JP4825559B2

JP4825559B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP4825559B2
Application number: JP2006085469A
Authority: JP
Inventors: 由博松岡; 英也松山; 豊治澤田; 準長山; 貴志鈴木; 雅博末田
Original assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Current assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: JP2007266061A; US20070222028A1

Description

この発明は、ｅヒューズ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ−ｆｕｓｅ）およびｅヒューズの製造方法に関する。

近年、高い電流密度によりシリサイド中の金属原子が移動するエレクトロ・マイグレーション現象を利用して、電極間の抵抗値を変化させ、それによってデータの書き込み制御をおこなうｅヒューズが注目されている。（たとえば、特許文献１〜６を参照。）このエレクトロ・マイグレーションを活用したｅヒューズを用いることで、チップ内に溶断型のヒューズを実装する技術とは異なり、チップ内のほかの場所に全くダメージを与えることなく、繰り返し何度でも使用することが可能になった。

図１１は従来技術にかかるｅヒューズを示す断面図である。図１１において、半導体基板（Ｓｉ、ＳＴＩ）上には、斜線で示したゲート酸化膜１０６、その上にポリシリコン層１０３があり、そのポリシリコン層１０３にシリサイド層１０１が、コンタクト１０４−１と１０４−２をつなぐように形成されている。コンタクト１０４（１０４−１，１０４−２）の上には配線部１０５（１０５−１，１０５−２）が形成されている。

図１２は従来技術にかかるｅヒューズを示す平面図である。図１２において、斜線で示した部分がシリサイド領域１０１であり、シリサイド領域１０１は、第１コンタクト領域１０７と第１コンタクト領域１０７よりも幅が細くなったヒューズ領域１０８と、ヒューズ領域１０８を挟んで第１コンタクト領域１０７と対向して設けられた第２コンタクト領域１０９とから構成される。

米国特許第５９６９４０４号明細書米国特許第６２５８７００号明細書米国特許第６３２３５３５号明細書米国特許第６３３７５０７号明細書米国特許第６４３３４０４号明細書米国特許第６６２４４９９号明細書

しかしながら、この従来の方法は、以下のような問題点があった。図１３−１は、従来技術にかかるｅヒューズを示す概略断面図（ブロー前）であり、図１３−２は、従来技術にかかるｅヒューズを示す概略断面図（ブロー後）である。図１３−１において、ポリシリコン層１０３内の上層側に形成されたシリサイド１０１について、配線部１０５−１から高い電流を流すと、コンタクト１０４−１を通じて、シリサイド１０１領域内でエレクトロ・マイグレーションが発生する。

すなわち、高い電流密度によりシリサイド１０１中の金属原子が電流を流した側とは逆の方向（すなわち、コンタクト１０４−１側からコンタクト１０４−２側の方向）へ移動し、これによってエレクトロ・マイグレーションによって変化した配線部１０５−１と配線部１０５−２間のシリサイド領域１０１の抵抗値が変化する。

その際、図１３−２に示すように、バックフロー効果が発生する場合があり、一度電流を流した側（コンタクト１０４−１側）とは逆の方向（コンタクト１０４−２の方向）へ一旦移動した金属原子が、コンタクト１０４−１側に戻ってきてしまう場合があり、エレクトロ・マイグレーションが不十分となる、すなわち十分に金属原子が移動しきれないという問題点があった。これによって、配線１０５−１と配線１０５−２間とを接続するシリサイド領域１０１の抵抗値の変化が不十分になり、ヒューズとしての役割を果たせなくなる場合があるという問題点があった。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、より精度の高いｅヒューズおよびｅヒューズの製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかるｅヒューズは、第１のコンタクト領域と、第２のコンタクト領域と、前記第１のコンタクト領域と前記第２のコンタクト領域の間に設けられ、前記第１コンタクト領域と前記第２のコンタクト領域とを接続するヒューズ領域と、を備えたｅヒューズであって、前記第２のコンタクト領域に隣接する周辺の少なくとも一部の領域を非シリサイド領域としたことを特徴とする。

前記第２のコンタクト領域のうち、前記ヒューズとつながっている側（以下「ヒューズ領域側」という）に隣接する領域を非シリサイド領域としてもよい。

また、前記第２のコンタクト領域のうち、前記ヒューズとつながっている側（以下「ヒューズ領域側」という）と反対側（以下「非ヒューズ接続側」という）に隣接する領域を非シリサイド領域としてもよい。その際、前記非ヒューズ接続側に隣接する領域であって、前記ヒューズ領域の長手方向に対する幅と略同一の幅の領域を非シリサイド領域としてもよい。また、前記非ヒューズ接続側に隣接する領域であって、前記ヒューズ領域の長手方向に対する幅と略同一の幅の領域で、かつ前記ヒューズ領域の延長上の領域を非シリサイド領域としてもよい。

また、第２のコンタクト領域の前記ヒューズ接続側、前記非ヒューズ接続側に対する両サイド側の少なくともいずれかを非シリサイド領域としてもよい。

また、前記ヒューズ領域に隣接する周辺の少なくとも一部の領域を非シリサイド領域としてもよい。

さらに、前記第１コンタクト領域および前記第２コンタクト領域の少なくともいずれかは多角形の形状であり、その一辺がヒューズ領域と接続されていてもよい。

また、第１のコンタクト領域と、第２のコンタクト領域と、前記第１のコンタクト領域と前記第２のコンタクト領域の間に設けられ、前記第１コンタクト領域と前記第２のコンタクト領域とを接続するヒューズ領域とを備え、前記ヒューズ領域に隣接する周辺の少なくとも一部の領域を非シリサイド領域としてもよい。

また、この発明にかかるｅヒューズの製造方法は、ポリシリコン層を形成する第１の工程と、前記第１の工程において形成されたポリシリコン層の上の所定の位置に酸化シリコン層を形成する第２の工程と、前記第２の工程に続いて、前記ポリシリコン層および前記酸化シリコン層の上に金属膜を形成する第３の工程と、前記第３の工程において形成した金属膜に対してアニール処理を施し、前記ポリシリコン層の上層にシリサイドを形成する工程と、を含んでいる。

そして、前記第２の工程は、フォトレジストを用いて、前記ポリシリコン層の上の所定の位置に酸化シリコン層を形成することができる。

本発明によれば、バックフロー効果を効率的に防止することができ、それによって、より精度の高いｅヒューズおよびｅヒューズの製造方法が得られるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明によるｅヒューズおよびｅヒューズの製造方法の実施の形態を詳細に説明する。

（ｅヒューズの構成）
まず、この発明の実施の形態にかかるｅヒューズの構成について説明する。図１は、この発明の実施の形態にかかるｅヒューズを示す概略断面図である。図１において、ポリシリコン（ＰｏｌｙＳｉ）層３内の上層側に形成されたシリサイド１に隣接する周辺に非シリサイド領域２を設ける。

バックフロー効果は、そもそも、エレクトロ・マイグレーションによって移動してきた金属原子が衝突し合い、行き場がなくなった金属原子が元の位置へ戻ってくるものであるから、その対策として、非シリサイド領域２を設けておくことによって、行き場がなくなった金属原子が順次押し出されて非シリサイドの近くにあった金属原子が非シリサイド領域２へ移動する。これによって、効率的にバックフロー効果の発生を防止することが可能となると考えられる。

図２は、この発明の実施の形態にかかるｅヒューズの一例を示す断面図である。図２において、半導体基板（Ｓｉ、ＳＴＩ）上には、ゲート酸化膜６、その上にはポリシリコン層３があり、そのポリシリコン層３内の上層側において、シリサイド層１が、コンタクト群４−１とコンタクト群４−２をつなぐように形成されている。コンタクト群４−１には配線部５−１が、コンタクト群４−２には配線部５−２がそれぞれ形成されている。シリサイド１は、たとえば、コバルト（Ｃｏ）シリサイド、チタン（Ｔｉ）シリサイド、ニッケル（Ｎｉｅ）シリサイドなどである。

コンタクト群４−１，４−２は、たとえばタングステン（Ｗ）の材質でできており、たとえば窒化チタン（ＴｉＮ）またはチタン（Ｔｉ）でコーティングされている。また、配線部５−１，５−２は、たとえば銅（Ｃｕ）の材質でできており、たとえばタイタン（Ｔａ）または窒化タイタン（ＴａＮ）でコーティングされている。そして、図２において、シリサイド１の略同層、すなわちポリシリコン層３内の上層側（図２にあってはシリサイド１と同層の右側）が非シリサイド領域２となる。

図３−１は、この発明の実施の形態にかかるｅヒューズの一例を示す平面図である。図３−１において、斜線で示した部分がシリサイド（領域）１であり、シリサイド領域１は、第１コンタクト領域７と第１コンタクト領域７よりも長手方向の幅が細いヒューズ領域８と、ヒューズ領域８を挟んで第１コンタクト領域７と対向して設けられた第２コンタクト領域９とから構成される。

そして、第２コンタクト領域９のヒューズ領域８と接している側とは反対側に隣接した位置（非ヒューズ接続側）に非シリサイド領域２を設ける。これによって、ヒューズ領域８のシリサイド中の金属原子が移動した際に、第２コンタクト領域９のシリサイド中の金属原子が、ヒューズ領域８から移動してきた金属原子と衝突して、非シリサイド領域２へ移動する。これによって、バックフロー効果を回避することができると考えられる。

また、図３−２は、第１コンタクト領域７および第２コンタクト領域９の形状が図３−１とは異なる。図３−１では四角形であったが、図３−２では、ヒューズ領域８と接している面の角を取って、六角形としている。これによって、エレクトロ・イミグレーションがより効率的におこなうことができると考えられる。以下他の具体例でも、図示は省略するが、第１コンタクト領域７および第２コンタクト領域９は、四角形の代わりに、多角形（特に六角形）であってもよい。

図４は、この発明の実施の形態にかかるｅヒューズの平面図の別の一例を示す平面図である。図３において、第２のコンタクト領域９のヒューズ領域８の長手方向と直交する幅と、非シリサイド領域２との幅が略同一（「Ｗａ」）であったが、それには限定されず、たとえば図４に示すように、ヒューズ領域８の長手方向と直交する幅と略同一（「Ｗｂ」）であってもよい。また、非シリサイド領域２は、ヒューズ領域８の延長上にあるとよいと考えられる。

このように、第２コンタクト領域９において、ヒューズ領域８から押し出されてくる金属原子に衝突してはじき出される金属原子の受け皿としてヒューズ領域８とは反対側に設けることによって、ヒューズ領域８におけるバックフロー効果を効率的に防止することが可能になると考えられる。

（ｅヒューズの製造方法）
つぎに、この発明の実施の形態にかかるｅヒューズの製造方法について説明する。図５−１〜図５−６は、この発明の実施の形態にかかるｅヒューズの製造工程を示す説明図である。

図５−１において、まず、半導体基板（Ｓｉ、ＳＴＩ）の上に、ポリシリコン層３を形成する。つぎに、図５−２において、図５−１において形成したポリシリコン層３の上に、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）層１０を形成する。さらにその上に、図５−３に示すように、フォトレジスト１１を形成してエッチングし、かつフォトレジスト１１を除去すると、図５−４に示すように、ポリシリコン層３の上の所定の位置に酸化シリコン層１０が残る。

図５−５に示すように、図５−４の状態で金属膜（たとえばコバルトなど）１２を蒸着し、その後、アニール処理を施す。その結果が図５−６であり、ポリシリコン層３の上部のみがシリサイド領域１となり、ポリシリコン層３の上部のうち、酸化シリコン１０の下の部分が非シリサイド領域２となる。

このように、非シリサイド領域２は、フォトレジスト１１を用いることで容易に形成可能である。ただし、非シリサイド領域２の形成は、この方法に限定されるものではない。たとえば、ポリシリコン層３内の上層側全面にシリサイド１を形成した後、エッチングなどで該当する部分のシリサイド除去することによって、その領域を非シリサイド領域２とすることもできる。

（変形例）
図６〜図１０は、この発明の実施の形態にかかるｅヒューズの平面図の別の一例を示す平面図である。図６は、第２コンタクト領域９の周辺を囲む領域、特に非ヒューズ領域側に対する両サイドの領域（以後「サイド領域」という）を非シリサイド領域２としている。これによって、サイド領域へ金属原子が移動した場合にも対応することができる。図６では、非ヒューズ領域とサイド領域の両方を非シリサイド領域２としているが、サイド領域のみであってもよい。図６において、非シリサイド領域２の幅をどのくらいにするかについては、設計時においてｅヒューズの性能などを考慮して決定すればよい。

図７および図８は、ヒューズ領域８に隣接する両側の領域を非シリサイド領域２としている。これによって、バックフロー効果によって戻ってきた金属原子を両側の領域へ移動させることができると考えられる。図７では、ヒューズ領域８に隣接する両側の領域全般にわたって非シリサイド領域２としているのに対し、図８は、ヒューズ領域８の両側の領域のうちの第２コンタクト領域９側の一部のみが非シリサイド領域２としている。ヒューズ領域８の両側のどの位置までを非シリサイド領域２とするか、また、非シリサイド領域２の幅をどのくらいにするかについては、設計時においてｅヒューズの性能などを考慮して決定すればよい。また、図７および図８では両側の領域を非シリサイド領域２としているが、いずれか片側一方のみであってもよい。

図９は、ヒューズ側領域、非ヒューズ接続側領域、サイド領域をすべて合わせた領域を非シリサイド領域２としている。このように、第２コンタクト領域９を完全に包囲することによって、ヒューズ領域８を通って、第１コンタクト領域７へのバックフロー効果をより確実に防止することができると考えられる。非シリサイド領域２の幅をどのくらいにするかについては、設計時においてｅヒューズの性能などを考慮して決定すればよい。

図１０は、ヒューズ領域８を第１コンタクト領域７、第２コンタクト領域９の片側に寄せて配置し、ヒューズ領域８に隣接する片側の領域であって、ヒューズ領域８を寄せた方向とは逆の方向側の領域を非シリサイド領域２とする。このように、ヒューズ領域８を片側に寄せることによって、ｅヒューズがより製造しやすくなると考えられる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、バックフロー効果をより確実に防止することができる。

（付記１）第１のコンタクト領域と、
第２のコンタクト領域と、
前記第１のコンタクト領域と前記第２のコンタクト領域の間に設けられ、前記第１コンタクト領域と前記第２のコンタクト領域とを接続するヒューズ領域と、
を備えたｅヒューズであって、
前記第２のコンタクト領域に隣接する周辺の少なくとも一部の領域を非シリサイド領域としたことを特徴とするｅヒューズ。

（付記２）前記第２のコンタクト領域のうち、前記ヒューズとつながっている側（以下「ヒューズ領域側」という）に隣接する領域を非シリサイド領域としたことを特徴とする付記１に記載のｅヒューズ。

（付記３）前記第２のコンタクト領域のうち、前記ヒューズとつながっている側（以下「ヒューズ領域側」という）と反対側（以下「非ヒューズ接続側」という）に隣接する領域を非シリサイド領域としたことを特徴とする付記１または２に記載のｅヒューズ。

（付記４）前記非ヒューズ接続側に隣接する領域であって、前記ヒューズ領域の長手方向に対する幅と略同一の幅の領域を非シリサイド領域としたことを特徴とする付記３に記載のｅヒューズ。

（付記５）前記非ヒューズ接続側に隣接する領域であって、前記ヒューズ領域の長手方向に対する幅と略同一の幅の領域で、かつ前記ヒューズ領域の延長上の領域を非シリサイド領域としたことを特徴とする付記３に記載のｅヒューズ。

（付記６）第２のコンタクト領域の前記ヒューズ接続側、前記非ヒューズ接続側に対する両サイド側の少なくともいずれかを非シリサイド領域としたことを特徴とする付記１〜５のいずれか一つに記載のｅヒューズ。

（付記７）前記ヒューズ領域に隣接する周辺の少なくとも一部の領域を非シリサイド領域としたことを特徴とする付記１〜６のいずれか一つに記載のｅヒューズ。

（付記８）前記第１コンタクト領域および前記第２コンタクト領域の少なくともいずれかは多角形の形状であり、その一辺がヒューズ領域と接続されていることを特徴とする付記１〜７のいずれか一つに記載のｅヒューズ。

（付記９）第１のコンタクト領域と、
第２のコンタクト領域と、
前記第１のコンタクト領域と前記第２のコンタクト領域の間に設けられ、前記第１コンタクト領域と前記第２のコンタクト領域とを接続するヒューズ領域と、
を備えたｅヒューズであって、
前記ヒューズ領域に隣接する周辺の少なくとも一部の領域を非シリサイド領域としたことを特徴とするｅヒューズ。

（付記１０）ポリシリコン層を形成する第１の工程と、
前記第１の工程において形成されたポリシリコン層の上の所定の位置に酸化シリコン層を形成する第２の工程と、
前記第２の工程に続いて、前記ポリシリコン層および前記酸化シリコン層の上に金属膜を形成する第３の工程と、
前記第３の工程において形成した金属膜に対してアニール処理を施し、前記ポリシリコン層の上層にシリサイドを形成する工程と、
を含んだことを特徴とするｅヒューズの製造方法。

（付記１１）前記第２の工程は、フォトレジストを用いて、前記ポリシリコン層の上の所定の位置に酸化シリコン層を形成することを特徴とする付記１０に記載のｅヒューズの製造方法。

以上のように、本発明は、ｅヒューズおよびｅヒューズの製造方法に有用である。

この発明の実施の形態にかかるｅヒューズを示す概略断面図である。この発明の実施の形態にかかるｅヒューズの一例を示す断面図である。この発明の実施の形態にかかるｅヒューズの一例を示す平面図である。この発明の実施の形態にかかるｅヒューズの別の一例を示す平面図である。この発明の実施の形態にかかるｅヒューズの別の一例を示す平面図である。図である。この発明の実施の形態にかかるｅヒューズの製造工程を示す説明図（その１）である。この発明の実施の形態にかかるｅヒューズの製造工程を示す説明図（その２）である。この発明の実施の形態にかかるｅヒューズの製造工程を示す説明図（その３）である。この発明の実施の形態にかかるｅヒューズの製造工程を示す説明図（その４）である。この発明の実施の形態にかかるｅヒューズの製造工程を示す説明図（その５）である。この発明の実施の形態にかかるｅヒューズの製造工程を示す説明図（その６）である。この発明の実施の形態にかかるｅヒューズの平面図の別の一例を示す平面図である。この発明の実施の形態にかかるｅヒューズの平面図の別の一例を示す平面図である。この発明の実施の形態にかかるｅヒューズの平面図の別の一例を示す平面図である。この発明の実施の形態にかかるｅヒューズの平面図の別の一例を示す平面図である。この発明の実施の形態にかかるｅヒューズの平面図の別の一例を示す平面図である。従来技術にかかるｅヒューズを示す断面図である。従来技術にかかるｅヒューズを示す平面図である。従来技術にかかるｅヒューズを示す概略断面図（ブロー前）である。従来技術にかかるｅヒューズを示す概略断面図（ブロー後）である。

符号の説明

１シリサイド（領域／層）
２非シリサイド領域
３ポリシリコン層
４−１，４−２コンタクト（群）
５−１，５−２配線部
６ゲート酸化膜
７第１コンタクト領域
８ヒューズ領域
９第２コンタクト領域
１０酸化シリコン（ＳｉＯ₂）
１１フォトレジスト
１２コバルト（Ｃｏ）

Claims

第１端と第２端とを有し、第１ポリシリコン層と前記第１ポリシリコン層上に設けられた第１シリサイド層とを有するヒューズ領域と、
前記第１端に接続され、第２ポリシリコン層と前記第２ポリシリコン層上に設けられた第２シリサイド層とを有し、前記ヒューズ領域を切断する際に前記ヒューズ領域に流れる電子流の上流側となる第１のコンタクト領域と、
前記第２端に接続され、第３ポリシリコン層と前記第３ポリシリコン層上に設けられた第３シリサイド層とを有し、前記ヒューズ領域を切断する際に前記ヒューズ領域に流れる電子流の下流側となる第２のコンタクト領域と、
前記第２のコンタクト領域に接続され、前記ヒューズ領域とは前記第２のコンタクト領域を挟んで対向する位置に設けられ、第４ポリシリコン層を有する非シリサイド領域とを有し、
前記非シリサイド領域は、前記第４ポリシリコン層上にシリサイドを有しないことを特徴とする半導体装置。
前記非シリサイド領域は、前記ヒューズ領域の長手方向に対する幅と略同一の幅の領域であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記非シリサイド領域は、前記ヒューズ領域の長手方向に対する幅と略同一の幅の領域で、かつ前記ヒューズ領域の延長上の領域であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記第１コンタクト領域および前記第２コンタクト領域の少なくともいずれかは多角形の形状であり、その一辺がヒューズ領域と接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置。