JPH0499048A - 破壊導電型アンタイヒューズ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、破壊導電型アンタイヒユーズ素子に関し、薄
い絶縁膜を介してその両側で互いに電気的に絶縁されて
いる第１と第２の電極に、成る高い電位を印加すること
によって介在している絶縁膜を破壊し、ふたつの電極間
を導通させることができるアンタイフユーズ素子に関す
るものである。

（従来の技術） 第４図に従来技術の例（参考文献；　Ｅ、Ｈａｍｄｙ　
ｅｔａｌ、、Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｂａｓｅｄ　ａｎ
ｔｉｆｕｓｅ　ｆｏｒ　ｌｏｇｉｃａｎｄ　ｍｅｍｏｒ
ｙ　Ｉｃｓ、”ＩＥＤＭ　Ｔｅｃｈ、　Ｄｉｇ、　、　
１９８ｇ、　ｐｐ、　７１１１６７８９、　）を示す。

ここに記述の素子は、ｐ型半導体基板１の中に作られた
第１電極としてのｎ°拡散領域２と第２電極としてのポ
リシリコン８の間に薄い多層絶縁膜４が形成されており
、この状態では第１電極ｎ°拡散領域２と第２電極ポリ
シリコン８との間に電気的な導通はない。このような構
造の素子において、成る高い電圧を両電極間に印加して
その間の薄い多層絶縁膜４を破壊すると、０°拡散領域
２とポリシリコン８との間に導通状態を作り出すことが
できる。

この従来技術では、第２電極をポリシリコンで構成して
いるが、アンタイヒユーズに関する米国特許第４．８２
３．１８１号（ＰＲＯＧＲＡＭＭＡＢＬＥ　Ｌｏｔ　Ｉ
ＭＰＥＤＡＮｃＥＡＮＴＩ−ＦＵＳＥ　ＥＬＥＭＥＮＴ
）においては、第２電極としてバリアメタルと金属の２
層構造による構成例も示されている。

（発明が解決しようとする問題点） 第２電極としてポリシリコンを使用する従来技術のアン
タイヒユーズ素子では、ポリシリコンの配線抵抗が金属
に比べて大きいことから、この第２電極のポリシリコン
をそのまま配線に使用した場合その配線距離に制限か生
じ、この構造によるアンタイヒユーズ素子の応用はおの
ずから限定されてしまうという問題点がある。

次に、前述の米国特許に示されている第２電極としての
バリアメタルと金属の２層構造を使用する場合には、薄
い多層絶縁膜に直接バリアメタルが接しているため、こ
の薄い多層絶縁膜を電気的に破壊した後の該絶縁膜の欠
損箇所への導電物質の補填がうまくいかないことがあり
、結果として第１電極と第２ｉ４極との導通状態が不安
定になる可能性があり、デバイスの信頼性が得られない
という問題がある。

（問題点を解決するための手段） 電極間に高圧印加によって破壊しつる薄い絶縁膜を介在
した構造からなる破壊導電型アンタイヒユーズ素子にお
いて、第１電極として拡散領域又は導電性のあるポリシ
リコンを使用する点は従来技術と同じであるが、第２電
極としてポリシリコン、バリアメタル及び金属の少なく
とも３層の積層導体で構成する。

更には第１電極を覆う厚い絶縁層に形成した開口部分に
薄いポリシリコン、バリアメタル及び金属の少なくとも
３層の積層導体を形成して破壊導電型アンタイヒユーズ
素子を構成する。

（作用） 薄い絶縁膜の上にポリシリコン、バリアメタル及び金属
の順番で構成した積層導体によって第２電極を構成した
ことにより、第１電極と第２電極の間に成る高い電圧を
印加してこの間にある薄い絶縁膜を電気的に破壊した場
合に、この薄い絶縁膜が破壊した欠損箇所にポリシリコ
ンが入り込み、両電極間の導電性を安定して保つことが
できる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の構成断面図を示す。

半導体基板１には、この中に半導体基板Ｉが示す導電性
と反対の導電性を持つ不純物を拡散した拡散領域２が第
１電極として形成され、これはアンタイヒユーズ素子の
一方の電極となる。

３は、同一半導体基板ｌ内で上記アンタイヒユーズ素子
に隣接する他の素子との間を電気的に分離するための厚
い絶縁層である。拡散領域２の上面には、半導体基板１
を覆う薄い絶縁膜４が形成されている。この薄い絶縁膜
４は一種類の絶縁膜で構成してもよいし、複数の絶縁膜
の組み合わせで構成してもよい。この薄い絶縁膜４の上
にポリシリコン部５が形成され、その上はバリアメタル
６で覆われ、さらにその上に金属７が形成されている。

これらポリシリコン部５、バリアメタル６及び金属７の
３層構造になったものがアンタイヒユーズ素子のもう一
方の電極である第２電極を構成する。

ポリシリコン部５は、第１電極の拡散領域２と同じ導電
性を持たせ、インピーダンスは低いほうがよい。たとえ
ば、拡散領域２が００型であれば、ポリシリコン部５も
ｎ゛型とする。もしこの条件が満たされていなければ、
適当な不純物をイオン注入するなどの方法によってこの
ポリシリコン部５に拡散領域２と同じ導電性を持たせる
。第１電極と第２電極の間に成る高い電圧を印加して薄
い絶縁膜４を電気的に破壊すると、ポリシリコン部５ま
たは／および拡散領域２のシリコンが上記薄い絶縁膜４
の破壊した欠損箇所に入り込み、第１電極と第２電極と
の間の導電性を安定に保つことができる。

上記ポリシリコン部５の上はチタン、タングステン、ま
たはチタン・タングステンなどのバリアメタル６で覆わ
れ、その上にアルミニュームなどの金属７が積層されて
いる。この金属７はアンタイヒユーズ素子の第２電極へ
の配線としても利用できる。金属７はアルミニューム・
シリコンやその他の金属材料であっても構わない。

本実施例のアンタイヒユーズ素子は、上記第１電極と第
２電極の間に成る高い電圧、例えば１０ボルトを印加す
ることによって薄い絶縁膜４を破壊し、その結果第１電
極の拡散領域２と積層導体からなる第２電極との間を電
気的に接続状態とする。アンタイヒユーズ素子が例えば
ＲＯＭ、或はＰ　Ｇ　Ａ　（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ
　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）等の一部を構成するならば、
上記電気的接続操作はデータの書き込みである。一方、
書き込まれたデータを読み出す時には、薄い絶縁膜４を
破壊しない程度の十分低い電圧、例えば５ボルト程度の
電圧を印加して、薄い絶縁膜４がもとの絶縁状態のまま
か、または破壊されて導通状態になっているかを判別し
てデータの読み出しを行う。

第２図は本発明のその他の実施例である。半導体基板１
には、この半導体基板１と反対の導電性を持つ不純物が
拡散された第１電極の拡散領域２が形成されていること
は前述の実施例と同様である。

次に、半導体基板ｌおよび上記拡散領域２を覆う厚い絶
縁層３を、熱酸化法やＣＶＤ法またはその他の方法で形
成する。厚い絶縁膜３は本アンタイヒユーズ素子と隣接
する他の素子との間を電気的に分離するためのものであ
る。拡散領域２の上に位置する絶縁膜３の一部にコンタ
クト穴を形成し、その基底部の拡散領域２に接して薄い
絶縁膜４を形成する。該絶縁膜４は一種類の絶縁膜で構
成してもよいし、複数の絶縁膜の組み合わせで構成して
も構わない。この薄い絶縁膜４の上にあるコンタクト穴
のおいている部分にポリシリコン部５をプラズマＣＶＤ
法、光ＣＶＤ法、またはその他の方法で形成し、その後
コンタクト穴をはみ出したポリシリコン部の不要な部分
を反応性イオンエツチング等の技術により除去する。こ
うして形成したポリシリコン部５は第１電極の拡散領域
２と同じ導電性を持たせ、インピーダンスは低くシてお
く。たとえば、第１電極の拡散領域２がｎ゛型であれば
、ポリシリコン部５もｎ゛型とする。

もしこの条件が満たされていなければ適当な不純物をイ
オン注入するなどの方法によりこのポリシリコン部５に
拡散領域２と同じ導電性をもたせる。

次に、該ポリシリコン部５をチタン、タングステン、ま
たはチタン・タングステンなどのバリアメタル６で覆い
、さらにその上に金属７を形成する。

金属７はアルミニニーム、アルミニューム・シリコン、
その他の金属材料であっても構わない。ポリシリコン部
５、バリアメタル６及び金属７の３層構造で本アンタイ
ヒユーズ素子の第２電極を構成している。この実施例で
の動作は第１図の実施例の場合と同じである。

第３図は本発明の第３の実施例である。半導体基板ｌの
上に第１の絶縁層３１が形成され、その上に本アンタイ
ヒユーズ素子の第１電極となる導電性のある第１電極ポ
リシリコン８が設けられ、その上に第２の絶縁層３２が
形成されている。第１の絶縁層３１と第２の絶縁層３２
は本アンタイヒユーズ素子を隣接する他の素子から電気
的に分離するための厚い絶縁層である。第１電極ポリシ
リコン８の上に位置する第２の絶縁層３２の一部にコン
タクト穴を開け、その基底部に薄い絶縁膜４を形成する
。この薄い絶縁膜４は一種類の絶縁膜で構成してもよい
し複数の絶縁膜の組み合わせで構成しても構わない。こ
の薄い絶縁膜４の上のコンタクト穴の空いている部分に
ポリシリコン部５をプラズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ法、ま
たはその他の方法で形成し、その後、コンタクト穴をは
み出したポリシリコンの不要な部分を反応性イオンエツ
チング等の技術により除去する。こうして構成したポリ
シリコン部５は、上記第１電極ポリ／リコン８と同じ導
電性を持たせる。

第２７Ｊ極ポリシリコン部５の上にチタン、タングステ
ン、またはチタン・タングステンなどからなるバリアメ
タル６を形成し、さらにその上にアルミニューム、アル
ミニューム・シリコン、またハソの他の材料の金属７を
堆積し、ポリシリコン部５、バリアメタル６及び金属７
の積層構造体で本アンタイヒユーズ素子の第２電極を形
成する。

動作に関しては、第１図及び第２図の実施例と同様であ
る。

結局、第３図の実施例は本アンタイヒユーズ素子の第１
電極として、第２図の実施例の拡散領域２の代わりに第
１電極ポリシリコン８を使用している点が基本的な相異
点であり、それ以降の薄い絶縁膜４や第２電極を構成す
るポリシリコン部５、バリアメタル６および金属７の積
層導体は第２図の実施例と同じである。また、第１図の
実施例の第１Ｅ極である拡散領域２の代わりに、第３図
に示した第１電極ポリシリコン８を使用して、その他は
第１図の実施例と同様な構造によって素子を構成するこ
ともできる。

（発明の効果） 以上述べてきたように本発明によれば、第２電極の最上
部電極として金属を使用でき、この金属がそのまま配線
金属としても利用できるためレイアウト構成上の自由度
が大幅に向上し、実用的には極めて有用である。また、
第２図と第３図で示した実施例の場合には、第２電極の
１層目にあたるポリシリコン部５をコンタクト穴の中に
埋め込むことにより素子表面の段差が少なくなり、その
結果、金属配線などの断線が少なくなり製造歩留まりが
よくなり、かつ出来上がった集積回路の信頼性が向上し
、実用的には極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第ブ図は本発
明の第２の実施例を示す断面図、第３図は本発明の第３
の実施例を示す断面図、第４図は従来素子の断面図であ
る。 １は半導体基板、２は拡散領域、３は厚い絶縁層、４は
薄い絶縁膜、５はポリシリコン部、６は／　ｓｌリアメ
タル、７は金属、８は第１電極ポリシリコン、３１およ
び３２はそれぞれ第１及び第２絶縁層。 代理人　　弁理士　　梅１）勝　（他２名）第１図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）一導電性の半導体基板内に、これと反対の導電性を
   持つ第１電極としての拡散領域を形成し、この上に一種
   類の絶縁膜もしくは複数層の絶縁膜からなる薄い絶縁膜
   を形成し、 その上にポリシリコン、バリアメタル及び金属からなる
   積層導体を形成してなり、 上記積層導体を第２電極として備えたことを特徴とする
   破壊導電型アンタイヒューズ素子。 ２）請求の範囲第１項において、半導体基板上は厚い絶
   縁膜で覆われ、 第１電極の拡散領域上を覆う厚い絶縁膜にコンタクト穴
   を形成し、 上記コンタクト穴の基底部に上記の拡散領域に接して一
   種類の絶縁膜もしくは複数層の絶縁膜の薄い絶縁膜を形
   成し、 上記拡散領域上のコンタクト穴部分に形成した薄い絶縁
   膜上にポリシリコン、バリアメタル、さらに金属の積層
   導体を形成してなり、 上記積層導体を第２電極として備えたことを特徴とする
   破壊導電型アンタイヒューズ素子。 ３）絶縁層上に形成した第１電極となるポリシリコン層
   と、 上記ポリシリコン層を覆う一種類の絶縁膜もしくは複数
   の絶縁膜の組み合わせで構成する薄い絶縁膜と、 その上に形成したポリシリコン、バリアメタル及び金属
   からなる積層導体とを備え、 上記積層導体を第２電極として備えたことを特徴とする
   破壊導電型アンタイヒューズ素子。 ４）請求の範囲第３項において、上記ポリシリコン層上
   を覆う厚い絶縁層の、上記ポリシリコン層上にある厚い
   絶縁層に形成したコンタクト穴と、上記コンタクト穴の
   基底部に上述のポリシリコンに接して形成した一種類の
   絶縁膜もしくは複数の絶縁膜の組み合わせてなる薄い絶
   縁膜と、 上記コンタクト穴部分を埋めるポリシリコン、バリアメ
   タル、金属の積層導体と、 上記積層導体を第２電極として備えたことを特徴とする
   破壊導電型アンタイヒューズ素子。