JP3436018B2 - Programmable element and method of manufacturing the same - Google Patents

Programmable element and method of manufacturing the same

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JP3436018B2
JP3436018B2 JP26427396A JP26427396A JP3436018B2 JP 3436018 B2 JP3436018 B2 JP 3436018B2 JP 26427396 A JP26427396 A JP 26427396A JP 26427396 A JP26427396 A JP 26427396A JP 3436018 B2 JP3436018 B2 JP 3436018B2
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徹 山岡
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置に組み込まれた電気的にプログラム可能なプログラマ
ブル素子及びその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrically programmable programmable element incorporated in a semiconductor integrated circuit device and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、産業用、民生用を問わず電子機器
の開発期間が製品のライフタイムを上回り、さらに製品
に多機能化や多様化が要求されてきているため、新製品
の設計から製造までの期間の短縮、製造コストの低減等
が急務となっている。そのため半導体装置の製造業界に
おいてもゲートアレイのプロトタイプやその代替品とし
て、手元で論理をプログラミングできるFPGA(Fiel
d-Programmable Gate Array)が利用されてきている。
FPGAの主たるプログラミング方式にはメモリー方式
とアンチヒューズ方式の2種類があり、FPGAの高速
化,高集積化の観点から、プログラム素子としてアンチ
ヒューズを用いるアンチヒューズ方式が有望視されてい
る。アンチヒューズは、通常は高抵抗状態の素子であ
り、電気的なプログラミング信号により低抵抗状態に変
化させることによってチップ上の基本論理素子と配線と
を接続して設計または製造現場で書き込み可能とし、ユ
ーザの回路を現場で実現できるようにしたものである。
2. Description of the Related Art In recent years, the development period of electronic equipment, whether for industrial or consumer use, has exceeded the product life time, and products are required to be multifunctional and diversified. There is an urgent need to shorten the time until manufacturing and reduce manufacturing costs. Therefore, even in the semiconductor device manufacturing industry, FPGA (Fiel) that can program logic at hand can be used as a prototype of the gate array or its substitute.
d-Programmable Gate Array) has been used.
There are two main programming methods of FPGA, a memory method and an anti-fuse method. From the viewpoint of speeding up and high integration of the FPGA, an anti-fuse method using an anti-fuse as a program element is considered promising. The antifuse is usually a high resistance element, and by changing it to a low resistance state by an electrical programming signal, the basic logic element on the chip and the wiring are connected to enable writing in the design or manufacturing site, This is a circuit that allows the user's circuit to be realized in the field.

【0003】半導体集積回路装置のうち、使用者が購入
した後に内容を電気的に書き込むことのできる、いわゆ
るPROM(Programmable ROM)は望む内容のROM
(ReadOnly Memory)がただちに得られるために広く用
いられている。
Among semiconductor integrated circuit devices, a so-called PROM (Programmable ROM) in which contents can be electrically written after purchase by a user is a ROM having desired contents.
(ReadOnly Memory) is widely used because it can be obtained immediately.

【0004】また論理回路の分野においても、やはり使
用者が購入した後に内容を電気的に書き込むことのでき
る、いわゆるPLD(Programmable Logic Device)が
類似の目的で用いられている。PROMやPLDを構成
するためには、外部から記憶内容が電気的に書き込め、
かつ電源を切ってもその記憶内容が保持できるようなプ
ログラマブル素子を用いる必要がある。
In the field of logic circuits, a so-called PLD (Programmable Logic Device), which allows the user to electrically write the contents after purchase, is also used for a similar purpose. In order to configure a PROM or PLD, the memory contents can be electrically written from the outside,
In addition, it is necessary to use a programmable element that can retain its stored contents even when the power is turned off.

【0005】図4は従来のプログラマブル素子の構造を
示す断面図であり、半導体基板9の上の厚い酸化物層1
の上面に接して所望の寸法にパターニングされた下部配
線2、下部電極3およびプログラム用絶縁膜4が順次積
層されて構成されている。これら下部配線2、下部電極
3とプログラム用絶縁膜4は厚い層間絶縁膜5によって
覆われているが、プログラム用絶縁膜4の上面の一部分
には厚い層間絶縁膜5が形成されていない部分、すなわ
ちプログラムされる領域6が設けられており、このプロ
グラムされる領域6を覆って上部電極7および上部配線
8が順次積層されて形成されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional programmable element, which shows a thick oxide layer 1 on a semiconductor substrate 9.
The lower wiring 2, the lower electrode 3, and the programming insulating film 4 which are patterned to have a desired size in contact with the upper surface of the are sequentially laminated. The lower wiring 2, the lower electrode 3, and the programming insulating film 4 are covered with a thick interlayer insulating film 5, but a portion of the upper surface of the programming insulating film 4 where the thick interlayer insulating film 5 is not formed, That is, the area 6 to be programmed is provided, and the upper electrode 7 and the upper wiring 8 are sequentially laminated so as to cover the area 6 to be programmed.

【0006】プログラミングは、上部電極7と下部電極
3との間に10V程度の電圧を印加しプログラム用絶縁
膜4の絶縁を破壊して、上部電極7と下部電極3とを電
気的に導通させることにより行われる。
For programming, a voltage of about 10 V is applied between the upper electrode 7 and the lower electrode 3 to break the insulation of the program insulating film 4 and electrically connect the upper electrode 7 and the lower electrode 3. It is done by

【0007】図5は従来のプログラマブル素子の製造方
法を示す図であり、まず図5(a)に示すように、半導
体基板9の上の厚い酸化物層1上にアルミニウム合金膜
2a、窒化チタン膜3aをスパッタリング法により堆積
し、続いてアモルファスシリコン膜4aをプラズマCV
D法により順次積層して形成する。
FIG. 5 is a diagram showing a conventional method for manufacturing a programmable element. First, as shown in FIG. 5A, an aluminum alloy film 2a and a titanium nitride film are formed on a thick oxide layer 1 on a semiconductor substrate 9. The film 3a is deposited by the sputtering method, and then the amorphous silicon film 4a is plasma CV.
It is formed by sequentially stacking by the D method.

【0008】つぎに図5(b)に示すように、従来のフ
ォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術を
用いてアモルファスシリコン膜4a、窒化チタン膜3
a、アルミニウム合金膜2aを同時にパターニングし、
プログラム用絶縁膜4、下部電極3、下部配線2を形成
する。
Next, as shown in FIG. 5B, the amorphous silicon film 4a and the titanium nitride film 3 are formed by using the conventional photolithography technique and dry etching technique.
a, the aluminum alloy film 2a is simultaneously patterned,
The program insulating film 4, the lower electrode 3, and the lower wiring 2 are formed.

【0009】つぎに図5(c)に示すように、厚い絶縁
膜を形成した後その表面を平坦化して厚い層間絶縁膜5
を設ける。
Next, as shown in FIG. 5C, after forming a thick insulating film, the surface thereof is flattened to form a thick interlayer insulating film 5.
To provide.

【0010】つぎに、図5(d)に示すように、プログ
ラム用絶縁膜4の上面部に位置する厚い層間絶縁膜5の
所望の部分をフォトリソグラフィー技術、ウエットエッ
チング技術およびドライエッチング技術を用いてエッチ
ングすることによって、プログラムされる領域(以下、
プログラム領域という)6を開口する。
Next, as shown in FIG. 5D, a desired portion of the thick interlayer insulating film 5 located on the upper surface of the program insulating film 4 is subjected to the photolithography technique, the wet etching technique and the dry etching technique. Area to be programmed by etching (hereinafter,
Open the program area 6).

【0011】つぎに図5(e)に示すように、窒化チタ
ン膜、アルミニウム合金膜をスパッタリング法により順
次積層した後、フォトリソグラフィー技術およびドライ
エッチング技術を用いて所望の寸法にパターニングする
ことによって、上部電極7および上部配線8を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 5 (e), a titanium nitride film and an aluminum alloy film are sequentially laminated by a sputtering method, and then patterned into desired dimensions by using a photolithography technique and a dry etching technique. The upper electrode 7 and the upper wiring 8 are formed.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、プログラム領域6は厚い層間絶縁膜5を開
口することによって行われるので、厚い層間絶縁膜5を
エッチングしプログラム領域6を開口した後のオーバー
エッチにより、直下に位置するプログラム用絶縁膜4が
薄くなったり、ダメージを受けたりしてこのプログラム
用絶縁膜4の絶縁破壊耐圧が低下したり、特性のばらつ
きが増大するという課題を有していた。また、同じく、
プログラム領域6は厚い層間絶縁膜5を開口することに
よって行われるので、プログラム領域6の開口部のアス
ペクト比が大きくなり、上部電極7のカバレッジが低下
し、プログラム用絶縁膜4をプログラミングした後の導
通状態での信頼性が劣化するという課題も有していた。
However, in the above conventional structure, since the program region 6 is formed by opening the thick interlayer insulating film 5, after the thick interlayer insulating film 5 is etched and the program region 6 is opened. Due to the over-etching, the programming insulating film 4 located immediately below is thinned or damaged, so that the dielectric breakdown voltage of the programming insulating film 4 is lowered, and there is a problem that variations in characteristics are increased. Was there. Also,
Since the program region 6 is formed by opening the thick interlayer insulating film 5, the aspect ratio of the opening of the program region 6 is increased, the coverage of the upper electrode 7 is lowered, and the programming insulating film 4 after programming is formed. There was also a problem that reliability in a conductive state deteriorates.

【0013】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、プログラム用絶縁膜の電気的特性劣化を抑制で
き、より高品質なプログラマブル素子を提供することを
目的とする。
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a higher quality programmable element which can suppress the deterioration of the electrical characteristics of the programming insulating film.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のプログラマブル素子は、半導体基板上に形成さ
れた酸化物層の上に配置された下部配線と、その下部配
線の上面に設けられた下部電極と、その下部電極の上に
形成されたプログラム用絶縁膜と、そのプログラム用絶
縁膜の上面に形成された上部電極と、その上部電極の上
面に配置された上部配線とからなるプログラマブル素子
であって、プログラム用絶縁膜上のプログラム領域を除
くプログラム用絶縁膜の周辺上面から下部電極、下部配
線の側面部を被覆し、酸化物層の上面と上部配線との間
に2層構造よりなる層間絶縁膜を備えたものであり、プ
ログラム用絶縁膜へ加わるオーバーエッチの絶対量を低
減でき、オーバーエッチ量のばらつきを低減してプログ
ラム用絶縁膜の絶縁破壊耐圧の低下およびばらつきを抑
制することができる。
To achieve the above object, a programmable element according to the present invention is provided with a lower wiring arranged on an oxide layer formed on a semiconductor substrate and an upper surface of the lower wiring. Programmable lower electrode, a programming insulating film formed on the lower electrode, an upper electrode formed on the upper surface of the programming insulating film, and an upper wiring arranged on the upper surface of the upper electrode. The device is a two-layer structure that covers the peripheral upper surface of the programming insulating film excluding the program region on the programming insulating film from the upper surface of the lower electrode to the side surface of the lower wiring, and between the upper surface of the oxide layer and the upper wiring. It is possible to reduce the absolute amount of overetch applied to the program insulating film by reducing the variation in the overetch amount and to prevent the insulating film for programming from being interrupted. It is possible to suppress the reduction and variation in breakdown voltage.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】請求項1に記載の発明は、半導体
基板上に形成された酸化物層の上に配置された下部配線
と、その下部配線の上面に設けられている下部電極と、
その下部電極の上に形成されたプログラム用絶縁膜と、
そのプログラム用絶縁膜の上面に形成された上部電極
と、その上部電極の上面に配置された上部配線とを有す
るプログラマブル素子であって、前記プログラム用絶縁
膜のプログラム領域を除く前記プログラム用絶縁膜の周
辺上面から下部電極、下部配線の側面部を被覆し、前記
半導体基板または酸化物層の上面と上部配線との間に、
2層構造よりなる層間絶縁膜を備えたものであり、プロ
グラム用絶縁膜の電気的特性劣化を抑制でき、より高品
質なプログラマブル素子を得ることができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention according to claim 1 is a lower wiring arranged on an oxide layer formed on a semiconductor substrate, and a lower electrode provided on the upper surface of the lower wiring.
An insulating film for programming formed on the lower electrode,
A programmable element having an upper electrode formed on an upper surface of the programming insulating film and an upper wiring arranged on an upper surface of the upper electrode, the programming insulating film excluding a program region of the programming insulating film. From the peripheral upper surface of the lower electrode, covering the side surface of the lower wiring, between the upper surface of the semiconductor substrate or the oxide layer and the upper wiring,
Since the inter-layer insulating film having a two-layer structure is provided, deterioration of the electrical characteristics of the programming insulating film can be suppressed, and a higher quality programmable element can be obtained.

【0016】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
のプログラマブル素子の2層構造よりなる層間絶縁膜
が、薄い層間絶縁膜と厚い層間絶縁膜より構成されてい
るものであり、薄い層間絶縁膜を持つ構造を採ること
で、プログラム用絶縁膜の絶縁破壊耐圧の低下およびば
らつきの増大を抑制し、かつこのプログラム用絶縁膜の
絶縁を破壊した後の導通状態での信頼性を向上させるこ
とができる。
According to a second aspect of the present invention, the interlayer insulating film having the two-layer structure of the programmable element according to the first aspect is composed of a thin interlayer insulating film and a thick interlayer insulating film. By adopting a structure with an interlayer insulating film, it is possible to prevent the breakdown voltage of the programming insulating film from lowering and increase in variation, and improve the reliability in the conductive state after breaking the insulation of the programming insulating film. Can be made.

【0017】請求項3に記載の発明は、半導体基板上に
形成された酸化物層の上に配置された下部配線と、その
下部配線の上面に設けられている下部電極と、その下部
電極の上に形成されたプログラム用絶縁膜と、そのプロ
グラム用絶縁膜の上面に形成された上部電極と、その上
部電極の上面に配置された上部配線とを有するプログラ
マブル素子であって、薄い層間絶縁膜が、プログラム用
絶縁膜のプログラム領域を除く面上と、少なくともプロ
グラム用絶縁膜と下部電極と下部配線の側面部とを被覆
し、厚い層間絶縁膜が、プログラム用絶縁膜のプログラ
ム領域の面に接続し、かつプログラム用絶縁膜の上部周
辺部を被覆する薄い層間絶縁膜の上面にかけて設けられ
ている上部電極の周辺部を含み半導体基板上に形成され
た酸化物層と上部配線との間に形成されているものであ
り、プログラム用絶縁膜へ加わるオーバーエッチの絶対
量を低減でき、オーバーエッチ量のばらつきを低減して
プログラム用絶縁膜の絶縁破壊耐圧の低下およびばらつ
きを抑制することができる。
According to a third aspect of the present invention, a lower wiring provided on an oxide layer formed on a semiconductor substrate, a lower electrode provided on the upper surface of the lower wiring, and a lower electrode of the lower electrode are provided. A thin interlayer insulating film, which is a programmable element having a programming insulating film formed above, an upper electrode formed on an upper surface of the programming insulating film, and an upper wiring arranged on an upper surface of the upper electrode. However, a thick interlayer insulating film covers the surface of the program insulating film excluding the program region and at least the side surface of the program insulating film, the lower electrode and the lower wiring, and An oxide layer formed on the semiconductor substrate including the peripheral portion of the upper electrode, which is provided over the upper surface of the thin interlayer insulating film that is connected to and covers the upper peripheral portion of the programming insulating film, and the upper portion. Since it is formed between the line and the line, the absolute amount of overetch applied to the program insulating film can be reduced, and the variation in the overetch amount can be reduced to reduce or reduce the dielectric breakdown voltage of the program insulating film. Can be suppressed.

【0018】請求項4に記載の発明は、請求項2または
3記載のプログラマブル素子の薄い層間絶縁膜が50〜
500nmの厚さを有するものであり、この薄い膜厚と
することにより、膜厚を限定した薄い層間絶縁膜が有効
に作用する領域を規定したものであって、プログラム用
絶縁膜の絶縁破壊耐圧の低下およびばらつきの増大を抑
制し、かつこのプログラム用絶縁膜の絶縁を破壊した後
の導通状態での信頼性を向上させることができる。
According to a fourth aspect of the invention, the thin interlayer insulating film of the programmable element according to the second or third aspect is 50 to 50.
It has a thickness of 500 nm, and this thin film thickness defines a region where a thin interlayer insulating film having a limited film thickness works effectively, and has a dielectric breakdown voltage of the program insulating film. It is possible to suppress the decrease of the resistance and the increase of the variation and to improve the reliability in the conductive state after the insulation of the programming insulating film is broken.

【0019】請求項5に記載の発明は、請求項2、3ま
たは4記載のプログラマブル素子の下部配線と下部電極
とプログラム用絶縁膜より構成される3層構造物におけ
るプログラム用絶縁膜の周辺角部および3層構造物が酸
化物層に接する部分における薄い層間絶縁膜の断面形状
が曲面を形成しているものであり、薄い層間絶縁膜の側
壁に上部電極の構成材料である窒化チタンのエッチ残り
を生じさせないという作用を有する。
According to a fifth aspect of the present invention, a peripheral corner of a programming insulating film in a three-layer structure composed of a lower wiring, a lower electrode and a programming insulating film of the programmable element according to the second, third or fourth aspect. Section and the portion where the three-layer structure is in contact with the oxide layer form a curved cross-sectional shape of the thin interlayer insulating film, and titanium nitride, which is a constituent material of the upper electrode, is etched on the side wall of the thin interlayer insulating film. It has the effect of not causing the rest.

【0020】請求項6に記載の発明は、半導体基板上に
酸化物層を形成する工程と、前記酸化物層の上に下部配
線と下部電極を形成する工程と、前記下部電極の上にプ
ログラム用絶縁膜を形成する工程と、少なくとも前記プ
ログラム用絶縁膜の上面部と側面部および前記下部電極
と下部配線の側面部に薄い層間絶縁膜を形成する工程
と、前記プログラム用絶縁膜上の前記薄い層間絶縁膜の
所望の部分を開口して前記プログラム用絶縁膜の表面を
露出させる工程と、前記薄い層間絶縁膜の開口部におけ
る前記プログラム用絶縁膜の上面部に上部電極を形成す
る工程と、前記上部電極の上に厚い層間絶縁膜を形成す
る工程と、前記厚い層間絶縁膜の所望の部分を開口して
前記上部電極の表面を露出させる工程と、前記厚い層間
絶縁膜の開口部に露出した前記上部電極の上面部に上部
配線を形成する工程とを有する製造方法であり、プログ
ラム用絶縁膜の絶縁破壊耐圧の低下およびばらつきの増
大を抑制し、かつこのプログラム用絶縁膜をプログラム
した後の導通状態での信頼性を向上させることができ
る。
According to a sixth aspect of the present invention, a step of forming an oxide layer on a semiconductor substrate, a step of forming a lower wiring and a lower electrode on the oxide layer, and a program on the lower electrode. Forming an insulating film for insulation, forming a thin interlayer insulating film on at least the upper surface and the side surface of the insulating film for programming, and the side surface of the lower electrode and the lower wiring, Opening a desired portion of the thin interlayer insulating film to expose the surface of the programming insulating film; and forming an upper electrode on the upper surface of the programming insulating film in the opening of the thin interlayer insulating film. A step of forming a thick interlayer insulating film on the upper electrode, a step of opening a desired portion of the thick interlayer insulating film to expose a surface of the upper electrode, and a step of forming an opening in the thick interlayer insulating film. Dew And a step of forming an upper wiring on the upper surface of the upper electrode, which suppresses a decrease in dielectric breakdown voltage of the programming insulating film and an increase in variations, and after programming the programming insulating film. The reliability in the conducting state can be improved.

【0021】以下本発明のプログラマブル素子の実施の
形態について、図1の断面図を参照しながら説明する。
An embodiment of the programmable element of the present invention will be described below with reference to the sectional view of FIG.

【0022】図1において、10は半導体基板、11は
酸化物層、12は下部配線、13は下部電極、14はプ
ログラム用絶縁膜、15は薄い層間絶縁膜、16はプロ
グラム領域、17は上部電極、18は厚い層間絶縁膜、
19は上部配線である。
In FIG. 1, 10 is a semiconductor substrate, 11 is an oxide layer, 12 is a lower wiring, 13 is a lower electrode, 14 is a program insulating film, 15 is a thin interlayer insulating film, 16 is a program region, and 17 is an upper part. Electrodes, 18 is a thick interlayer insulating film,
Reference numeral 19 is an upper wiring.

【0023】図2は本実施の形態の平面図であり、図2
において、13は下部電極、16はプログラム領域、1
7は上部電極、19は上部配線、20はオーバーラップ
マージンである。
FIG. 2 is a plan view of this embodiment.
, 13 is a lower electrode, 16 is a program area, 1
Reference numeral 7 is an upper electrode, 19 is an upper wiring, and 20 is an overlap margin.

【0024】PLDのプログラミングは、上部配線19
を介して上部電極17と、下部配線12を介して下部電
極13との間に10V程度の電圧を印加しプログラム用
絶縁膜14の絶縁を破壊して上部電極17と下部電極1
3とを電気的に導通させることにより行われる。
Programming of the PLD is performed by the upper wiring 19
A voltage of about 10 V is applied between the upper electrode 17 through the lower electrode 13 and the lower electrode 13 through the lower wiring 12 to break the insulation of the programming insulating film 14 and thereby to prevent the upper electrode 17 and the lower electrode 1 from passing.
This is performed by electrically connecting 3 and 3.

【0025】以上のように構成されたプログラマブル素
子について、以下その動作を説明する。
The operation of the programmable element configured as described above will be described below.

【0026】本実施の形態のプログラマブル素子におい
ては、たとえば200nm程度の厚さを有する薄い層間
絶縁膜15を持つことにより、この薄い層間絶縁膜15
をエッチングしてプログラム領域16を開口する際、エ
ッチング時のオーバーエッチの量を従来のたとえば20
00nm程度の厚さを有する層間絶縁膜の場合と比較し
てほぼ10分の1にすることができる。したがって、プ
ログラム用絶縁膜14に加わるオーバーエッチの量もほ
ぼ10分の1にすることができ、その結果プログラム用
絶縁膜14の膜厚減少およびプログラム用絶縁膜14へ
加わるダメージに起因する絶縁破壊耐圧の低下を抑制す
ることができる。また、プログラム領域16を開口する
際の被エッチング膜厚は、そのばらつきがたとえば±1
0%であるとき、薄い層間絶縁膜15の場合は±20n
m、従来の厚い層間絶縁膜5の場合は±200nmとな
る。したがって、同じ量のオーバーエッチが加わったと
きのプログラム用絶縁膜14へ加わるオーバーエッチ量
のばらつきもほぼ10分の1となり、その結果プログラ
ム用絶縁膜14の絶縁破壊耐圧のばらつきを抑制するこ
とが可能となる。
In the programmable element of the present embodiment, by having a thin interlayer insulating film 15 having a thickness of, for example, about 200 nm, this thin interlayer insulating film 15 is provided.
When the program region 16 is opened by etching the substrate, the amount of overetching during etching is set to 20
It can be reduced to about 1/10 of that in the case of the interlayer insulating film having a thickness of about 00 nm. Therefore, the amount of overetching applied to the program insulating film 14 can be reduced to about 1/10, and as a result, the dielectric breakdown due to the reduction in the film thickness of the program insulating film 14 and the damage applied to the program insulating film 14 is caused. It is possible to suppress a decrease in breakdown voltage. Further, the variation in the film thickness to be etched when opening the program region 16 is, for example, ± 1.
0%, ± 20n for thin interlayer insulating film 15
m, ± 200 nm in the case of the conventional thick interlayer insulating film 5. Therefore, when the same amount of overetch is applied, the variation in the amount of overetch applied to the programming insulating film 14 is also about 1/10, and as a result, the variation in the dielectric breakdown voltage of the programming insulating film 14 can be suppressed. It will be possible.

【0027】また、本実施の形態のプログラマブル素子
においては、上部電極17はプログラム領域16の部分
に露出しているプログラム用絶縁膜14の上面に接続し
ているとともに、そのプログラム用絶縁膜14のプログ
ラム領域16以外の面を被覆している薄い層間絶縁膜1
5の上面にもオーバーラップして覆う構成となっている
ため、下部電極13および上部電極17の寸法ばらつき
およびマスク合わせずれに対して余裕のある構造を保持
できるという効果を有する。
Further, in the programmable element of the present embodiment, the upper electrode 17 is connected to the upper surface of the program insulating film 14 exposed in the portion of the program region 16, and the program insulating film 14 is exposed. Thin interlayer insulating film 1 covering the surface other than the program area 16
Since the upper surface of No. 5 is also overlapped and covered, there is an effect that it is possible to maintain a structure with a margin against dimensional variations of the lower electrode 13 and the upper electrode 17 and mask misalignment.

【0028】つぎに本発明のプログラマブル素子の製造
方法の実施の形態について、図3の工程断面図を参照し
ながら説明する。
Next, an embodiment of a method of manufacturing a programmable element according to the present invention will be described with reference to the process sectional view of FIG.

【0029】図3(a)において、半導体基板10の上
に形成された厚い酸化物層11上に厚さ500〜100
0nm程度のアルミニウム合金層22、厚さ200〜3
00nm程度の窒化チタン層23をスパッタリング法に
より堆積し、続いて厚さ5〜10nm程度のシリコン窒
化膜および厚さ50〜100nm程度のアモルファスシ
リコン膜の複合膜24をプラズマCVD法により順次積
層して形成する。
In FIG. 3A, a thickness of 500 to 100 is formed on the thick oxide layer 11 formed on the semiconductor substrate 10.
Aluminum alloy layer 22 of about 0 nm, thickness 200 to 3
A titanium nitride layer 23 having a thickness of about 00 nm is deposited by a sputtering method, and subsequently, a composite film 24 of a silicon nitride film having a thickness of about 5 to 10 nm and an amorphous silicon film having a thickness of about 50 to 100 nm is sequentially laminated by a plasma CVD method. Form.

【0030】つぎに図3(b)に示すように、フォトリ
ソグラフィー技術およびドライエッチング技術を用い
て、シリコン窒化膜とアモルファスシリコン膜よりなる
複合膜24、窒化チタン層23およびアルミニウム合金
層22を同時にエッチングし、プログラム用絶縁膜1
4、下部電極13、下部配線12を同時にパターニング
し、形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, a composite film 24 made of a silicon nitride film and an amorphous silicon film, a titanium nitride layer 23 and an aluminum alloy layer 22 are simultaneously formed by using a photolithography technique and a dry etching technique. Etching and programming insulation film 1
4, the lower electrode 13 and the lower wiring 12 are simultaneously patterned and formed.

【0031】つぎに図3(c)に示すように、厚さ10
0〜300nm程度の薄い層間絶縁膜15をTEOSを
用いたプラズマCVD法により成長した後、アルゴンの
スパッタリングにて薄い層間絶縁膜15の角の部分を図
中の15a、15bに示すように滑らかな曲面とする。
そして、プログラム用絶縁膜14の上面部に位置する薄
い層間絶縁膜15の所望の部分をフォトリソグラフィー
技術とウエットエッチング技術およびドライエッチング
技術を用いてエッチングすることによってプログラム領
域16を開口してプログラム用絶縁膜14の上面の一部
を露出させる。
Next, as shown in FIG. 3C, the thickness 10
After the thin interlayer insulating film 15 of about 0 to 300 nm is grown by the plasma CVD method using TEOS, the corner portions of the thin interlayer insulating film 15 are smoothed by argon sputtering as shown by 15a and 15b in the figure. Let it be a curved surface.
Then, a desired portion of the thin interlayer insulating film 15 located on the upper surface of the program insulating film 14 is etched by using the photolithography technique, the wet etching technique, and the dry etching technique to open the program region 16 for programming. A part of the upper surface of the insulating film 14 is exposed.

【0032】つぎに図3(d)に示すように、厚さ20
0〜300nm程度の窒化チタン層をスパッタリング法
により堆積した後、フォトリソグラフィー技術を用いて
所望のパターンを形成し、ドライエッチング技術で所定
の条件および時間でもって等方的に窒化チタン層をエッ
チングして上部電極17を形成する。このとき、上部電
極17の外側面17aは0.2〜0.3μm程度上部が
後退したテーパー形状となるが、薄い層間絶縁膜15の
側壁には窒化チタンのエッチ残りはほとんど生じない。
Next, as shown in FIG.
After depositing a titanium nitride layer having a thickness of 0 to 300 nm by a sputtering method, a desired pattern is formed by using a photolithography technique, and the titanium nitride layer is isotropically etched by a dry etching technique under predetermined conditions and time. To form the upper electrode 17. At this time, the outer surface 17a of the upper electrode 17 has a taper shape in which the upper part recedes by about 0.2 to 0.3 μm, but almost no etching residue of titanium nitride occurs on the side wall of the thin interlayer insulating film 15.

【0033】つぎに図3(e)に示すように、厚さ10
00〜2500nm程度の絶縁膜をTEOSを用いたプ
ラズマCVD法により成長した後、平坦化処理を行って
厚い層間絶縁膜18を形成する。そしてフォトリソグラ
フィー技術およびドライエッチング技術を用いて上部電
極17上にプログラム領域16となる開口部を設ける。
そしてさらに、厚さ700〜1000nm程度のチタン
とアルミ合金からなる上部配線19を形成することによ
ってプログラマブル素子が完成する。
Next, as shown in FIG.
After growing an insulating film having a thickness of about 00 to 2500 nm by a plasma CVD method using TEOS, a flattening process is performed to form a thick interlayer insulating film 18. Then, an opening to be the program region 16 is provided on the upper electrode 17 by using the photolithography technique and the dry etching technique.
Further, the programmable element is completed by forming the upper wiring 19 made of titanium and aluminum alloy having a thickness of about 700 to 1000 nm.

【0034】[0034]

【発明の効果】このように本発明によれば、プログラム
用絶縁膜へ加わるオーバーエッチの絶対量を低減し、か
つオーバーエッチ量のばらつきを低減してプログラム用
絶縁膜の絶縁破壊耐圧の低下およびばらつきの増大を抑
制でき、かつこのプログラム用絶縁膜をプログラムした
後の導通状態での信頼性を向上させることが可能とな
り、より高品質なるプログラマブル素子を実現できる。
As described above, according to the present invention, the absolute amount of overetch applied to the program insulating film is reduced, and the variation in the overetch amount is also reduced to reduce the dielectric breakdown voltage of the program insulating film. It is possible to suppress an increase in variation and improve the reliability in a conductive state after programming the programming insulating film, and it is possible to realize a higher quality programmable element.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のプログラマブル素子の実施の形態を説
明するための断面図
FIG. 1 is a sectional view for explaining an embodiment of a programmable element of the present invention.

【図2】同実施の形態を説明するための平面図FIG. 2 is a plan view for explaining the embodiment.

【図3】(a)〜(e)は本発明のプログラマブル素子
の製造方法の実施の形態を説明するための工程断面図
3A to 3E are process cross-sectional views for explaining an embodiment of a method for manufacturing a programmable element of the present invention.

【図4】従来のプログラマブル素子の断面図FIG. 4 is a sectional view of a conventional programmable element.

【図5】(a)〜(e)は従来のプログラマブル素子の
製造方法を示す工程断面図
5A to 5E are process cross-sectional views showing a conventional method for manufacturing a programmable element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 半導体基板 11 酸化物層 12 下部配線 13 下部電極 14 プログラム用絶縁膜 15 薄い層間絶縁膜 16 プログラム領域 17 上部電極 18 厚い層間絶縁膜 19 上部配線 10 Semiconductor substrate 11 Oxide layer 12 Lower wiring 13 Lower electrode 14 Program insulation film 15 Thin interlayer insulating film 16 program areas 17 Upper electrode 18 thick interlayer insulating film 19 Upper wiring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 湯浅 寛 大阪府高槻市幸町1番1号 松下電子工 業株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−22513(JP,A) 特開 平8−264653(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/82 H01L 27/10 H01L 21/822 H01L 27/04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiroshi Yuasa 1-1 Sachimachi, Takatsuki City, Osaka Prefecture Matsushita Electronic Industrial Co., Ltd. (56) Reference JP-A-7-22513 (JP, A) JP-A 8-264653 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/82 H01L 27/10 H01L 21/822 H01L 27/04

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上に形成された酸化物層の上
に配置された下部配線と、前記下部配線の上面に設けら
れている下部電極と、前記下部電極の上に形成されたプ
ログラム用絶縁膜と、前記プログラム用絶縁膜の上面に
形成された上部電極と、前記上部電極の上面に配置され
た上部配線とを有するプログラマブル素子であって、前
記プログラム用絶縁膜上のプログラムされる領域を除く
前記プログラム用絶縁膜の周辺上面から下部電極、下部
配線の側面部を被覆し、前記半導体基板または酸化物層
の上面と上部配線との間に、2層構造よりなり、下層が
前記プログラム用絶縁膜の周辺上面と接する層間絶縁膜
を備えたプログラマブル素子。
1. A lower wiring arranged on an oxide layer formed on a semiconductor substrate, a lower electrode provided on an upper surface of the lower wiring, and a programming formed on the lower electrode. A programmable element having an insulating film, an upper electrode formed on the upper surface of the programming insulating film, and an upper wiring arranged on the upper surface of the upper electrode, wherein a programmable region on the programming insulating film is provided. Except for the peripheral insulating upper surface of the programming, the lower electrode and the side surface of the lower wiring are covered, and the lower layer has a two-layer structure between the upper surface of the semiconductor substrate or the oxide layer and the upper wiring.
A programmable device comprising an interlayer insulating film in contact with the peripheral upper surface of the programming insulating film.
【請求項2】 2層構造よりなる層間絶縁膜が、下層の
薄い層間絶縁膜と上層の厚い層間絶縁膜の2層から形成
されている請求項1記載のプログラマブル素子。
2. The programmable element according to claim 1, wherein the interlayer insulating film having a two-layer structure is formed of two layers of a lower thin interlayer insulating film and an upper thick interlayer insulating film.
【請求項3】 半導体基板上に形成された酸化物層と、
前記酸化物層の上に配置された下部配線と、前記下部配
線の上面に設けられている下部電極と、前記下部電極の
上に形成されたプログラム用絶縁膜と、前記プログラム
用絶縁膜の上面に形成された上部電極と、前記上部電極
の上面に配置された上部配線とを有するプログラマブル
素子であって、薄い層間絶縁膜が、前記プログラム用絶
縁膜のプログラム領域を除く面上に接し、少なくとも前
記プログラム用絶縁膜と前記下部電極と前記下部配線の
側面部とを被覆して形成され、厚い層間絶縁膜が、前記
プログラム用絶縁膜のプログラム領域の面に接続しかつ
前記プログラム用絶縁膜の上部周辺部を被覆する前記薄
い層間絶縁膜の上面にかけて設けられている前記上部電
極の周辺部を含み、前記半導体基板上の酸化物層と前記
上部配線との間に形成されているプログラマブル素子。
3. An oxide layer formed on a semiconductor substrate,
A lower wiring disposed on the oxide layer, a lower electrode provided on the upper surface of the lower wiring, a programming insulating film formed on the lower electrode, and an upper surface of the programming insulating film. A thin interlayer insulating film is in contact with a surface of the insulating film for programming except a program region, and a programmable element having an upper electrode formed on the upper electrode and an upper wiring arranged on an upper surface of the upper electrode , A thick interlayer insulating film is formed to cover the program insulating film, the lower electrode, and the side surface of the lower wiring, and a thick interlayer insulating film is connected to the surface of the program region of the program insulating film and is A peripheral portion of the upper electrode provided over the upper surface of the thin interlayer insulating film covering the upper peripheral portion, and between the oxide layer on the semiconductor substrate and the upper wiring; Made is to have a programmable element.
【請求項4】 薄い層間絶縁膜の厚さが、50〜500
nmである請求項2または3記載のプログラマブル素
子。
4. The thin interlayer insulating film has a thickness of 50 to 500.
The programmable element according to claim 2 or 3, which has a wavelength of nm.
【請求項5】 下部配線と下部電極とプログラム用絶縁
膜より構成される3層構造物の前記プログラム用絶縁膜
の周辺角部および前記3層構造物が酸化物層に接する部
分における薄い層間絶縁膜の断面形状が曲面を形成して
いる請求項2、3または4記載のプログラマブル素子。
5. A thin interlayer insulation in a peripheral corner portion of the program insulating film of a three-layer structure composed of a lower wiring, a lower electrode and a program insulating film and a portion where the three-layer structure is in contact with an oxide layer. The programmable element according to claim 2, 3 or 4, wherein the cross-sectional shape of the film forms a curved surface.
【請求項6】 半導体基板上に酸化物層を形成する工程
と、前記酸化物層の上に下部配線と下部電極を形成する
工程と、前記下部電極の上にプログラム用絶縁膜を形成
する工程と、前記プログラム用絶縁膜の上面部に接する
ように、少なくとも前記プログラム用絶縁膜の上面部と
側面部および前記下部電極と下部配線の側面部に薄い層
間絶縁膜を形成する工程と、前記プログラム用絶縁膜上
の前記薄い層間絶縁膜の所望の部分を開口して前記プロ
グラム用絶縁膜の表面を露出させる工程と、前記薄い層
間絶縁膜の開口部における前記プログラム用絶縁膜の上
面部に上部電極を形成する工程と、前記上部電極の上に
厚い層間絶縁膜を形成する工程と、前記厚い層間絶縁膜
の所望の部分を開口して前記上部電極の表面を露出させ
る工程と、前記厚い層間絶縁膜の開口部に露出した前記
上部電極の上面部に上部配線を形成する工程とを有する
プログラマブル素子の製造方法。
6. A step of forming an oxide layer on a semiconductor substrate, a step of forming a lower wiring and a lower electrode on the oxide layer, and a step of forming a programming insulating film on the lower electrode. And contacts the upper surface of the programming insulating film.
As a step of forming a thin interlayer insulating film on a side surface portion of the upper surface and side portions and the lower electrode and the lower wiring of at least the program insulating film, desired of the thin interlayer insulating film on said program insulating film To expose the surface of the program insulating film, a step of forming an upper electrode on the upper surface of the program insulating film in the opening of the thin interlayer insulating film, and a step of forming an upper electrode on the upper electrode. A step of forming a thick interlayer insulating film, exposing a surface of the upper electrode by opening a desired portion of the thick interlayer insulating film, and exposing the upper electrode exposed in the opening of the thick interlayer insulating film. And a step of forming an upper wiring on an upper surface of the programmable element.
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