JP3318934B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (目次) ・産業上の利用分野 ・従来の技術(図6) ・発明が解決しようとする課題 ・課題を解決するための手段 ・作用 ・実施例 (1)第1の実施例(図2〜図4) (2)第2の実施例(図5) ・発明の効果
【0002】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に関し、更
に詳しく言えば、ビアホール内やコンタクトホール内に
アンチヒューズを有するフィールドプログラマブルゲー
トアレイ(FPGA)などの半導体装置に関する。
【0003】
【従来の技術】図6は、従来例のコンタクトホール内に
アンチヒューズを有するフィールドプログラマブルゲー
トアレイ(FPGA)について説明する断面図である。
【0004】図6において、1は半導体基板からなる基
板で、例えばMOSトランジスタのドレイン領域層が形
成されている。2は基板1上に形成された絶縁膜で、コ
ンタクトホールとしての開口部3が形成されている。4
は開口部3を被覆する非晶質シリコン膜からなるアンチ
ヒューズで、作成時には数十MΩの高抵抗を有し、電気
的にほぼ絶縁体と見做せる。5はアンチヒューズ4を被
覆する電極である。
【0005】このようなFPGAにおいては、顧客の所
望する回路接続になるように電気的手段を用いて顧客側
が自由にプログラムすることができる。即ち、回路接続
すべき基板1と電極5とを導通させるため、該当する基
板1と電極5との間に10V前後の直流電圧を印加す
る。その結果、電界の作用でアンチヒューズ4の非晶質
の結晶状態が多結晶の結晶状態に変化する。これによ
り、アンチヒューズ4の抵抗値は数十M〜数百MΩの高
抵抗状態から100Ω前後の低抵抗状態に変化して電気
的にほぼショート状態になり、回路接続すべき基板1と
電極5とが導通する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、高密度化の
要請により、開口部3を微細化した場合、開口部3の底
部に露出する基板1とアンチヒューズ4との接触面積が
極端に小さくなる。このため、電界のかかる領域が狭く
なり、電界の印加後のアンチヒューズ4の抵抗値も大き
くなりがちであるという問題がある。
【0007】また、接触面積が小さくなることにより、
安定した接触が得られなくなる場合がある。FPGAで
は電気的に書き込みを行っているので、アンチヒューズ
4への接触状態、特に、基板1とアンチヒューズ4との
間の接触状態の良否が問題になる。
【0008】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、より微細化された開口部にアンチヒュー
ズを形成した場合でも、接触状態を良好に保持し、かつ
電界印加後のアンチヒューズの抵抗値を低減させること
ができるFPGA等の半導体装置を提供することを目的
とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は半導体装置に係り、図1に例示するよう
に、半導体基板6表面に形成された不純物領域層と、該
不純物領域層上に形成された絶縁膜7と、該絶縁膜7に
形成され、該不純物領域層を露出する開口部8と、該開
口部8上に形成され、該絶縁膜7上に延在する導電パタ
ーン9と、該導電パターン9の上及び側面全体に接触し
て形成された非晶質半導体層10と、該非晶質半導体層
10の上及び側面全体に接触して形成された電極11と
を備え、該半導体基板6の不純物領域層と該電極11間
に電圧を印加することで、該半導体基板6の不純物領域
層と該電極11との導通をとるアンチヒューズ10を含
むことを特徴とする。また、本発明は、図5に例示する
ように、半導体基板上に絶縁膜26を介して形成された
第1の配線層27と、該第1の配線層27上に形成され
た層間絶縁膜28と、該層間絶縁膜28に形成され、該
第1の配線層27を露出する開口部29と、該開口部2
9上に形成され、該層間絶縁膜28上に延在する導電パ
ターン30と、該導電パターン30の上及び側面全体に
接触して形成された非晶質半導体層31と、該非晶質半
導体層31の上及び側面全体に接触して形成された第2
の配線層34とを備え、該第1の配線層27と該第2の
配線層34間に電圧を印加することで、該第1の配線層
27と該第2の配線層34との導通をとるアンチヒュー
ズ31を含むことを特徴とする。また、上記した半導体
装置において、該導電パターンはTiN膜を含むことを
特徴とする。
【0010】
【作用】本発明の半導体装置においては、図1に示すよ
うに、非晶質半導体膜からなるアンチヒューズ10の下
に、開口部8の底部の基板6、例えば半導体基板や配線
層と接し、かつ少なくとも開口部8の開口端を越えて絶
縁膜7、例えば熱酸化膜やCVD法により形成された層
間絶縁膜上に延在するように開口部8を被覆する第1の
導電膜9が形成されている。即ち、従来の場合では開口
部の底部の面積がプログラムのための電圧を印加する電
極とアンチヒューズとの接触面積となるが、本発明の半
導体装置では第1の導電膜9の片側の表面積が電圧を印
加する電極とアンチヒューズ10との実質的な接触面積
となる。
【0011】従って、より微細化された開口部8にアン
チヒューズ10を形成した場合でも、開口部8の幅の大
きさによらず、実質的に大きな接触面積を保持すること
ができる。
【0012】これにより、接触状態を良好に保持し、か
つ電界印加後のアンチヒューズ10の抵抗値を低減させ
ることができる。
【0013】
【実施例】(1)第1の実施例 図2(a)〜(c),図3(d)〜(f),図4(g)
は、本発明の第1の実施例のフィールドプログラマブル
ゲートアレイ(FPGA)の作成方法について説明する
断面図である図2(a)はアンチヒューズを介在させた
ドレイン電極を形成するためのコンタクトホールをドレ
イン領域層上の絶縁膜に形成した後の状態を示す断面図
である。図中符号12は半導体基板(基板)、13は半
導体基板12の表面に形成されたゲート絶縁膜、14は
ゲート絶縁膜13上のゲート電極、15,16はそれぞ
れゲート電極14の両側の半導体基板12に形成された
ドレイン領域層,ソース領域層、17はゲート電極15
を被覆し、かつ素子分離領域に熱酸化及び化学気相成長
(CVD)法により形成された絶縁膜、18はドレイン
領域層15上の絶縁膜17に形成されたコンタクトホー
ル(開口部)である。
【0014】まず、このような状態で、図2(b)に示
すように、膜厚100〜200ÅのTi膜/膜厚1000〜
2000ÅのTiN膜をスパッタリングにより半導体基板1
2全面に形成する。
【0015】次いで、同じマスクを用いてフォトリソグ
ラフィによりTiN膜/Ti膜を順次パターニングし、
コンタクトホール18底部の半導体基板12表面のドレ
イン領域層15と接し、かつ少なくともコンタクトホー
ル18の開口端を越えて絶縁膜17上に延在するように
コンタクトホール18を被覆する第1の導電体層21を
形成する(図2(c))。
【0016】次に、CVD法により膜厚約1000Åの非晶
質シリコン層(非晶質半導体層)22を全面に形成した
(図3(d))後、第1の導電体層21を被覆するよう
にパターニングし、アンチヒューズ22aを形成する(図
3(e))。
【0017】次いで、半導体に対してバリア性のあるバ
リア導電体層としてのTiN膜を形成するため、RFバ
イアス1000V,ガス圧2mTorrの条件で、半導体基
板12の表面を軽くエッチングする。続いて、直ちにス
パッタリングにより膜厚1000〜2000ÅのTiN膜23及
び膜厚約7000ÅのAl合金膜24を形成する(図3
(f))。
【0018】その後、アンチヒューズ22aを被覆するよ
うに、半導体及びAlに対してバリア性のあるバリア導
電体層としてのTiN膜23及びAl合金膜24を順次
パターニングし、ドレイン電極(第2の導電体層)25
を形成する(図4(g))。
【0019】以上のようにして作成された本発明の第1
の実施例のFPGAにおいては、図4(g)に示すよう
に、非晶質半導体膜からなるアンチヒューズ22aの下
に、コンタクトホール18の底部の半導体基板12と接
し、かつ少なくともコンタクトホール18の開口端を越
えて絶縁膜17上に延在するようにコンタクトホール1
8を被覆する第1の導電膜21が形成されている。即
ち、第1の導電膜21の片側の表面積がプログラムのた
めの電圧を印加する電極とアンチヒューズ22aとの実質
的な接触面積となる。
【0020】従って、より微細化されたコンタクトホー
ル18にアンチヒューズ22aを形成した場合でも、コン
タクトホール18の幅の大きさによらず、実質的に大き
な接触面積を保持することができる。
【0021】これにより、接触状態を良好に保持し、か
つ電界印加後のアンチヒューズ22aの抵抗値を低減させ
ることができる。なお、第1の実施例では、バリア導電
体層20a,23aとしてTiN膜を用いているが、TiW
膜その他、半導体又はAlに対してバリア性のある導電
膜を用いてもよい。
【0022】(2)第2の実施例 次に、本発明の第2の実施例のFPGAについて図5を
参照しながら説明する。
【0023】図5はFPGAの断面図を示し、第1の実
施例と異なるところは、配線層間の接続部にアンチヒュ
ーズを有することである。図5において、26は半導体
基板上の下地絶縁体、27は下地絶縁体26上に形成さ
れた、膜厚約7000ÅのAl合金膜からなる第1の配線層
(基板)、28は第1の配線層27を被覆する膜厚約1
μmのPSG膜からなる層間絶縁膜(絶縁膜)で、CV
D法等により形成される。29は層間絶縁膜28に形成
されたビアホール(開口部)、30はビアホール29底
部の第1の配線層27と接し、かつ少なくともビアホー
ル29の開口端を越えて層間絶縁膜28上に延在するよ
うにビアホール29を被覆する、膜厚約2000ÅのTiN
膜からなる第1の導電体層、31は第1の導電体層30
を被覆する非晶質シリコン層からなるアンチヒューズ、
34はアンチヒューズ31と接し、かつ被覆する第2の
配線層で、半導体及びAlに対してバリア性のあるバリ
ア導電体層としての膜厚1000〜2000ÅのTiN膜32
と、TiN膜32上の膜厚約7000ÅのAl合金膜33と
からなる。
【0024】以上のように、本発明の第2の実施例のF
PGAにおいては、図5に示すように、非晶質半導体膜
からなるアンチヒューズ31の下に、ビアホール29の
底部の第1の配線層27と接し、かつ少なくともビアホ
ール29の開口端を越えて層間絶縁膜28上に延在する
ようにビアホール29を被覆する第1の導電膜30が形
成されている。即ち、第1の導電膜30の片側の表面積
がプログラムのための電圧を印加する電極とアンチヒュ
ーズ31との実質的な接触面積となる。
【0025】従って、より微細化されたビアホール29
にアンチヒューズ31を形成した場合でも、ビアホール
29の幅の大きさによらず、実質的に大きな接触面積を
保持することができる。
【0026】これにより、接触状態を良好に保持し、か
つ電界印加後のアンチヒューズ31の抵抗値を低減させ
ることができる。
【0027】
【発明の効果】以上のように、本発明の半導体装置にお
いては、非晶質半導体膜からなるアンチヒューズの下
に、開口部の底部の基板と接し、かつ少なくとも開口部
の開口端を越えて絶縁膜上に延在するように開口部を被
覆する第1の導電膜が形成されている。
【0028】即ち、第1の導電膜の表面積がプログラム
のための電圧を印加する電極とアンチヒューズとの実質
的な接触面積となるので、より微細化された開口部にア
ンチヒューズを形成した場合でも、開口部の幅の大きさ
によらず、実質的に大きな接触面積を保持することがで
きる。
【0029】これにより、接触状態を良好に保持し、か
つ電界印加後のアンチヒューズの抵抗値を低減させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置について説明する原理断面
図である。
【図2】本発明の第1の実施例のFPGAの製造方法に
ついて説明する断面図(その1)である。
【図3】本発明の第1の実施例のFPGAの製造方法に
ついて説明する断面図(その2)である。
【図4】本発明の第1の実施例のFPGAの製造方法に
ついて説明する断面図(その3)である。
【図5】本発明の第2の実施例のFPGAについて説明
する断面図である。
【図6】従来例について説明する断面図である。
【符号の説明】
6 基板、 7,17 絶縁膜、 8 開口部、 9,21,30 第1の導電体層、 10,22a,31 アンチヒューズ(非晶質シリコン
層;非晶質半導体層)、 11 第2の導電体層、 12 半導体基板(基板)、 13 ゲート絶縁膜、 14 ゲート電極、 15 ドレイン領域層、 16 ソース領域層、 18 コンタクトホール(開口部)、 19,19a Ti膜、 20,23 TiN膜、 20a,24a,32 TiN膜(バリア導電体層)、 22 非晶質シリコン層(非晶質半導体層)、 24,24a,33 Al合金膜、 25 ドレイン電極(第2の導電体層)、 26 下地絶縁体、 27 第1の配線層(基板)、 28 層間絶縁膜(絶縁膜)、 29 ビアホール(開口部)、 34 第2の配線層(第2の導電体層)。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板表面に形成された不純物領域
    層と、 該不純物領域層上に形成された絶縁膜と、 該絶縁膜に形成され、該不純物領域層を露出する開口部
    と、 該開口部上に形成され、該絶縁膜上に延在する導電パタ
    ーンと、 該導電パターンの上及び側面全体に接触して形成された
    非晶質半導体層と、 該非晶質半導体層の上及び側面全体に接触して形成され
    た電極とを備え、 該半導体基板の不純物領域層と該電極間に電圧を印加す
    ることで、該半導体基板の不純物領域層と該電極との導
    通をとるアンチヒューズを含むことを特徴とする半導体
    装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板表面に絶縁膜を介して形成さ
    れた第1の配線層と、 該第1の配線層上に形成された層間絶縁膜と、 該層間絶縁膜に形成され、該第1の配線層を露出する開
    口部と、 該開口部上に形成され、該層間絶縁膜上に延在する導電
    パターンと、 該導電パターンの上及び側面全体に接触して形成された
    非晶質半導体層と、 該非晶質半導体層の上及び側面全体に接触して形成され
    た第2の配線層とを備え、 該第1の配線層と該第2の配線層間に電圧を印加するこ
    とで、該第1の配線層と該第2の配線層との導通をとる
    アンチヒューズを含むことを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記導電パターンはTiN膜を含むこと
    を特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置。
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