[发明专利]金属熔丝结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，特别是涉及一种熔丝(fuse)元件。

背景技术

在半导体工业中，熔丝元件由于其多种用途而被广泛地使用于集成电路之中。例如，在集成电路中设计多个具有相同功能的电路模块作为备份，当发现其中的一个电路模块有缺陷时，通过熔丝元件将其烧断，而使用具有相同功能的另一个电路模块取代。又如，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元件烧断，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。

金属熔丝(metal fuse)就是一种常用的熔丝元件。传统的金属熔丝结构是用次顶层金属制造，如图1所示。在介质层10之上为次顶层金属11，至少分布在两处——熔丝区A和焊盘区B。位于熔丝区A的次顶层金属11a之上为一层削薄的层间介质12a。在熔丝区A中，次顶层金属11a就是金属熔丝结构91，削薄的层间介质12a就是金属熔丝结构91的保护层。位于焊盘区B的次顶层金属11b之上为正常的层间介质(ILD)12，该处层间介质12中具有接触孔电极13a，该处层间介质12之上为焊盘(pad，又称压焊点)14a。焊盘14a是由顶层金属制造得来的。位于焊盘区B的次顶层金属11b通过接触孔电极13a连接焊盘14a。整个硅片除熔丝区A和焊盘区B以外区域的最上方还具有一层钝化层15，钝化层15为介质，例如为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等。

目前切割金属熔丝大多采用激光，可是熔丝区A的次顶层金属11a上方的绝缘层(包括层间介质12和钝化层15)太厚，会影响激光切割熔丝过程的对焦。所以必须要对该绝缘层实施减薄，去除熔丝区A的钝化层15，削薄熔丝区A的层间介质12。

图1所示的现有的金属熔丝结构91的制造方法包括如下步骤：

第1步，请参阅图2a，定义次顶层金属11，并在上面淀积一层介质材料作为层间介质12。

所述定义次顶层金属11，就是先淀积一整层的次顶层金属11，然后将部分区域的次顶层金属去除掉(因为不需要)，将其余区域的次顶层金属11保留，至少保留熔丝区A的次顶层金属11a和焊盘区B的次顶层金属11b。

第2步，请参阅图2b，在焊盘区B的层间介质12中刻蚀出通孔21，用于次顶层金属11和顶层金属14的连接。

第3步，请参阅图2c，在整个硅片淀积一层金属13，至少保证将通孔21填充满。所述金属13例如为钨。

第4步，请参阅图2d，以化学机械研磨(CMP)工艺将所淀积的金属13平坦化，直至研磨到层间介质12的上表面。此时在通孔21中就形成了接触孔电极13a。所述接触孔电极13a例如为钨塞。

第5步，请参阅图2e，定义顶层金属14，形成焊盘14a。

所述定义次顶层金属14，就是先淀积一整层的顶层金属14，然后将部分区域的顶层金属去除掉(因为不需要)，将其余区域的顶层金属14保留，至少保留焊盘区B的顶层金属14作为焊盘14a。

第6步，请参阅图2f，在整个硅片淀积一层介质材料作为钝化层15，用来保护自顶层金属14以下的芯片内部电路。

第7步，请参阅图1，将焊盘区B内的钝化层15去除，这样焊盘14a就暴露出来，用于后续引线并封装。

还将熔丝区A内的钝化层15和部分层间介质12去除，在熔丝区A内仅保留薄薄的一层层间介质12a，从而形成金属熔丝结构91。

上述方法的第7步有两种实施方式。通常焊盘区B的开口工序与焊丝区A的减薄过程同时进行，其难点在于利用一次光刻和刻蚀同时去除熔丝区A和焊盘区B的材料。一方面要保证焊盘区B内的钝化层15去除干净，以使焊盘14a暴露出来。另一方面要保证熔丝区A内的层间介质12不能完全去除，必须保留部分厚度的层间介质12a。因此这一步工艺加工的难度很大。

为了降低工艺难度，这一步也可以分为两次光刻和刻蚀，一次专门刻蚀熔丝区A的材料，另一次专门刻蚀焊盘区B的材料，但这需要额外的光刻掩模版，显然增加了工艺时间和工艺成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的金属熔丝结构，可以以简单的工艺予以制造。为此，本发明还提供了所述金属熔丝结构的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明金属熔丝结构为：在次顶层金属之上为一U形金属层，该U形金属层的底面与所述次顶层金属相接触；该U形金属层的底面之上为钝化层；所述次顶层金属与U形金属层的底面一起构成金属熔丝结构，所述U形金属层底面之上的钝化层为所述金属熔丝结构的保护层。

所述金属熔丝结构的制造方法包括如下步骤：