JPH08264653A - アンチヒューズ素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アンチヒューズ層の絶縁破壊電圧のばらつき
を低減できるアンチヒューズ素子を実現する。 【構成】 薄い第１の層間絶縁膜５によりアンチヒュー
ズ層４と上部電極６とのコンタクト部分を除いてアンチ
ヒューズ層４，下部電極３および下部配線２を被覆して
あり、製造方法において、アンチヒューズ層４を形成し
た後、薄い第１の層間絶縁膜５を形成し、第１の層間絶
縁膜５のアンチヒューズ層４上を開口し、この開口部分
に上部電極６を形成した後、全面に第２の層間絶縁膜８
を形成して平坦化し、第２の層間絶縁膜８を開口して上
部配線７を形成する。下部電極３，アンチヒューズ層４
および上部電極６を形成した後、第２の層間絶縁膜８を
形成し平坦化を行うため、第２の層間絶縁膜８の膜厚の
ばらつきに起因するアンチヒューズ層４の膜厚のばらつ
きおよび絶縁破壊電圧のばらつきを低減し、良好なプロ
グラミング特性と高信頼性を得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体集積回路にお
けるアンチヒューズ素子およびその製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、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Ｆ
ＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array ）が利用され
ている。ＦＰＧＡの主たるプログラミング方式はメモリ
ー方式とアンチヒューズ方式の２種類あり、ＦＰＧＡの
高速化、高集積化の観点からアンチヒューズ方式が有望
視されている。さらに、ＦＰＧＡの高速化、高集積化の
ためアンチヒューズ素子は、多結晶シリコンとシリコン
基板に挟まれた構造に換わるものとして金属配線間に挟
まれた構造が開発されている。アンチヒューズ素子は、
通常は閉回路または高抵抗状態であり、電気的なプログ
ラミング信号により低抵抗状態に変化するものである。

【０００３】以下、図面を参照しながら、従来のアンチ
ヒューズ素子の一例について説明する。図７は従来のア
ンチヒューズ素子を示した断面構造図である。図７にお
いて、１１は絶縁基板、１２はアルミニウム合金からな
る第１の金属配線層、１３はチタンナイトライドからな
る下部電極、１４はアモルファスシリコンからなるアン
チヒューズ層、１５はチタンナイトライドからなる上部
電極、１６はアルミニウム合金からなる第２の金属配線
層、１７は第１の金属配線層１２と第２の金属配線層１
６を電気的に絶縁する層間絶縁膜、１８はアンチヒュー
ズを形成する部位における層間絶縁膜１７の開口部であ
る。

【０００４】以上のような構成のアンチヒューズ素子に
ついて、以下にその動作について説明する。アンチヒュ
ーズ素子は通常、アンチヒューズ層１４を介して、第１
の金属配線層１２と第２の金属配線層１６との間を絶縁
しており、第１の金属配線層１２と第２の金属配線層１
６は閉回路となっている。

【０００５】ここで、アンチヒューズ層１４により電気
的に絶縁されている第１の金属配線層１２と第２の金属
配線層１６からなる回路を形成する場合、まず、第１の
金属配線層１２と第２の金属配線層１６に電気的なプロ
グラミング信号を外部より提供する。外部より提供され
たプログラミング信号により、アンチヒューズ層１４を
介して第１の金属配線層１２と第２の金属配線層１６の
間に電圧が印加される。第１の金属配線層１２と第２の
金属配線層１６の間に印加されている電圧の臨界値がア
ンチヒューズ層１４を介して確立されると、アンチヒュ
ーズ層１４は絶縁破壊を起こす。その結果、第１の金属
配線層１２と第２の金属配線層１６間が低抵抗状態とな
り、第１の金属配線層１２と第２の金属配線層１６から
なる新たな回路が形成される。

【０００６】この従来のアンチヒューズ素子の製造方法
について、図８を参照しながら説明する。図８（ａ）〜
（ｇ）は従来のアンチヒューズ素子の製造工程を示す工
程断面図である。図８において、１２ａは第１の金属配
線層１２となるアルミニウム合金、１３ａは下部電極１
３となるチタンナイトライド、１４ａはアンチヒューズ
層１４となるアモルファスシリコンであり、図７と同一
のものには同一符号を付している。

【０００７】まず、絶縁基板１１上にアルミニウム合金
１２ａ、続いてチタンナイトライド１３ａをスパッタリ
ング法により堆積する（図８（ａ））。次に、堆積され
たチタンナイトライド１３ａ上に、プラズマＣＶＤ法を
用いて、アモルファスシリコン１４ａを堆積する（図８
（ｂ））。次に、アンチヒューズ層１４として必要とさ
れる領域のアモルファスシリコン１４ａのみ残るよう
に、アモルファスシリコン１４ａをマスキングしかつエ
ッチングを行ない、アンチヒューズ層１４を形成する
（図８（ｃ））。

【０００８】次に、チタンナイトライド１３ａとアルミ
ニウム合金１２ａをマスキングしかつエッチングし、下
部電極１３および第１の金属配線層１２を形成する（図
８（ｄ））。次に、第１の金属配線層１２上に層間絶縁
膜１７を堆積する（図８（ｅ））。次に、上部電極１５
および第２の金属配線層１６のパターニングを容易にで
きるようにするために、第１の金属配線層１２上の層間
絶縁膜１７の平坦化を行う（図８（ｆ））。

【０００９】次に、アンチヒューズを形成する部位の
み、アモルファスシリコンからなるアンチヒューズ層１
４が露出するように、層間絶縁膜１７をマスキングしか
つエッチングして、開口部１８を形成する（図８
（ｇ））。次に、露出しているアンチヒューズ層１４お
よび層間絶縁膜１７上に、スパッタリング法により、チ
タンナイトライド、続いてアルミニウム合金を堆積し、
その後、チタンナイトライドとアルミニウム合金からな
る層をマスキングしかつエッチングすることにより、上
部電極１５および第２の金属配線層１６を形成する（図
８（ｈ））。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以下、従来のアンチヒ
ューズ素子で生じる問題点について、詳細に述べる。Ｆ
ＰＧＡに代表される、アンチヒューズ素子を搭載した半
導体集積回路中では、通常、複数個のアンチヒューズ素
子が形成される。上記従来のアンチヒューズ素子では、
層間絶縁膜１７の平坦化を行なった後に、アンチヒュー
ズを形成する部位の層間絶縁膜１７のエッチングを行な
って開口部１８を形成するため、基板上に複数個のアン
チヒューズ素子を形成する場合、アンチヒューズを形成
する部位の層間絶縁膜１７の開口部１８の深さにばらつ
きが生じる。言い換えれば、アンチヒューズを形成する
部位の層間絶縁膜１７の開口部１８の深さには、層間絶
縁膜１７堆積時の堆積膜厚のばらつき、および平坦化工
程時に生じる層間絶縁膜１７の膜厚のばらつきに起因す
るばらつきが生じる。このアンチヒューズを形成する部
位の層間絶縁膜１７の開口部１８の深さにばらつきが生
じるということは、アモルファスシリコンからなるアン
チヒューズ層１４を露出させる工程において、層間絶縁
膜１７の下に位置するアンチヒューズ層１４のエッチン
グ量がアンチヒューズ素子の形成箇所により異なり、層
間絶縁膜１７をエッチングして開口部１８を形成した後
のアンチヒューズ層１４の膜厚にばらつきが生じるとい
うことである。アンチヒューズ層１４が絶縁破壊をおこ
す電圧は、主としてアンチヒューズ層１４の膜厚に依存
するため、エッチング後のアンチヒューズ層１４の膜厚
のばらつきがそのまま、アンチヒューズ層１４の絶縁破
壊電圧のばらつきとなる。ＦＰＧＡのプログラム素子と
してアンチヒューズ素子を用いる際には、前述のアンチ
ヒューズ層１４の絶縁破壊電圧のばらつきは、プログラ
ミング上および信頼性上の大きな問題点となる。なお、
現在の半導体集積回路の製造には配線間の平坦化工程が
必須であり、平坦化工程をなくすことは不可能である。

【００１１】また、アンチヒューズ素子は、電気的なプ
ログラミング信号により高抵抗状態から低抵抗状態に変
化した後は、金属配線の一部として用いられるため、プ
ログラミング後は低抵抗状態を保つ必要があり、そのた
めには電極にある程度の膜厚が必要である。上記従来の
アンチヒューズ素子では、層間絶縁膜１７の平坦化を行
った後にアンチヒューズを形成するため、アンチヒュー
ズを形成する部位における層間絶縁膜１７の開口部１８
が深くなる（５００ｎｍ〜８００ｎｍ）。そのため、上
部電極１５を形成するための十分な膜厚のチタンナイト
ライドを容易にアンチヒューズを形成する部位における
層間絶縁膜１７の開口部１８の底部に堆積させることが
困難であった。なお、金属配線としてアルミニウム合金
を用い、電極材料としてチタンナイトライドを用いた従
来のアンチヒューズ素子では、アンチヒューズ層１４に
接する上部電極１５の膜厚が１５０ｎｍ未満であり、プ
ログラミング後、再度高抵抗状態になる。

【００１２】また、アンチヒューズ素子の電極印加電圧
とリーク電流の関係を、ある範囲内であっても制御でき
るのであれば、回路設計上有益である。しかし、上記従
来のアンチヒューズ素子では、アンチヒューズ層１４と
してアモルファスシリコンの単層膜を用いているため、
アンチヒューズ素子の電極印加電圧とリーク電流の関係
は、アモルファスシリコンの物理的電気的性質に依存し
ており、制御することが不可能であった。

【００１３】この発明の目的は、アンチヒューズ層の絶
縁破壊電圧のばらつきを低減することのできるアンチヒ
ューズ素子およびその製造方法を提供することである。
さらに、この発明の他の目的は、プログラミング後に低
抵抗状態を保つことのできるアンチヒューズ素子を提供
することである。さらに、この発明の他の目的は、プロ
グラミング後に低抵抗状態を保つための十分な膜厚に上
部電極を容易に形成することのできるアンチヒューズ素
子の製造方法を提供することである。

【００１４】さらに、この発明の他の目的は、電極印加
電圧とリーク電流の関係を制御することのできるアンチ
ヒューズ素子を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のアンチヒ
ューズ素子は、層間絶縁膜を挟む下部配線と上部配線と
の間に形成したアンチヒューズ素子であって、下部配線
上に形成した下部電極と、この下部電極上の素子形成部
分に形成したアンチヒューズ層と、このアンチヒューズ
層と上部配線との間に形成した上部電極と、アンチヒュ
ーズ層と上部電極とのコンタクト部分を除いてアンチヒ
ューズ層，下部電極および下部配線を被覆した薄い絶縁
膜とからなることを特徴とする。

【００１６】請求項２記載のアンチヒューズ素子は、請
求項１記載のアンチヒューズ素子において、下部配線お
よび上部配線がアルミニウム合金からなり、下部電極お
よび上部電極がチタンナイトライドからなり、チタンナ
イトライドのアンチヒューズ層に接する部位における膜
厚を１５０ｎｍ以上としたことを特徴とする。請求項３
記載のアンチヒューズ素子は、請求項１または２記載の
アンチヒューズ素子において、アンチヒューズ層が異な
る導電率を有する２種の薄膜層からなることを特徴とす
る。

【００１７】請求項４記載のアンチヒューズ素子の製造
方法は、層間絶縁膜を挟む下部配線と上部配線との間に
形成したアンチヒューズ素子の製造方法であって、下部
配線上に下部電極を形成し、この下部電極上の素子形成
部分にアンチヒューズ層を形成した後、アンチヒューズ
層，下部電極および下部配線を被覆する薄い絶縁膜を形
成する工程と、薄い絶縁膜のアンチヒューズ層上をエッ
チングにより開口する工程と、薄い絶縁膜の開口部分を
塞ぐように上部電極を形成する工程と、上部電極を形成
した後、全面に層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁
膜を平坦化する工程と、平坦化した層間絶縁膜の上部電
極上をエッチングにより開口する工程と、層間絶縁膜の
開口部分において上部電極と接続する上部配線を形成す
る工程とを含むことを特徴とする。

【００１８】請求項５記載のアンチヒューズ素子の製造
方法は、層間絶縁膜を挟む下部配線と上部配線との間に
形成したアンチヒューズ素子の製造方法であって、下部
配線上に下部電極を形成し、この下部電極上の素子形成
部分にアンチヒューズ層を形成した後、アンチヒューズ
層，下部電極および下部配線を被覆する薄い絶縁膜を形
成する工程と、薄い絶縁膜のアンチヒューズ層上の膜厚
をドライエッチングにより薄くする工程と、ドライエッ
チングにより膜厚の薄くなったアンチヒューズ層上の薄
い絶縁膜をウェットエッチングにより除去して、薄い絶
縁膜のアンチヒューズ層上を開口する工程と、薄い絶縁
膜の開口部分を塞ぐように上部電極を形成する工程と、
上部電極を形成した後、全面に層間絶縁膜を形成する工
程と、層間絶縁膜を平坦化する工程と、平坦化した層間
絶縁膜の上部電極上をエッチングにより開口する工程
と、層間絶縁膜の開口部分において上部電極と接続する
上部配線を形成する工程とを含むことを特徴とする。

【００１９】

【作用】この発明の構成によれば、薄い絶縁膜によりア
ンチヒューズ層と上部電極とのコンタクト部分を除いて
アンチヒューズ層，下部電極および下部配線を被覆した
構成としてあり、その製造方法において、下部電極上に
アンチヒューズ層を形成した後、アンチヒューズ層，下
部電極および下部配線を被覆する薄い絶縁膜を形成し、
その薄い絶縁膜のアンチヒューズ層上をエッチングによ
り開口し、この開口部分を塞ぐように上部電極を形成し
た後、全面に層間絶縁膜を形成して平坦化し、その後、
平坦化した層間絶縁膜を開口して上部電極と接続する上
部配線を形成するようにしている。このように、下部電
極，アンチヒューズ層および上部電極を形成した後、層
間絶縁膜を形成し平坦化を行うため、複数個のアンチヒ
ューズ素子を形成した場合に従来のような層間絶縁膜の
堆積時および平坦化工程時に生じる膜厚のばらつきに起
因するアンチヒューズ層の膜厚のばらつきを無くするこ
とができ、アンチヒューズ層の絶縁破壊電圧のばらつき
を低減することができる。

【００２０】また、下部配線および上部配線がアルミニ
ウム合金からなり、下部電極および上部電極がチタンナ
イトライドからなり、チタンナイトライドのアンチヒュ
ーズ層に接する部位における膜厚を１５０ｎｍ以上とし
たことにより、プログラミング後、アンチヒューズ素子
が再び高抵抗状態となることを防止し、低抵抗状態を保
つことができる。

【００２１】また、アンチヒューズ層が異なる導電率を
有する２種の薄膜層からなり、それぞれの膜厚比率を変
えることにより、アンチヒューズ素子における電極印加
電圧とリーク電流の関係を制御することができる。ま
た、製造方法において、薄い絶縁膜のアンチヒューズ層
上を開口する工程を、薄い絶縁膜のアンチヒューズ層上
の膜厚をドライエッチングにより薄くし、この膜厚の薄
くなったアンチヒューズ層上の薄い絶縁膜をウェットエ
ッチングにより除去してアンチヒューズ層上を開口する
ことにより、アンチヒューズ層上の開口部の径が薄い絶
縁膜の表面にいく程大きくなるため、開口部分を塞ぐよ
うに形成される上部電極を、プログラミング後に低抵抗
状態を保つための十分な膜厚に容易に形成することがで
きる。

【００２２】

【実施例】まず、この発明の第１の実施例について、図
面を参照しながら説明する。図１はこの発明の第１の実
施例のアンチヒューズ素子の断面構造図である。図１に
おいて、１は絶縁基板、２はアルミニウム合金からなる
第１の金属配線層（下部配線）、３はチタンナイトライ
ドからなる下部電極、４はアモルファスシリコンからな
るアンチヒューズ層、５は二酸化シリコンからなる第１
の層間絶縁膜（薄い絶縁膜）、６はチタンナイトライド
からなる上部電極、７はアルミニウム合金からなる第２
の金属配線層（上部配線）、８は第１の金属配線層２と
第２の金属配線層７を電気的に絶縁するための二酸化シ
リコンからなる第２の層間絶縁膜（層間絶縁膜）、９は
アンチヒューズを形成する部位における第２の層間絶縁
膜８の開口部である。

【００２３】以下にこの発明の第１の実施例のアンチヒ
ューズ素子の構成を説明する。図１において、第１の金
属配線層２および第２の金属配線層７は、半導体集積回
路の回路要素であり、第１の金属配線層２と第２の金属
配線層７とは、アンチヒューズが形成されている部位お
よび回路設計上必要とされた接点以外の範囲では、第１
の層間絶縁膜５および第２の層間絶縁膜８により電気的
に絶縁されている。下部電極３は第１の金属配線層２上
にあり、第１の金属配線層２と電気的に導通している。
アモルファスシリコンからなるアンチヒューズ層４は、
その下面で下部電極３と接しており、さらにその上面で
上部電極６と接している。上部電極６は、その下面でア
ンチヒューズ層４および第１の層間絶縁膜５と接してい
る。さらに上部電極６は、その上面で第２の金属配線層
７と接し、第２の金属配線層７と電気的に導通してい
る。この実施例では、アンチヒューズ層４と上部電極６
とのコンタクト部分を除いてアンチヒューズ層４，下部
電極３および第１の金属配線層２を、薄い第１の層間絶
縁膜５で被覆している。

【００２４】このように構成されるこの実施例のアンチ
ヒューズ素子の製造方法を図２を参照しながら説明す
る。図２（ａ）〜（ｋ）はこの発明の第１の実施例のア
ンチヒューズ素子の製造工程を示す工程断面図である。
図２において、２ａは第１の金属配線層２となるアルミ
ニウム合金、３ａは下部電極３となるチタンナイトライ
ド、４ａはアンチヒューズ層４となるアモルファスシリ
コンであり、図１と同一のものには同一符号を付してい
る。

【００２５】まず、絶縁基板１上にアルミニウム合金２
ａを８００ｎｍ、続いてチタンナイトライド３ａを１５
０ｎｍをスパッタリング法により堆積する（図２
（ａ））。続いて、堆積されたチタンナイトライド３ａ
上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、アモルファスシリコ
ン４ａを１５０ｎｍ堆積する（図２（ｂ））。次に、ア
ンチヒューズ層４として必要とされる領域のアモルファ
スシリコン４ａのみ残るように、アモルファスシリコン
４ａをマスキングしかつエッチングを行ない、アンチヒ
ューズ層４を形成する（図２（ｃ））。

【００２６】次に、チタンナイトライド３ａとアルミニ
ウム合金２ａをマスキングしかつエッチングし、下部電
極３と第１の金属配線層２を形成する（図２（ｄ））。
次に、プラズマＣＶＤ法を用いて、第１の金属配線層２
および絶縁基板１上に二酸化シリコンからなる第１の層
間絶縁膜５を１５０ｎｍ堆積する（図２（ｅ））。

【００２７】次に、第１の層間絶縁膜５をマスキングし
かつエッチングして、アンチヒューズを形成する部位の
み、アモルファスシリコンからなるアンチヒューズ層４
を露出させる（図２（ｆ））。このとき、第１の層間絶
縁膜５は薄く、均厚であるため、第１の層間絶縁膜５の
エッチングによりアンチヒューズ層４の膜厚はばらつか
ない。

【００２８】次に、第１の層間絶縁膜５上、およびアン
チヒューズを形成する部位のみ露出しているアンチヒュ
ーズ層４上に、スパッタリング法によりチタンナイトラ
イドを２００ｎｍ堆積した後、アンチヒューズ層４の直
上のみにチタンナイトライドが残るように、チタンナイ
トライドをマスキングしかつエッチングして、上部電極
６を形成する（図２（ｇ））。

【００２９】次に、第１の金属配線層２と第２の金属配
線層７を電気的に絶縁するために、また第１の金属配線
層２と第２の金属配線層７との間の平坦化材料として、
第２の層間絶縁膜８を、プラズマＣＶＤ法により、２０
００ｎｍ堆積する（図２（ｈ））。次に、第２の金属配
線層７のパターニングを容易にできるようにするため
に、段差を持った第２の層間絶縁膜８の凸部分のみを、
レジストエッチバック法もしくは化学的機械研磨法を用
いてエッチングし、絶縁基板１上の第２の層間絶縁膜８
の平坦化を行う（図２（ｉ））。

【００３０】次に、上部電極６と第２の金属配線層７と
を接触させる開口部９を形成するために、第２の層間絶
縁膜８をマスキングしかつエッチングして、第２の層間
絶縁膜８から上部電極６を露出させる（図２（ｊ））。
次に、露出している上部電極６上および第２の層間絶縁
膜８上に、スパッタリング法により、アルミニウム合金
を堆積した後、そのアルミニウム合金をマスキングしか
つエッチングすることにより、第２の金属配線層７を形
成する（図２（ｋ））。

【００３１】以上のようにこの第１の実施例によれば、
薄い第１の層間絶縁膜５によりアンチヒューズ層４と上
部電極６とのコンタクト部分を除いてアンチヒューズ層
４，下部電極３および下部配線２を被覆した構成として
あり、その製造方法において、下部電極３上にアンチヒ
ューズ層４を形成した後、アンチヒューズ層４，下部電
極３および下部配線２を被覆する第１の層間絶縁膜５を
形成し、その第１の層間絶縁膜５のアンチヒューズ層４
上をエッチングにより開口し、この開口部分を塞ぐよう
に上部電極６を形成した後、全面に第２の層間絶縁膜８
を形成して平坦化し、その後、平坦化した第２の層間絶
縁膜８を開口して上部電極６と接続する上部配線７を形
成するようにしている。このように、下部電極３，アン
チヒューズ層４および上部電極６を形成した後、第２の
層間絶縁膜８を形成し平坦化を行うため、複数個のアン
チヒューズ素子を形成した場合に従来のような層間絶縁
膜の堆積時および平坦化工程時に生じる膜厚のばらつき
に起因するアンチヒューズ層４の膜厚のばらつきを無く
することができ、アンチヒューズ層４の絶縁破壊電圧の
ばらつきを低減することができる。その結果、アンチヒ
ューズ層４の絶縁破壊電圧が安定し、良好なプログラミ
ング特性および高信頼性を有するアンチヒューズ素子を
得ることができる。

【００３２】次に、この発明の第２の実施例について、
図面を参照しながら説明する。図３はこの発明の第２の
実施例のアンチヒューズ素子の断面構造図である。図３
において、１は絶縁基板、２はアルミニウム合金からな
る第１の金属配線層（下部配線）、３はチタンナイトラ
イドからなる下部電極、４はシリコンナイトライド４ｂ
およびその上に形成されたアモルファスシリコン４ａか
らなるアンチヒューズ層、５は二酸化シリコンからなる
第１の層間絶縁膜（薄い絶縁膜）、６はチタンナイトラ
イドからなる上部電極、７はアルミニウム合金からなる
第２の金属配線層（上部配線）、８は第１の金属配線層
２と第２の金属配線層７を電気的に絶縁するための二酸
化シリコンからなる第２の層間絶縁膜（層間絶縁膜）、
９はアンチヒューズを形成する部位における第２の層間
絶縁膜８の開口部である。

【００３３】以下にこの発明の第２の実施例のアンチヒ
ューズ素子の構成を説明する。図３において、第１の金
属配線層２および第２の金属配線層７は、半導体集積回
路の回路要素であり、第１の金属配線層２と第２の金属
配線層７とは、アンチヒューズが形成されている部位お
よび回路設計上必要とされた接点以外の範囲では、第１
の層間絶縁膜５および第２の層間絶縁膜８により電気的
に絶縁されている。下部電極３は第１の金属配線層２上
にあり、第１の金属配線層２と電気的に導通している。
シリコンナイトライド４ｂおよびアモルファスシリコン
４ａからなるアンチヒューズ層４は、その下面で下部電
極３と接しており、さらにその上面で上部電極６と接し
ている。上部電極６は、その下面でアンチヒューズ層４
および第１の層間絶縁膜５と接している。さらに上部電
極６は、その上面で第２の金属配線層７と接し、第２の
金属配線層７と電気的に導通している。この実施例で
は、アンチヒューズ層４と上部電極６とのコンタクト部
分を除いてアンチヒューズ層４，下部電極３および第１
の金属配線層２を、薄い第１の層間絶縁膜５で被覆して
いる。

【００３４】このように構成されるこの実施例のアンチ
ヒューズ素子の製造方法を図４を参照しながら説明す
る。図４（ａ）〜（ｌ）はこの発明の第２の実施例のア
ンチヒューズ素子の製造工程を示す工程断面図である。
図４において、２ａは第１の金属配線層２となるアルミ
ニウム合金、３ａは下部電極３となるチタンナイトライ
ドであり、図３と同一のものには同一符号を付してい
る。

【００３５】まず、絶縁基板１上にアルミニウム合金２
ａを８００ｎｍ、続いてチタンナイトライド３ａを１５
０ｎｍをスパッタリング法により堆積する（図４
（ａ））。続いて、堆積されたチタンナイトライド３ａ
上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、シリコンナイトライ
ド４ｂを１０ｎｍ、その上にアモルファスシリコン４ａ
を１００ｎｍ堆積する（図４（ｂ））。

【００３６】次に、アンチヒューズ層４として必要とさ
れる領域のアモルファスシリコン４ａおよびシリコンナ
イトライド４ｂのみ残るように、アモルファスシリコン
４ａとシリコンナイトライド４ｂからなる積層膜をマス
キングしかつエッチングを行ない、アンチヒューズ層４
を形成する（図４（ｃ））。次に、チタンナイトライド
３ａとアルミニウム合金２ａをマスキングしかつエッチ
ングし、下部電極３と第１の金属配線層２を形成する
（図４（ｄ））。

【００３７】次に、プラズマＣＶＤ法を用いて、第１の
金属配線層２および絶縁基板１上に二酸化シリコンから
なる第１の層間絶縁膜５を１５０ｎｍ堆積する（図４
（ｅ））。次に、第１の層間絶縁膜５をマスキングし、
かつＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ−Ｉｏｎ−Ｅｔｃｈｉｎ
ｇ）法により、フレオン系のガスを用いて異方性にドラ
イエッチングを行い第１の層間絶縁膜５を約１００ｎｍ
エッチングし（図４（ｆ））、その後エッチングマスク
を除去せずに、そのまま弗酸水溶液を用いてアンチヒュ
ーズ層４上に残っている第１の層間絶縁膜５をウェット
エッチング法によりエッチングして、アンチヒューズを
形成する部位のみ、アンチヒューズ層４を露出させる
（図４（ｇ））。このとき、ウェットエッチングでは第
１の層間絶縁膜５を等方的にエッチングするため、マス
キングされなかったアンチヒューズを形成する部位のエ
ッチング後の形状は第１の層間絶縁膜５の表面に近づく
ほど広くなる。なお、薄くて均厚な第１の層間絶縁膜５
のエッチングによってアンチヒューズ層４の膜厚はばら
つかない。

【００３８】次に、第１の層間絶縁膜５上、およびアン
チヒューズを形成する部位のみ露出しているアンチヒュ
ーズ層４上に、スパッタリング法によりチタンナイトラ
イドを２００ｎｍ堆積した後、アンチヒューズ層４の直
上のみにチタンナイトライドが残るように、チタンナイ
トライドをマスキングしかつエッチングして、上部電極
６を形成する（図４（ｈ））。このとき、アンチヒュー
ズを形成する部位の径が第１の層間絶縁膜５の表面に近
づくほど大きくなっているため、アンチヒューズ層４に
接している部分におけるチタンナイトライドの膜厚は、
ほぼ２００ｎｍとなる。

【００３９】次に、第１の金属配線層２と第２の金属配
線層７を電気的に絶縁するために、また第１の金属配線
層２と第２の金属配線層７との間の平坦化材料として、
第２の層間絶縁膜８を、プラズマＣＶＤ法により、２０
００ｎｍ堆積する（図４（ｉ））。次に、第２の金属配
線層７のパターニングを容易にできるようにするため
に、段差を持った第２の層間絶縁膜８の凸部分のみを、
レジストエッチバック法もしくは化学的機械研磨法を用
いてエッチングし、絶縁基板１上の第２の層間絶縁膜８
の平坦化を行う（図４（ｊ））。

【００４０】次に、上部電極６と第２の金属配線層７と
を接触させる開口部９を形成するために、第２の層間絶
縁膜８をマスキングしかつエッチングして、第２の層間
絶縁膜８から上部電極６を露出させる（図４（ｋ））。
次に、露出している上部電極６上および第２の層間絶縁
膜８上に、スパッタリング法により、アルミニウム合金
を堆積した後、そのアルミニウム合金をマスキングしか
つエッチングすることにより、第２の金属配線層７を形
成する（図４（ｌ））。

【００４１】図５に、第２の実施例において、上部電極
６および下部電極３として用いるチタンナイトライドの
膜厚を１００ｎｍ，１２５ｎｍ，１５０ｎｍ，１７５ｎ
ｍ，２００ｎｍと変化させた場合のアンチヒューズ素子
に、定電流を印加した際の印加時間と抵抗との関係を示
す。図５より、上部電極６および下部電極３として用い
るチタンナイトライドの膜厚が１５０ｎｍ以上で抵抗変
化が殆ど生じないことは明かである。

【００４２】図６に、第２の実施例において、アンチヒ
ューズ層４であるアモルファスシリコン４ａとシリコン
ナイトライド４ｂの膜厚比率を変化させた場合のアンチ
ヒューズ素子の電極印加電圧とリーク電流との関係を示
す。図６において、破線はアモルファスシリコン／シ
リコンナイトライド＝１００ｎｍ／１０ｎｍの条件とし
た場合であり、実線はシリコンナイトライド／アモル
ファスシリコン＝１０ｎｍ／１００ｎｍの条件とした場
合である。

【００４３】図６より、アンチヒューズ層４であるアモ
ルファスシリコン４ａとシリコンナイトライド４ｂの膜
構成を任意に選択することにより、電極印加電圧とリー
ク電流を制御することができることは明かである。以上
のようにこの第２の実施例によれば、第１の実施例の効
果に加えて、第１の層間絶縁膜５のアンチヒューズ層４
上を開口する工程を、第１の層間絶縁膜５のアンチヒュ
ーズ層４上の膜厚をドライエッチングにより薄くし、こ
の膜厚の薄くなったアンチヒューズ層４上の第１の層間
絶縁膜５をウェットエッチングにより除去してアンチヒ
ューズ層４上を開口することにより、アンチヒューズ層
４上の開口部の径が第１の層間絶縁膜５の表面にいく程
大きくなるため、開口部分を塞ぐように形成される上部
電極６を、プログラミング後に低抵抗状態を保つための
十分な膜厚に容易に形成することができる。

【００４４】また、第１の金属配線層２および第２の金
属配線層７がアルミニウム合金からなり、下部電極３お
よび上部電極６がチタンナイトライドからなり、そのチ
タンナイトライドのアンチヒューズ層４に接する部位に
おける膜厚を１５０ｎｍ以上としたことにより、プログ
ラミング後、アンチヒューズ素子が再び高抵抗状態とな
ることを防止し、低抵抗状態を保つことができる。

【００４５】また、アンチヒューズ層４が異なる導電率
を有する２種の薄膜層（アモルファスシリコン４ａとシ
リコンナイトライド４ｂ）からなり、それぞれの膜厚比
率を変えることにより、アンチヒューズ素子における電
極印加電圧とリーク電流の関係を制御することができ
る。

【００４６】

【発明の効果】この発明の構成によれば、薄い絶縁膜に
よりアンチヒューズ層と上部電極とのコンタクト部分を
除いてアンチヒューズ層，下部電極および下部配線を被
覆した構成としてあり、その製造方法において、下部電
極上にアンチヒューズ層を形成した後、アンチヒューズ
層，下部電極および下部配線を被覆する薄い絶縁膜を形
成し、その薄い絶縁膜のアンチヒューズ層上をエッチン
グにより開口し、この開口部分を塞ぐように上部電極を
形成した後、全面に層間絶縁膜を形成して平坦化し、そ
の後、平坦化した層間絶縁膜を開口して上部電極と接続
する上部配線を形成するようにしている。このように、
下部電極，アンチヒューズ層および上部電極を形成した
後、層間絶縁膜を形成し平坦化を行うため、複数個のア
ンチヒューズ素子を形成した場合に従来のような層間絶
縁膜の堆積時および平坦化工程時に生じる膜厚のばらつ
きに起因するアンチヒューズ層の膜厚のばらつきを無く
することができ、アンチヒューズ層の絶縁破壊電圧のば
らつきを低減することができる。

【００４７】また、下部配線および上部配線がアルミニ
ウム合金からなり、下部電極および上部電極がチタンナ
イトライドからなり、チタンナイトライドのアンチヒュ
ーズ層に接する部位における膜厚を１５０ｎｍ以上とし
たことにより、プログラミング後、アンチヒューズ素子
が再び高抵抗状態となることを防止し、低抵抗状態を保
つことができる。

【００４８】また、アンチヒューズ層が異なる導電率を
有する２種の薄膜層からなり、それぞれの膜厚比率を変
えることにより、アンチヒューズ素子における電極印加
電圧とリーク電流の関係を制御することができる。ま
た、製造方法において、薄い絶縁膜のアンチヒューズ層
上を開口する工程を、薄い絶縁膜のアンチヒューズ層上
の膜厚をドライエッチングにより薄くし、この膜厚の薄
くなったアンチヒューズ層上の薄い絶縁膜をウェットエ
ッチングにより除去してアンチヒューズ層上を開口する
ことにより、アンチヒューズ層上の開口部の径が薄い絶
縁膜の表面にいく程大きくなるため、開口部分を塞ぐよ
うに形成される上部電極を、プログラミング後に低抵抗
状態を保つための十分な膜厚に容易に形成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例のアンチヒューズ素子
の断面構造図。

【図２】この発明の第１の実施例のアンチヒューズ素子
の製造工程を示す工程断面図。

【図３】この発明の第２の実施例のアンチヒューズ素子
の断面構造図。

【図４】この発明の第２の実施例のアンチヒューズ素子
の製造工程を示す工程断面図。

【図５】この発明の第２の実施例において、上部電極お
よび下部電極として用いるチタンナイトライドの膜厚を
変化させ、定電流を印加した際の印加時間と抵抗との関
係を示す図。

【図６】この発明の第２の実施例において、アンチヒュ
ーズ層であるアモルファスシリコンとシリコンナイトラ
イドの膜構成を変化させた場合のアンチヒューズ素子の
電極印加電圧とリーク電流との関係を示す図。

【図７】従来のアンチヒューズ素子の断面構造図。

【図８】従来のアンチヒューズ素子の製造工程を示す工
程断面図。

【符号の説明】

１ 絶縁基板 ２ 第１の金属配線層（下部配線） ３ 下部電極 ４ アンチヒューズ層 ４ａ アモルファスシリコン ４ｂ シリコンナイトライド ５ 第１の層間絶縁膜（薄い絶縁膜） ６ 上部電極 ７ 第２の金属配線層（上部配線） ８ 第２の層間絶縁膜（層間絶縁膜）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 層間絶縁膜を挟む下部配線と上部配線と
   の間に形成したアンチヒューズ素子であって、 前記下部配線上に形成した下部電極と、この下部電極上
   の素子形成部分に形成したアンチヒューズ層と、このア
   ンチヒューズ層と前記上部配線との間に形成した上部電
   極と、前記アンチヒューズ層と前記上部電極とのコンタ
   クト部分を除いて前記アンチヒューズ層，前記下部電極
   および前記下部配線を被覆した薄い絶縁膜とからなるこ
   とを特徴とするアンチヒューズ素子。
2. 【請求項２】 下部配線および上部配線がアルミニウム
   合金からなり、下部電極および上部電極がチタンナイト
   ライドからなり、前記チタンナイトライドのアンチヒュ
   ーズ層に接する部位における膜厚を１５０ｎｍ以上とし
   たことを特徴とする請求項１記載のアンチヒューズ素
   子。
3. 【請求項３】 アンチヒューズ層が異なる導電率を有す
   る２種の薄膜層からなることを特徴とする請求項１また
   は２記載のアンチヒューズ素子。
4. 【請求項４】 層間絶縁膜を挟む下部配線と上部配線と
   の間に形成したアンチヒューズ素子の製造方法であっ
   て、 前記下部配線上に下部電極を形成し、この下部電極上の
   素子形成部分にアンチヒューズ層を形成した後、前記ア
   ンチヒューズ層，前記下部電極および前記下部配線を被
   覆する薄い絶縁膜を形成する工程と、 前記薄い絶縁膜の前記アンチヒューズ層上をエッチング
   により開口する工程と、 前記薄い絶縁膜の開口部分を塞ぐように上部電極を形成
   する工程と、 前記上部電極を形成した後、全面に前記層間絶縁膜を形
   成する工程と、 前記層間絶縁膜を平坦化する工程と、 平坦化した前記層間絶縁膜の前記上部電極上をエッチン
   グにより開口する工程と、 前記層間絶縁膜の開口部分において前記上部電極と接続
   する前記上部配線を形成する工程とを含むことを特徴と
   するアンチヒューズ素子の製造方法。
5. 【請求項５】 層間絶縁膜を挟む下部配線と上部配線と
   の間に形成したアンチヒューズ素子の製造方法であっ
   て、 前記下部配線上に下部電極を形成し、この下部電極上の
   素子形成部分にアンチヒューズ層を形成した後、前記ア
   ンチヒューズ層，前記下部電極および前記下部配線を被
   覆する薄い絶縁膜を形成する工程と、 前記薄い絶縁膜の前記アンチヒューズ層上の膜厚をドラ
   イエッチングにより薄くする工程と、 ドライエッチングにより膜厚の薄くなった前記アンチヒ
   ューズ層上の前記薄い絶縁膜をウェットエッチングによ
   り除去して、前記薄い絶縁膜の前記アンチヒューズ層上
   を開口する工程と、 前記薄い絶縁膜の開口部分を塞ぐように上部電極を形成
   する工程と、 前記上部電極を形成した後、全面に前記層間絶縁膜を形
   成する工程と、 前記層間絶縁膜を平坦化する工程と、 平坦化した前記層間絶縁膜の前記上部電極上をエッチン
   グにより開口する工程と、 前記層間絶縁膜の開口部分において前記上部電極と接続
   する前記上部配線を形成する工程とを含むことを特徴と
   するアンチヒューズ素子の製造方法。