一種mtm反熔絲單元結(jié)構(gòu)的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種反熔絲單元結(jié)構(gòu)的制備方法，尤其是一種應(yīng)用在集成電路中體硅CMOS、外延EPI和絕緣體上硅SOI材料上的MTM反熔絲單元結(jié)構(gòu)的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前可編程器件的技術(shù)主要有三種:基于反熔絲技術(shù)、基于Flash技術(shù)和基于SRAM技術(shù)。反熔絲技術(shù)的特征為:在未編程狀態(tài)下反熔絲單元處于高阻不導(dǎo)通狀態(tài)，編程過后反熔絲單元則處于低阻導(dǎo)通狀態(tài)?；诜慈劢z技術(shù)的可編程器件憑借其集成度高、速度快、可靠性高、非易失性、硬件資源充裕、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為空間領(lǐng)域的主流技術(shù)。
[0003]對于反熔絲單元，典型的有三種結(jié)構(gòu):柵氧化層反熔絲單元結(jié)構(gòu)、ONO反熔絲單元結(jié)構(gòu)、MTM反熔絲單元結(jié)構(gòu)。對于深亞微米工藝，柵氧化層反熔絲單元結(jié)構(gòu)，編程電壓較低，但小于0.δμπι的反熔絲孔編程后電阻離散性大(500歐姆?幾兆歐姆)。ONO反熔絲單元結(jié)構(gòu)，編程電壓高，使得對編程高壓管的耐壓要求較高，柵氧化層的厚度較大，同時ONO反熔絲單元結(jié)構(gòu)的集成度相對MTM反恪絲單元結(jié)構(gòu)較低，導(dǎo)通電阻和寄生電容較大。MTM反恪絲單元結(jié)構(gòu)具有編程電壓低，對高壓管的耐壓要求低，有利于高壓器件的抗輻照加固工藝，廣泛應(yīng)用于FPGA和PROM類電子產(chǎn)品。
[0004]MTM反熔絲單元由兩層電介質(zhì)層和位于兩層電介質(zhì)層之間的反熔絲介質(zhì)層構(gòu)成，再在上層金屬到下層金屬的通孔上或下形成完整的MTM反熔絲單元結(jié)構(gòu)。其工作原理是編程時在MTM反熔絲單元結(jié)構(gòu)的上下電極之間使用預(yù)設(shè)的編程電壓和編程電流，在很短的編程時間內(nèi)讓反熔絲介質(zhì)層熔穿，使其具有穩(wěn)定的電特性導(dǎo)電通道，再根據(jù)集成電路需要進(jìn)行編程形成不同的數(shù)據(jù)信息。
[0005]MTM反恪絲單元結(jié)構(gòu)由于采用反恪絲介質(zhì)(如娃、娃化合物等)，其泄漏電流偏大，當(dāng)整個集成電路采用大量的MTM反熔絲單元結(jié)構(gòu)，其漏電流將巨幅增加，無法滿足集成電路的應(yīng)用要求，加上反熔絲介質(zhì)層的淀積工藝存在的離散性，通常情況下集成電路的工作電流大，編程的合格率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的技術(shù)問題，提供一種MTM反熔絲單元結(jié)構(gòu)的制備方法，采用離子注入工藝方法在反熔絲介質(zhì)層中注入離子，使反熔絲介質(zhì)層中容易漏電的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)非晶化，提高反熔絲介質(zhì)層擊穿電壓的一致性，使得MTM反熔絲單元在相同的擊穿電壓下具有更小的漏電特性和編程一致性，最終大大降低MTM反熔絲單元所在集成電路的功耗。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案:
本發(fā)明一種MTM反熔絲單元結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟:
(I)在基于娃襯底的器件層上進(jìn)行第一金屬間介質(zhì)材料淀積，形成第一金屬間介質(zhì)層，再在第一金屬間介質(zhì)層上進(jìn)行下層金屬材料淀積，形成下層金屬層；
(2)在下層金屬層上進(jìn)行第一阻擋層材料淀積，形成第一阻擋層；
(3)在第一阻擋層上進(jìn)行反熔絲介質(zhì)材料淀積，形成反熔絲介質(zhì)層；
(4)在反熔絲介質(zhì)層上進(jìn)行涂膠，形成離子注入阻擋層；
(5)對離子注入阻擋層的左、右兩部分進(jìn)行曝光、顯影，留下中間部分；
(6)對反熔絲介質(zhì)層未被步驟(5)得到的離子注入阻擋層阻擋的部分進(jìn)行離子注入工藝處理，完成注入后去除離子注入阻擋層；
(7)在反熔絲介質(zhì)層上進(jìn)行第二阻擋層材料淀積，形成第二阻擋層；
(8)對反熔絲介質(zhì)層的左、右兩部分進(jìn)行刻蝕，留下中間部分的寬度大于步驟(5)得到的離子注入阻擋層的寬度，形成反熔絲單元結(jié)構(gòu)的上電極板，刻蝕停止在下層的第一阻擋層上；
(9)對下層金屬層進(jìn)行刻蝕，形成反熔絲單元結(jié)構(gòu)的下電極板，刻蝕停止在下層的第一金屬間介質(zhì)層上；
(10)在步驟(8)得到的反恪絲單元結(jié)構(gòu)的上電極板上進(jìn)行第二金屬間介質(zhì)材料淀積，形成第二金屬間介質(zhì)層，再對第二金屬間介質(zhì)層的中間部分進(jìn)行刻蝕，形成通孔結(jié)構(gòu)，最后在第二金屬間介質(zhì)層上進(jìn)行上層金屬材料淀積，形成上層金屬層，對上層金屬層進(jìn)行刻蝕，形成MTM反恪絲單元結(jié)構(gòu)。
[0008]進(jìn)一步地，離子注入工藝處理是利用離子注入機(jī)中產(chǎn)生的離子，通過30-80Kev的能量，1E11-5E13的劑量對反熔絲介質(zhì)層未被步驟(5)得到的離子注入阻擋層阻擋的部分進(jìn)行離子注入。
[0009]進(jìn)一步地，離子注入工藝處理中的注入離子類型為Ar離子或硅離子中的一種。
[0010]進(jìn)一步地，步驟(3)中得到的反熔絲介質(zhì)層中的介質(zhì)材料為非晶硅、多晶硅、硅或二氧化娃中的一種，反恪絲介質(zhì)層的厚度為30~150nm。
[0011]進(jìn)一步地，步驟(4)中得到的離子注入阻擋層中的介質(zhì)材料為光刻膠、氮化硅或二氧化硅中的一種。
[0012]進(jìn)一步地，步驟(I)中的第一金屬間介質(zhì)材料淀積和步驟(10)中的第二金屬間介質(zhì)材料淀積均采用PECVD法；步驟(I)中的下層金屬材料淀積、步驟(2)中的第一阻擋層材料淀積、步驟(3)中的反熔絲介質(zhì)材料淀積、步驟(7)中的第二阻擋層材料淀積和步驟(10)中的上層金屬材料淀積均采用磁控濺射法。
[0013]進(jìn)一步地，步驟(I)中得到的第一金屬間介質(zhì)層和步驟(10)中得到的第二金屬間介質(zhì)層的厚度均為500nm~1200nm ;步驟(I)中得到的下層金屬層和步驟(10)中得到的上層金屬層的厚度均為400nm~800nm ;步驟(I)中得到的第一阻擋層和步驟(7)中得到的第二阻擋層的材料均為鎢、鎢化鈦或鈦中的一種，第一阻擋層和第二阻擋層的厚度均為20nm~300nmo
[0014]本發(fā)明的有益效果:
1.對反熔絲介質(zhì)層進(jìn)行選擇性離子注入工藝處理，使反熔絲介質(zhì)層中容易漏電的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)非晶化，提高反熔絲介質(zhì)層擊穿電壓的一致性，使得MTM反熔絲單元在相同的擊穿電壓下具有更小的漏電特性和編程一致性，最終大大降低MTM反熔絲單元所在集成電路的功耗。
[0015]2.MTM反熔絲單元的加工工藝簡單，可控性強(qiáng)，具有很強(qiáng)的可操作性。
【附圖說明】
[0016]附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
圖1為在基于硅襯底的器件層上完成第一金屬間介質(zhì)淀積和下層金屬淀積的示意圖； 圖2為完成第一阻擋層材料淀積的示意圖；
圖3為完成反熔絲介質(zhì)材料淀積的示意圖；
圖4為在反熔絲介質(zhì)層上完成離子注入阻擋層涂覆后的示意圖；
圖5為離子注入阻擋層完成刻蝕后的示意圖；
圖6為對反熔絲介質(zhì)層進(jìn)行離子注入工藝處理的示意圖；
圖7為完成第二阻擋層淀積的示意圖；
圖8為形成反熔絲單元結(jié)構(gòu)的上電極板后的示意圖；
圖9為形成反熔絲單元結(jié)構(gòu)的下電極板后的示意圖；
圖10為MTM反熔絲單元結(jié)構(gòu)的整體示意圖。
[0017]附圖標(biāo)記說明:1_基于娃襯底的器件層，2a_第一金屬間介質(zhì)層，2b_第二金屬間介質(zhì)層，3-下層金屬層，4a-第一阻擋層，4b-第二阻擋層，5-反熔絲介質(zhì)層，6-上層金屬層，7-離子注入阻擋層。
【具體實(shí)施方式】
[0018]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)理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明思想的前提下，還可以對本發(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)。
[0019]本發(fā)明一種MTM反熔絲單元結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟:
(1)如圖1所示，在厚度為625nm，符合SEMI標(biāo)準(zhǔn)的基于硅襯底的器件層I上采用PECVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積)法進(jìn)行第一金屬間介質(zhì)材料淀積，形成厚度為500nm~1200nm的第一金屬間介質(zhì)層2a，再在第一金屬間介質(zhì)層2a上采用磁控濺射法進(jìn)行下層金屬材料淀積，形成厚度為