封在微腔202中。因此，当熔丝部分102熔断时可能产生的颗粒材料仍保留在微腔202中，因而减小或基本消除了IC表面颗粒沾污的可能。

但是，已经发现：形成电可熔断熔丝100的常规工艺有一些缺点。具体说，形成电可熔断熔丝的已有技术需要至少一步光刻步骤，以由氮化硅层108构图硬掩模。本领域的技术人员已经知道，光刻是昂贵的工艺，因而从成本的角度来看不希望有此步骤。而且，由于集成电路的密度增加，特征尺寸减小，精确对准变得更困难。例如，由于熔丝部分102宽度减小，相邻熔丝和/或器件靠得更近，光刻胶层110中的开口112与熔部分102的精确对准变得更加困难。光刻步骤中存在的这些和其它缺点使电可熔断熔丝100的制造非常昂贵，在很多情况下，不可接受的昂贵。

由此看来，需要有制造电可熔断熔丝的改进技术。具体地，需要有不用光刻步骤来形成随后微腔腐蚀所需的硬掩模的形成电可熔断熔丝的改进技术。