[发明专利]熔丝结构及其形成方法

说明书

本发明公开了一种熔丝结构形成方法，包括如下步骤：硅衬底上依次形成第一介质层、第一金属层、第二介质层、第二金属层和钝化层；硅片表面涂光刻胶，刻蚀熔丝区的钝化层和焊盘区的钝化层，再对熔丝区的第二介质层进行刻蚀并停止在第一金属层的上表面；硅片表面淀积第三介质层；硅片表面涂光刻胶并使光刻胶完全填充熔丝通孔和pad通孔；刻蚀光刻胶直至pad通孔里面的光刻胶被完全刻蚀为止；刻蚀硅片表面的第三介质层直至pad通孔上的第三介质层被完全刻蚀；去除硅片表面的所有光刻胶，在熔丝通孔内形成U形的第三介质层。本发明中熔丝结构上的介质层厚度的均匀性由第三介质层淀积的均匀性唯一决定，可以满足熔丝结构中对金属层上的介质层有高要求的需求。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造工艺领域，特别涉及一种熔丝结构及其形成方法。

背景技术

随着半导体工艺水平的改进以及集成电路复杂度的提高，芯片的尺寸正在持续增加，半导体元器件也变得更加容易受到硅晶体缺陷或杂质的影响，而单个元器件如晶体管或存储单元的失效，往往会导致整个集成电路的功能失效。

为了解决这个问题，常见的方法是在集成电路中形成一些可以熔断的连接线，也就是熔丝(fuse)结构，以确保集成电路的可用性。一般而言，熔丝结构用于连接集成电路中的冗余电路(redundancy circuit)，如果在工艺后发现某块电路出现缺陷，就可以将熔丝熔断，利用熔丝结构使其无法工作，并使用冗余电路来修复或者取代出现缺席的电路结构。

熔丝结构经常用于内存中，在内存芯片生产完成时，若其中有部分存储单元或电路出现功能问题，就可以通过选择性地熔断(或破坏)与缺陷电路相关的熔丝结构，同时激活冗余的存储单元或电路以形成新的电路来替换，实现修复的目的。另外，熔丝结构还常见于可编程电路中，根据用户需要，使用熔丝结构对电路中的标准逻辑单元进行编程，用于实现特定的功能。或者，设计一款通用的集成电路，根据不同用户的需求，将不需要的电路模块通过熔丝结构烧断，这样一款集成电路设计就可以以经济的方式制造并适用于不同客户。

目前，很多芯片中采用金属线做成的激光熔丝结构，即金属熔丝(metal fuse)，具体结构如图1d所示。硅衬底1上形成有第一介质层2，在第一介质层2上为第一金属层3，在第一金属层3上为一层削薄的第二介质层4。在熔丝区，第一金属层就是金属熔丝结构，削薄的第二介质层4就是金属熔丝结构的保护层，二者构成熔丝结构8。位于焊盘区的第一金属层3上为正常的第二介质层4，此处的第二介质层4上为第二金属层5，该第二金属层5即形成pad结构7。整个硅片除熔丝区和焊盘区以外区域的最上方还具有一钝化层6，该钝化层6为介质，例如为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等。

上述熔丝结构8通常需要在顶层中形成一个开口，如图1d所示，即削薄的第二介质层4上没有钝化层6。目前切割金属熔丝结构大多采用激光烧断，在熔断时激光需要准确地对准熔丝结构而不得摧毁其它相邻的器件。

图1d所示的现有金属熔丝结构8的形成方法，如图2所示，具体包括如下步骤：

第1步，请参阅图1a，在硅衬底1上依次形成第一介质层2、第一金属层3、第二介质层4；

第2步，请参阅图1b，定义第二金属层5，形成焊盘；

所述定义第二金属层5，就是先淀积一整层的第二金属层5，然后将部分区域的第二金属层去除掉(因为不需要)，将其余区域的第二金属层5保留，至少保留焊盘区的第二金属层5；

第3步，请参阅图1c，在整个硅片淀积一层介质材料作为钝化层6，用来保护芯片内部电路；

第4步，请参阅图1d，将焊盘区内的钝化层去除，形成pad结构7，从而使焊盘暴露出来，用于后续引线并封装；还将熔丝区内的钝化层和部分第二介质层4去除，在熔丝区仅保留较薄厚度H的一层第二介质层4，从而形成金属熔丝结构8。