JPH0629396A - 電気的にプログラミング可能なアンチヒューズ - Google Patents

電気的にプログラミング可能なアンチヒューズ

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JPH0629396A
JPH0629396A JP5046473A JP4647393A JPH0629396A JP H0629396 A JPH0629396 A JP H0629396A JP 5046473 A JP5046473 A JP 5046473A JP 4647393 A JP4647393 A JP 4647393A JP H0629396 A JPH0629396 A JP H0629396A
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antifuse
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ジェフリー・ピーター・ガンビーノ
Dominic J Schepis
ドミニク・ジョセフ・シェピス
Krishna Seshan
クリシュナ・セシュアン
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｐ−Ｎダイオード接合またはショットキー・
ダイオードへの金属浸入を利用した、電気的にプログラ
ミング可能なアンチヒューズを提供する。 【構成】 Ｐ−Ｎ接合またはショットキー・ダイオード
にはＴｉＮ、Ｗ、Ｔｉ−Ｗ合金、Ｔｉ、Ｃｒの積層等の
拡散障壁が接触し、拡散障壁上部にＡｌ、Ａｌ−Ｃｕ合
金、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等の金属が被着される。この接合
に電圧パルスによる応力が加えられて、電流密度が高め
られ、激しいジュール熱が生じる結果、拡散障壁と接合
に金属浸入が起こる。接合両端の電圧低下は電流応力の
後、約１０倍ほど減少し、その後安定する。これに代わ
るものとして、シリコン基板の浅いＰ−Ｎ接合にＴｉ、
Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ等、ケイ化物を作る金属の層が接
触する。電圧パルスで接合に応力を加えることによっ
て、電流密度が高くなり、金属が接合に浸透し、基板と
反応してケイ化物を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般には集積回路（Ｉ
Ｃ）構造に関し、特に冗長でカスタマイズ可能なＩＣチ
ップのプログラミングに用いられる改良されたアンチヒ
ューズ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】ヒューズは集積回路（ＩＣ）では、チッ
プの不良領域を切り離してチップを使用できるようにす
るために用いられる。たとえば集積回路メモリの冗長性
は歩留まりを高めるために、現在のウエハやチップの製
造を工夫するなかから生まれたものである。用法とし
て、機能しないセルの代わりに余分なメモリ・セルを使
用できるようにするヒューズが溶融される。また、たと
えばセミ・カスタム回路を形成するために、プログラマ
ブル・ロジック・アレイ（ＰＬＡ）やそれに似た構造に
もヒューズが用いられる。
【０００３】アンチヒューズはプログラミングの後で、
初めよりも抵抗率が低くなるデバイスである。アンチヒ
ューズもヒューズと同様に、冗長なＩＣ構造にもセミ・
カスタム回路の形成にも用いられる。バイポーラ・トラ
ンジスタの接合破壊を利用したアンチヒューズについて
は、C．M．Hsieh、H．R．Wilsonによる"ElectricallyPr
ogrammable Transistor Pipes"、IBM Technical Disclo
sure Bulletin、vol．24、No．7A、pp．3478、3479（19
81）に述べられている。
【０００４】Yangらによる米国特許第５０１９８７８号
は、ケイ化物のＭＯＳトランジスタを使用するプログラ
マブル結線について述べている。トランジスタは半導体
層の面に形成され、チャネル領域によって隔離された拡
散ドレイン領域とソース領域を含む。ドレイン領域の表
面はケイ化層に連なる。１０−１５ボルトのプログラミ
ング電圧をドレイン領域からソース領域に印加すること
で、チャネル領域にまたがる溶融フィラメントが形成さ
れる。プログラミングの制御はチャネル領域にゲート電
圧を印加するかしないかによる。
【０００５】Yangらによるプログラマブル結線は電界効
果トランジスタ（ＦＥＴ）構造にしか適さない。結線自
体がＦＥＴデバイスであり、ＦＥＴ構造の処理回数と処
理ステップを要するからである。さらに比較的高いプロ
グラミング電圧（１０−１５ボルト）が必要だというマ
イナス要素があり、これは高密度のＩＣデバイスの場合
には、領域の他の構造に局所的な損傷を与えるおそれが
ある。
【０００６】K．-Y．Fu及びR．E．Pyleは"On the Failu
re Mechanisms of TitaniumNitride/Titanium Silicide
Barrier Contacts under High Current Stress"、IEEE
Transactions on Elctron Devices、vol．35、No．1
2、pp．2151-2159（1988）の中で、Ａｌ／ＴｉＮ／Ｔｉ
Ｓｉ2 メタラジが接触したＰ−Ｎ接合に電気的に応力を
かけることによって生じる障害メカニズムについて述べ
ている。電流密度が高いとＳｉ基板にジュール熱が生
じ、ＡｌがＴｉＮとＴｉＳｉ2 の層に浸透し接合にスパ
イクを起こすが、著者らはこの現象を積極的な方向にも
利用できることを認識していない。
【０００７】ここで求められるのは、構造が簡単でＦＥ
Ｔ構造にもバイポーラ構造にも応用できるアンチヒュー
ズである。このアンチヒューズはまた、低い電圧でプロ
グラミングができるものにする必要がある。これにより
アンチヒューズの領域の他の構造に、熱による損傷が及
ぶ可能性を最小限度にすることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、製作
が容易であり一般にＦＥＴ構造とバイポーラＩＣ構造の
両方に応用できる改良されたアンチヒューズ構造を提供
することにある。
【０００９】本発明の目的には、ＩＣチップに占める面
積が最小であり低い電圧でプログラミングができるた
め、高密度のＩＣ構造に適したアンチヒューズ構造を提
供することも含まれる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に従って、Ｐ−Ｎ
接合、またはショットキー・ダイオードへ金属が浸入す
ること（metal penetration） によってアンチヒューズ
が提供される。Ｐ−Ｎ接合が、ここで述べるとおりＮ−
Ｐ接合に等しいことは当業者には明らかであろう。実施
例のＰ−Ｎ接合またはショットキー・ダイオードは、Ｔ
ｉＮ、Ｗ、Ｔｉ−Ｗ合金、ＴｉとＣｒが独立した層等の
拡散障壁に接触し、拡散障壁の上部にＡｌ、Ａｌ−Ｃｕ
合金、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等の金属が被着される。Ｐ−Ｎ
接合に高電流密度（１×１０6Ａ／ｃｍ2等）の応力が加
わると、激しいジュール熱が生じ、拡散障壁と接合で金
属の浸入が起こる。接合両端の電圧低下は電流応力の
後、約１０倍ほど減少し、この状態は安定する。別の実
施例では浅い接合にＴｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ等、ケ
イ化物を作る金属が接触する。充分に高い電流応力では
ジュール熱によりケイ化物が形成され、接合への浸入が
起こる。金属の厚みはケイ化物の厚みが接合深さよりも
大きくなるように選ばれる。
【００１１】電気的にプログラミング可能なアンチヒュ
ーズを設計する際に考慮しなければならないのは、回路
の他のデバイスに損傷を与えないように、プログラミン
グ電圧を最小限度にすることである。プログラミング電
圧を最小にする方法は３通りある。アンチヒューズを電
気的、熱的に絶縁すること、電流密度を最大にするこ
と、及び電圧を徐々に変化させるのではなく電圧パルス
を用いることである。電気的、熱的絶縁はＳｉＯ2 等の
良導体で接合を囲み、接合上面の導電体（熱の良導体で
もある）の寸法を最小にすることによって得られる。電
流密度を最大にするには接合の面積を可能な限り小さく
する。
【００１２】本発明によるアンチヒューズは、プロセス
・ステップをほとんどあるいは全く追加しなくても、ほ
とんどの集積回路で実現できる。この方法のメリットは
Yangらによる接合破壊と比較すれば、金属浸入に必要な
温度がＳｉの局所的溶融を要する接合破壊よりも低いこ
とである。
【００１３】
【実施例】以下各図、特に図１を参照する。これは本発
明に従ったアンチヒューズ１０の第１実施例である。ダ
イオードＰ−Ｎ接合またはショットキー・ダイオード１
１はシリコン基板１２に形成される。接合１１は電気絶
縁構造体１３に囲まれる。構造体１３は接合を熱絶縁す
るようにも働く。どのような絶縁構造もとれるがデバイ
スの絶縁度を最大にするには、ＳｉＯ2 を用いたトレン
チ絶縁が望ましい。Ｐ−Ｎ接合１１はＳｉＯ2 絶縁構造
体１３の穴を通して露出する。接合にはＴｉＮ、Ｗ、Ｔ
ｉ−Ｗ合金、ＴｉとＣｒの積層等の拡散障壁１４が接触
し、拡散障壁１４上部にはＡｌ、Ａｌ−Ｃｕ合金、Ｃ
ｕ、Ａｕ、Ａｇ等の金属の層１５が被着される。本発明
の実施例では拡散層１４はＴｉＮ、金属層はＡｌであ
る。電圧パルスのプログラミングが可能なソース１６は
金属層１５及びシリコン基板１２に接続される。
【００１４】Ｐ−Ｎ接合１１がプログラミング可能なソ
ース１６からの電圧パルスによって応力を受けると、電
流密度が高くなり（１×１０6Ａ／ｃｍ2等）、激しいジ
ュール熱が生じて、拡散障壁１４と接合自体に金属の浸
入が起こる（図２）。接合両端の電圧低下は電流応力の
後に約１０倍ほど減少し、この状態は安定である。
【００１５】図３に示す別の実施例でアンチヒューズ２
０は、シリコン基板２２の浅いＰ−Ｎダイオード接合２
１より成る。図１の構造と同様にＰ−Ｎ接合２１も、ト
レンチをＳｉＯ2 で埋めて形成される絶縁構造体２３に
囲まれる。Ｐ−Ｎ接合２１は、ＳｉＯ2 の絶縁構造体２
３の穴を通して露出する。接合２１にはケイ化物を作る
金属の層２４が接触する。このような金属としてＴｉ、
Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、及びＴａが挙げられる。金属層２４は
本発明の実施例ではＴｉである。金属層２４にはＴｉＮ
等の拡散障壁２５を形成し、ＴｉＮ上部にはＡｌの層２
６を形成できる。電圧パルス２７のプログラマブル・ソ
ース２７は金属層２６とシリコン基板２２に接続され
る。
【００１６】プログラマブル・ソース２７からの急峻な
電圧パルスによる充分に高い電流応力では、ジュール熱
によりケイ化物が形成され、接合への浸入が起こる（図
４）。層２４の厚みはケイ化物の厚みが接合の深さより
も大きくなるように選ばれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアンチヒューズのプログラミング
前の第１実施例を示す断面図である。
【図２】図１のアンチヒューズのプログラミング後の断
面図である。
【図３】本発明によるアンチヒューズのプログラミング
前の第２実施例を示す断面図である。
【図４】図３のアンチヒューズのプログラミング後の断
面図である。
【符号の説明】
１０ アンチヒューズ １１、２１ ダイオードＰ−Ｎ接合 １２、２２ シリコン基板 １３、２３ 電気絶縁構造体 １４、２５ 拡散障壁 １５、２４、２６ 金属層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドミニク・ジョセフ・シェピス アメリカ合衆国12590、ニューヨーク州ワ ッピンガー・フォールス、ノース・ヒルサ イド・レイク・ロード 890 (72)発明者 クリシュナ・セシュアン アメリカ合衆国12508、ニューヨーク州ビ ーコン、ティルデン・アベニュー 45

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】シリコン基板と、 上記シリコン基板に形成されたダイオードＰ−Ｎ接合
    と、 上記シリコン基板の上記Ｐ−Ｎ接合を電気的、熱的に絶
    縁し、上記Ｐ−Ｎ接合がこれを通して露出する絶縁手段
    と上記Ｐ−Ｎ接合上の金属拡散障壁と、 上記拡散障壁上の金属層とを含み、 上記金属層と上記シリコン基板の両端に加えられる電圧
    パルスによって上記Ｐ−Ｎ接合への電流密度を高めてジ
    ュール熱を上げ、上記Ｐ−Ｎ接合に金属が浸透すること
    によって上記Ｐ−Ｎ接合が低い電圧を導くように、 電気的にプログラミング可能なアンチヒューズ。
  2. 【請求項２】上記絶縁手段が上記Ｐ−Ｎ接合を囲みＳｉ
    Ｏ2 で埋められる、上記基板内のトレンチより成る請求
    項１記載のアンチヒューズ。
  3. 【請求項３】上記拡散障壁がＴｉＮ、Ｗ、Ｔｉ−Ｗ合
    金、及びＴｉとＣｒの積層より成るグループから選定さ
    れ、上記金属層がＡｌ、Ａｌ−Ｃｕ合金、Ｃｕ、Ａｕ、
    及びＡｇより成るグループから選定された金属を含む請
    求項２記載のアンチヒューズ。
  4. 【請求項４】上記拡散層がＴｉＮであり、上記金属がＡ
    ｌである請求項３記載のアンチヒューズ。
  5. 【請求項５】シリコン基板と、 上記シリコン基板に形成されたダイオードＰ−Ｎ接合
    と、 上記シリコン基板の上記Ｐ−Ｎ接合を電気的、熱的に絶
    縁し、上記Ｐ−Ｎ接合がこれを通して露出する絶縁手段
    と、 シリコンと反応して上記Ｐ−Ｎ接合上にケイ化物を形成
    する金属層とを有し、 上記金属層と上記シリコン基板の両端に加えられる電圧
    パルスによって上記Ｐ−Ｎ接合への電流密度を高めジュ
    ール熱を上げて、上記Ｐ−Ｎ接合に金属が浸透して、上
    記シリコン基板とケイ化物を形成することによって上記
    接合が低い電圧を導くように、電気的にプログラミング
    可能な半導体アンチヒューズ。
  6. 【請求項６】上記絶縁手段が上記Ｐ−Ｎ接合を囲みＳｉ
    Ｏ2 で埋められるトレンチを含む請求項５記載のアンチ
    ヒューズ。
  7. 【請求項７】上記金属層がＴｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、及び
    Ｔａより成るグループから選定される請求項６記載のア
    ンチヒューズ。
  8. 【請求項８】上記金属がＴｉである請求項７記載のアン
    チヒューズ。
  9. 【請求項９】上記金属上にＴｉＮ拡散障壁を、上記Ｔｉ
    Ｎ拡散障壁上にＡｌ層を含む請求項８記載のアンチヒュ
    ーズ。
JP5046473A 1992-03-27 1993-03-08 電気的にプログラミング可能なアンチヒューズ Pending JPH0629396A (ja)

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