JPH08316428A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH08316428A
JPH08316428A JP7122815A JP12281595A JPH08316428A JP H08316428 A JPH08316428 A JP H08316428A JP 7122815 A JP7122815 A JP 7122815A JP 12281595 A JP12281595 A JP 12281595A JP H08316428 A JPH08316428 A JP H08316428A
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JP
Japan
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metal wiring
wiring layer
layer
insulating film
connection hole
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JP7122815A
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Inventor
Hideyuki Akanuma
英幸 赤沼
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Seiko Epson Corp
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Abstract

PURPOSE: To reduce the leak current of an antifuse element in the state of non-current-conduction, by covering with an insulating film a part of a connection hole in which an amorphous cylinder layer is in contact with a metal wiring layer. CONSTITUTION: A first insulating film 202 and a first metal wiring layer 203 are formed on semiconductor 201. The first metal wiring layer 203 is covered with a second insulating film 204. A first connection hole 205 is made in the upper part of the first metal wiring layer 203 of the insulating film 204. A part of the surface of the first metal wiring layer 203 which surface is exposed by the first connection hole 205 is covered with a third insulating film 206. An amorphous silicon layer 207 is deposited so as to cover at least all the part of the bottom of the first connection hole 205 which part is not covered with the third insulating film 206. A second metal wiring layer 208 is formed on the amorphous silicon layer 207, and an antifuse is formed.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はアンチヒューズ素子を有
するプログラム可能な半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a programmable semiconductor device having an antifuse element.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のアンチヒューズ素子を有する半導
体装置について、金属配線層間にアンチヒューズ素子を
設けた場合を例にとり、図1によりそのアンチヒューズ
素子の構造を説明する。図1はアンチヒューズ素子の構
造を示す図であり、図1(a)は平面図、(b)は
(a)のA−A間の断面図である。半導体101上に第
1の絶縁膜102と第1の金属配線層103が形成され
ている。第1の金属配線層103は第2の絶縁膜104
で覆われ、この第2の絶縁膜104には第1の接続孔1
05が開けられている。さらに、第1の接続孔105を
覆うようにアモルファスシリコン層106が形成され、
その上から第2の金属配線層107が形成されている。
アモルファスシリコン層106は第1の接続孔105の
底部で第1の金属配線層103と第2の金属配線層10
7に挟まれている。以上が従来のアンチヒューズ素子の
構造である。図1に示すように金属配線層間にアンチヒ
ューズ素子を設ける場合のほかに、半導体と金属配線層
の間にアンチヒューズを設ける場合もある。また、3層
以上の金属配線層を有する半導体装置に於いてはどの金
属配線層の間にアンチヒューズ素子を設けても良い。
2. Description of the Related Art The structure of a conventional semiconductor device having an anti-fuse element will be described with reference to FIG. 1 by taking an example in which the anti-fuse element is provided between metal wiring layers. 1A and 1B are views showing the structure of the anti-fuse element. FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a sectional view taken along line AA of FIG. A first insulating film 102 and a first metal wiring layer 103 are formed on a semiconductor 101. The first metal wiring layer 103 is the second insulating film 104.
The second insulating film 104 is covered with the first connection hole 1
05 is open. Further, an amorphous silicon layer 106 is formed so as to cover the first connection hole 105,
A second metal wiring layer 107 is formed from above.
The amorphous silicon layer 106 is formed on the bottom of the first connection hole 105 at the first metal wiring layer 103 and the second metal wiring layer 10.
It is sandwiched between 7. The above is the structure of the conventional anti-fuse element. In addition to the case where the anti-fuse element is provided between the metal wiring layers as shown in FIG. 1, there are cases where the anti-fuse is provided between the semiconductor and the metal wiring layer. In a semiconductor device having three or more metal wiring layers, the antifuse element may be provided between any metal wiring layers.

【0003】通常、アンチヒューズ素子は、形成したま
まの状態ではアモルファスシリコン層106は絶縁性を
示し、第1の金属配線層103と第2の金属配線層10
7の間は非導通状態にある。ここで、第1の金属配線層
103と第2の金属配線層107の間にある値以上の電
圧を印加する(以下この時の電圧をアンチヒューズのプ
ログラム電圧と呼ぶ)と、アモルファスシリコン層10
6が導通状態に変化し、第1の金属配線層103と第2
の金属配線層107は電気的に接続された状態となり、
この状態が保持される。アンチヒューズ素子を有する半
導体装置では、必要なアンチヒューズ素子のみにプログ
ラム電圧を印加して導通状態とする事で、所望する回
路、機能を得ることができる。このアンチヒューズ素子
を有する半導体装置の通常の使用電圧はアンチヒューズ
素子のプログラム電圧より常に低く保たれ、通常の使用
においてアンチヒューズ素子の状態が変化することはな
い。
Normally, in an antifuse element, the amorphous silicon layer 106 has an insulating property in the as-formed state, and the first metal wiring layer 103 and the second metal wiring layer 10 are formed.
It is in a non-conducting state during 7. Here, when a voltage higher than a certain value is applied between the first metal wiring layer 103 and the second metal wiring layer 107 (hereinafter, the voltage at this time is referred to as a program voltage of the antifuse), the amorphous silicon layer 10
6 changes to a conductive state, and the first metal wiring layer 103 and the second metal wiring layer 103
The metal wiring layer 107 of is in a state of being electrically connected,
This state is maintained. In a semiconductor device having an antifuse element, a desired circuit and function can be obtained by applying a program voltage only to a necessary antifuse element to bring it into a conductive state. The normal operating voltage of the semiconductor device having the antifuse element is always kept lower than the program voltage of the antifuse element, and the state of the antifuse element does not change during normal use.

【0004】アンチヒューズ素子へのプログラム電圧の
印加による導通状態の変化は、プログラム電圧を印加す
るとアモルファスシリコン層に電流が流れ、この際にア
モルファスシリコンと金属配線層の金属との合金化が起
こることに起因すると考えられる。そして、アモルファ
スシリコンと金属の接する部分全域で合金化が起こるわ
けではなく、何らかの理由、おそらくプログラム電圧印
加の際、アモルファスシリコン層あるいは金属配線層が
屈曲している部分に電界集中が起こり易いという理由
で、アモルファスシリコンと金属の接する部分のうちの
ごく一部でのみ合金化が起こっている。従ってアンチヒ
ューズ素子のプログラム電圧のアモルファスシリコンと
金属の接する部分の面積に対する依存性は小さい。
The change in the conduction state due to the application of the program voltage to the anti-fuse element is that a current flows through the amorphous silicon layer when the program voltage is applied, and at this time, the amorphous silicon and the metal of the metal wiring layer are alloyed with each other. It is thought to be due to. Then, alloying does not occur in the entire area where the amorphous silicon and the metal are in contact with each other, and for some reason, probably when the program voltage is applied, electric field concentration is likely to occur in the bent portion of the amorphous silicon layer or the metal wiring layer. Thus, alloying occurs only in a small part of the contact area between amorphous silicon and metal. Therefore, the dependence of the program voltage of the anti-fuse element on the area of the contact portion between the amorphous silicon and the metal is small.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】プログラム電圧を印加
する前の状態のアンチヒューズ素子は非導通状態にある
ことを述べたが、実際には完全な絶縁状態にあるのでは
なく、通常の使用電圧においても僅かながら漏れ電流が
流れる。普通、アンチヒューズ素子を有する半導体装置
では、アンチヒューズ素子を数千個、あるいは数万個と
いった単位で有するため、一つ一つのアンチヒューズ素
子の漏れ電流はごく僅かであっても、全体としては無視
できない電流量になり、半導体装置全体としての電力消
費量を大きくする。従って、アンチヒューズ素子の非導
通状態における漏れ電流(以下簡単に漏れ電流と呼ぶ)
を低減することはアンチヒューズ素子を有する半導体装
置の電力消費量を低減する有効な方法の一つである。
Although it has been stated that the anti-fuse element in the state before the application of the program voltage is in the non-conducting state, it is not actually in the completely insulating state but in the normal operating voltage. Even at, a small leakage current flows. Normally, a semiconductor device having an anti-fuse element has a unit of thousands or tens of thousands of anti-fuse elements. Therefore, even if the leakage current of each anti-fuse element is extremely small, it is generally considered as a whole. The amount of current cannot be ignored, and the power consumption of the semiconductor device as a whole is increased. Therefore, the leakage current in the non-conducting state of the anti-fuse element (hereinafter simply referred to as leakage current)
It is one of the effective methods to reduce the power consumption of the semiconductor device having the anti-fuse element.

【0006】ここで、アンチヒューズ素子の漏れ電流を
低減する方法として、一つはアモルファスシリコン層の
膜厚を増すこと、もう一つはアンチヒューズ素子のアモ
ルファスシリコン層と金属配線層の接する面積(以下、
この面積をアンチヒューズ素子の素子面積と呼ぶ。ただ
し、素子が占有する面積のことは指さない。)を小さく
することがあげられる。これは、アンチヒューズ素子の
漏れ電流が素子面積とアモルファスシリコン層の膜厚に
大きく依存する特性を持つためである。
Here, as a method of reducing the leakage current of the anti-fuse element, one is to increase the film thickness of the amorphous silicon layer, and the other is the contact area between the amorphous silicon layer of the anti-fuse element and the metal wiring layer ( Less than,
This area is called the element area of the antifuse element. However, this does not mean the area occupied by the element. ) Can be reduced. This is because the leakage current of the anti-fuse element has a characteristic that it largely depends on the element area and the film thickness of the amorphous silicon layer.

【0007】しかしながら、アモルファスシリコン層の
膜厚を増すことはアンチヒューズ素子のプログラム電圧
を増大させることとなり、アンチヒューズ素子を有する
半導体装置の設計あるいは使用上の制約を大きくするの
で実用的でない。また、アンチヒューズ素子の素子面積
を小さくする事は、図1の従来の構造のアンチヒューズ
素子では第1の接続孔105の径を小さくすることに他
ならず、製造装置の能力上の最小に設定されていること
の多い接続孔の径を小さくすることは、製造装置の能力
を向上しない限りは現実的に不可能であり、従って、ア
ンチヒューズ素子の漏れ電流を小さくすることが困難
で、アンチヒューズ素子を有する半導体装置の消費電力
を小さくできないという問題があった。
However, increasing the film thickness of the amorphous silicon layer increases the program voltage of the anti-fuse element and increases the design or use restrictions of the semiconductor device having the anti-fuse element, which is not practical. Further, reducing the element area of the antifuse element is nothing but reducing the diameter of the first connection hole 105 in the antifuse element having the conventional structure of FIG. It is practically impossible to reduce the diameter of the connection hole, which is often set, unless the capacity of the manufacturing apparatus is improved. Therefore, it is difficult to reduce the leakage current of the anti-fuse element, There is a problem that the power consumption of the semiconductor device having the anti-fuse element cannot be reduced.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の半導体
装置は、従来アモルファスシリコン層と金属配線層の接
していた接続孔の一部を絶縁膜で覆うことで素子面積を
小さくしたアンチヒューズ素子、または金属配線層が接
続孔の一部分のみを覆うようにすることで素子面積を小
さくしたアンチヒューズ素子を有することを特徴とし、
製造装置の能力の向上などの手段に依らずにアンチヒュ
ーズ素子の非導通状態における漏れ電流が小さく、従っ
て消費電力の小さい、なおかつアンチヒューズ素子のプ
ログラム電圧が従来と同じである半導体装置を提供する
ことを目的とする。
Therefore, in the semiconductor device of the present invention, an anti-fuse element in which the element area is reduced by covering a part of the connection hole which was conventionally in contact with the amorphous silicon layer and the metal wiring layer with an insulating film. , Or having an anti-fuse element whose element area is reduced by covering a part of the connection hole with a metal wiring layer,
(EN) Provided is a semiconductor device which has a small leakage current in a non-conducting state of an antifuse element regardless of measures such as improvement of the capability of a manufacturing apparatus, and thus consumes less power and has the same program voltage as that of a conventional antifuse element. The purpose is to

【0009】[0009]

【実施例】以下に本発明による半導体装置の構造を、図
を用いて詳しく説明する。
The structure of a semiconductor device according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0010】図2は本発明の半導体装置が有するアンチ
ヒューズ素子の構造を説明する図であり、図2(a)は
平面図、図2(b)は図2(a)におけるA−A間の縦
断面図である。また、図2に示すのは金属配線層間にア
ンチヒューズ素子を設けた場合の構造である。
2A and 2B are views for explaining the structure of an anti-fuse element included in the semiconductor device of the present invention. FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a section A-A in FIG. 2A. FIG. Further, FIG. 2 shows a structure in which an anti-fuse element is provided between metal wiring layers.

【0011】半導体201上に第1の絶縁膜202と第
1の金属配線層203が形成されている。第1の金属配
線層203は第2の絶縁膜204で覆われ、この第2の
絶縁膜204の第1の金属配線層203の上の部分には
第1の接続孔205が開けられている。さらに、第1の
接続孔205の底部の一部、即ち第1の接続孔205に
よって露出した第1の金属配線層203の表面の一部を
覆うように第3の絶縁膜206が形成され、第1の接続
孔205の底部のうち少なくとも第3の絶縁膜206で
覆われていない部分を全て覆うようにアモルファスシリ
コン層207が堆積、成形され、その上に第2の金属配
線層208が形成され、アンチヒューズ素子をなす。図
2ではアモルファスシリコン層207が第1の接続孔2
05の全部を覆っているが、必ずしも全面を覆う必要は
なく、少なくとも第1の金属配線層203と第2の金属
配線層208が直接触れることの無いように形成する。
第1の金属配線層203や第2の金属配線層208が必
要に応じて他の素子、例えばトランジスタ素子や他の配
線層に接続されて回路を形成し、全体として半導体装置
を成す。
A first insulating film 202 and a first metal wiring layer 203 are formed on a semiconductor 201. The first metal wiring layer 203 is covered with a second insulating film 204, and a first connection hole 205 is formed in a portion of the second insulating film 204 above the first metal wiring layer 203. . Further, the third insulating film 206 is formed so as to cover a part of the bottom of the first connection hole 205, that is, a part of the surface of the first metal wiring layer 203 exposed by the first connection hole 205. An amorphous silicon layer 207 is deposited and molded so as to cover at least a portion of the bottom of the first connection hole 205 which is not covered with the third insulating film 206, and a second metal wiring layer 208 is formed thereon. And forms an anti-fuse element. In FIG. 2, the amorphous silicon layer 207 is the first contact hole 2
However, it is not necessary to cover the entire surface, and it is formed so that at least the first metal wiring layer 203 and the second metal wiring layer 208 do not come into direct contact with each other.
The first metal wiring layer 203 and the second metal wiring layer 208 are connected to other elements such as transistor elements and other wiring layers as needed to form a circuit, and the semiconductor device is formed as a whole.

【0012】本実施例のアンチヒューズ素子では、従来
のアンチヒューズ素子の素子面積(アモルファスシリコ
ン層と金属配線層の接触面積)に比べ、第3の絶縁膜2
06で覆われた分だけ素子面積が小さいので漏れ電流が
少ない。なお、アンチヒューズ素子の素子面積として
は、アモルファスシリコン層とその上下の金属配線層の
接触面積のうち小さい方の面積を考えれば良いことをつ
け加えておく。これはアモルファスシリコン層を流れる
電流のうち、アモルファスシリコン層の膜厚方向の成分
からみれば面方向の成分が小さく無視できるためであ
る。
In the antifuse element of the present embodiment, the third insulating film 2 is larger than the element area (contact area between the amorphous silicon layer and the metal wiring layer) of the conventional antifuse element.
Since the element area is small by the amount covered with 06, the leakage current is small. Note that as the element area of the anti-fuse element, the smaller area of the contact areas of the amorphous silicon layer and the metal wiring layers above and below it may be considered. This is because, of the current flowing through the amorphous silicon layer, the component in the surface direction is small and can be ignored when viewed from the component in the film thickness direction of the amorphous silicon layer.

【0013】本実施例について各部位の材質を説明する
と、第1の金属配線層203は下層からチタン層、窒化
チタン層、アルミニウム合金層、チタンとタングステン
の合金層の4層からなる多層膜であり、第1の絶縁膜2
02と第2の絶縁膜204は酸化シリコン(SiO
2)、第3の絶縁膜206にはここでは窒化シリコン
(SiNx)を用いている。また、第2の金属配線層2
08は下層からチタン層、窒化チタン層、アルミニウム
合金層、窒化チタン層からなる多層膜である。第1の金
属配線層203の最も上層のチタンとタングステンの合
金層と第2の金属配線層208の最下層であるチタン層
にはアルミニウム合金層とアモルファスシリコン層のプ
ログラム電圧印加によらない合金化反応を抑制する役割
があり、第1の金属配線層203の最上層には窒化チタ
ンを用いることもある。
The material of each portion in this embodiment will be described. The first metal wiring layer 203 is a multilayer film composed of four layers including a titanium layer, a titanium nitride layer, an aluminum alloy layer, and an alloy layer of titanium and tungsten from the bottom. Yes, the first insulating film 2
02 and the second insulating film 204 are made of silicon oxide (SiO 2
2), silicon nitride (SiNx) is used here for the third insulating film 206. In addition, the second metal wiring layer 2
Reference numeral 08 is a multilayer film including a titanium layer, a titanium nitride layer, an aluminum alloy layer, and a titanium nitride layer from the bottom. The uppermost titanium / tungsten alloy layer of the first metal wiring layer 203 and the lowermost titanium layer of the second metal wiring layer 208 are alloyed with an aluminum alloy layer and an amorphous silicon layer without applying a program voltage. It has a role of suppressing the reaction, and titanium nitride may be used for the uppermost layer of the first metal wiring layer 203.

【0014】アモルファスシリコン層207をなすシリ
コンには基本的にはアモルファス状態のシリコンを用い
るが、微結晶を含むアモルファスシリコンあるいは多結
晶シリコンを用いてもアンチヒューズとしての機能を持
たせることはできる。アンチヒューズ素子としての特性
を向上するために、すなわち非導通状態では絶縁性を高
めるため、また、導通状態では抵抗を小さくするため、
アモルファスシリコン層207をなすシリコンに窒素を
混入することもある。
Although silicon in the amorphous state is basically used as the silicon forming the amorphous silicon layer 207, the function as an antifuse can be provided by using amorphous silicon containing microcrystals or polycrystalline silicon. In order to improve the characteristics as an anti-fuse element, that is, in order to improve the insulation in the non-conducting state, and to reduce the resistance in the conducting state,
Nitrogen may be mixed into the silicon forming the amorphous silicon layer 207.

【0015】図2では、半導体上の下から数えて1層目
の金属配線層と2層目の金属配線層の間にアンチヒュー
ズ素子を設けているが、3層以上の金属配線層を設け、
それら金属配線層及び半導体のうちの何れかの2層の間
にアンチヒューズ素子を設ける様な場合でも、本実施例
と同様の構成とする事で、アンチヒューズの素子面積を
小さくでき、従ってアンチヒューズ素子を有する半導体
装置の消費電力を低減することができる。このことは後
に説明する別の実施例においても同じである。
In FIG. 2, the anti-fuse element is provided between the first metal wiring layer and the second metal wiring layer counting from the bottom on the semiconductor, but three or more metal wiring layers are provided. ,
Even when an anti-fuse element is provided between any two layers of the metal wiring layer and the semiconductor, the element area of the anti-fuse can be reduced by using the same configuration as that of the present embodiment, and therefore the anti-fuse element area can be reduced. Power consumption of a semiconductor device having a fuse element can be reduced. This also applies to another embodiment described later.

【0016】図3は本発明の別の実施例を説明する図で
あり、本発明の半導体装置の有するアンチヒューズ素子
の構造を示す。図3の(a)は上視図、(b)は(a)
のA−A間での縦断面図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining another embodiment of the present invention, showing the structure of the antifuse element included in the semiconductor device of the present invention. 3A is a top view and FIG. 3B is FIG.
It is a longitudinal cross-sectional view between AA.

【0017】図3において半導体301上の第1の絶縁
膜302の上に形成された第1の金属配線層303上に
は第3の絶縁膜304が形成され、第3の絶縁膜304
には第2の接続孔305が開口されている。その上層に
は第2の絶縁膜306が有り、第2の絶縁膜306には
第1の接続孔307が開口してある。第1の接続孔30
7に対し第2の接続孔305の位置はずらしてあり、第
1の接続孔307の底部の開口部の一部を第3の絶縁膜
304の一部が覆っている。第1の接続孔307を覆っ
てアモルファスシリコン層308を形成し、さらに第2
の金属配線層309を形成してある。第2の金属配線層
309は第2の接続孔305と第1の接続孔307の両
方の開口した部分でアモルファスシリコン層308を挟
んで第1の金属配線層303に面している。アモルファ
スシリコン層308は図3では第2の接続孔305の全
面を覆っているが、必ずしも全面を覆う必要は無く、少
なくとも第1の金属配線層303と第2の金属配線層3
09が直接触れないように形成する。図3では第3の絶
縁膜304は第2の接続孔305の開口部分を除いた全
面に形成してあるが、第1の接続孔307の開口部分と
重なる部分以外の第1の絶縁膜302は必ずしも必要で
はなく、取り除く事も可能である。
In FIG. 3, a third insulating film 304 is formed on the first metal wiring layer 303 formed on the first insulating film 302 on the semiconductor 301, and the third insulating film 304 is formed.
A second connection hole 305 is opened in the. A second insulating film 306 is provided thereover, and a first connection hole 307 is opened in the second insulating film 306. First connection hole 30
7, the position of the second connection hole 305 is offset, and part of the opening of the bottom of the first connection hole 307 is covered by part of the third insulating film 304. An amorphous silicon layer 308 is formed so as to cover the first connection hole 307, and a second
The metal wiring layer 309 is formed. The second metal wiring layer 309 faces the first metal wiring layer 303 with the amorphous silicon layer 308 sandwiched between the opening portions of both the second connection hole 305 and the first connection hole 307. Although the amorphous silicon layer 308 covers the entire surface of the second connection hole 305 in FIG. 3, it does not necessarily have to cover the entire surface, and at least the first metal wiring layer 303 and the second metal wiring layer 3 are formed.
It is formed so that 09 does not touch it directly. In FIG. 3, the third insulating film 304 is formed on the entire surface excluding the opening of the second connection hole 305, but the first insulating film 302 other than the portion overlapping the opening of the first connection hole 307. Is not always necessary and can be removed.

【0018】図3のアンチヒューズ素子の各部位の材質
は、図2のアンチヒューズ素子の同じ名称を用いた部位
とそれぞれ同じである。
The material of each part of the antifuse element shown in FIG. 3 is the same as that of the antifuse element shown in FIG. 2 having the same name.

【0019】図3の例でも、従来の構造のアンチヒュー
ズ素子よりも素子面積(第1の金属配線層とアモルファ
スシリコン層の接する面積)が小さく、漏れ電流も小さ
い。
Also in the example of FIG. 3, the element area (the area where the first metal wiring layer and the amorphous silicon layer are in contact with each other) is smaller and the leakage current is smaller than that of the antifuse element having the conventional structure.

【0020】図4を用いて本発明の更に別の実施例を説
明する。図4(a)はアンチヒューズ素子の平面図であ
り(b)は(a)のA−A間の断面図である。
Still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4A is a plan view of the anti-fuse element, and FIG. 4B is a sectional view taken along line AA of FIG.

【0021】半導体401上に第1の絶縁膜402と第
1の金属配線層403が下から順に形成されている。第
1の金属配線層403は第2の絶縁膜404で覆われ、
第2の絶縁膜404の第1の金属配線層403の上の部
分には第1の接続孔405が開けられている。第1の接
続孔405を覆うようにアモルファスシリコン層406
が形成され、その上に第2の金属配線層407が形成さ
れている。第2の金属配線層407は少なくとも一端が
第1の接続孔405の底面を横切るように配置されてい
る。
A first insulating film 402 and a first metal wiring layer 403 are sequentially formed on the semiconductor 401 from the bottom. The first metal wiring layer 403 is covered with the second insulating film 404,
A first connection hole 405 is formed in a portion of the second insulating film 404 above the first metal wiring layer 403. The amorphous silicon layer 406 is formed so as to cover the first connection hole 405.
Is formed, and the second metal wiring layer 407 is formed thereon. The second metal wiring layer 407 is arranged so that at least one end crosses the bottom surface of the first connection hole 405.

【0022】本実施例のアンチヒューズ素子の素子面積
は、第1の接続孔405の底部のうち第1の金属配線層
403と第2の金属配線層407がアモルファスシリコ
ン層406を挟んで向かい合う部分の面積であり、従来
のアンチヒューズ素子の素子面積が接続孔の面積であっ
たのに比較して小さく、従って漏れ電流も小さい。
The element area of the anti-fuse element of this embodiment is such that the first metal wiring layer 403 and the second metal wiring layer 407 face each other across the amorphous silicon layer 406 in the bottom portion of the first connection hole 405. The area of the antifuse element is smaller than the area of the connection hole, and therefore the leakage current is also small.

【0023】以下に説明する図5と図6は、本発明の半
導体装置において、半導体あるいは金属配線層間の接続
に埋め込み金属を用いる、いわゆるプラグ構造の接続部
にアンチヒューズ素子を形成した例である。
FIGS. 5 and 6 to be described below are examples in which, in the semiconductor device of the present invention, an anti-fuse element is formed at a connection portion of a so-called plug structure in which a buried metal is used for connection between semiconductors or metal wiring layers. .

【0024】図5は本発明の半導体装置で、いわゆるプ
ラグ構造の配線間接続を有する場合のアンチヒューズ素
子の構造を示す。図5(a)は平面図、(b)は(a)
のA−A間の断面図である。
FIG. 5 shows the structure of an anti-fuse element in the case where the semiconductor device of the present invention has interconnections of a so-called plug structure. FIG. 5A is a plan view, and FIG. 5B is FIG.
It is sectional drawing between AA of.

【0025】図5において半導体501上には下層から
順に第1の絶縁膜502、第1の金属配線層503が形
成されている。その上部には第2の絶縁膜504と第2
の絶縁膜504に開けた第1の接続孔505があり、第
1の接続孔505は埋め込み金属(以下プラグと称す)
506で埋め込まれている。プラグ506の素材として
はタングステン金属を用いることが多い。プラグ506
の頂部はアモルファスシリコン層507で覆われ、その
上層に第3の絶縁膜508がプラグ506の頂部の一部
と重なるように形成されている。更に第2の金属配線層
509がアモルファスシリコン層507を挟んでプラグ
506と向かい合う様に形成されアンチヒューズ素子を
なす。
In FIG. 5, a first insulating film 502 and a first metal wiring layer 503 are formed in order from the bottom on a semiconductor 501. The second insulating film 504 and the second
Has a first connecting hole 505 formed in the insulating film 504 of the first insulating film 504, and the first connecting hole 505 is a buried metal (hereinafter referred to as a plug).
It is embedded at 506. Tungsten metal is often used as the material of the plug 506. Plug 506
Is covered with an amorphous silicon layer 507, and a third insulating film 508 is formed thereover so as to overlap a part of the top of the plug 506. Further, a second metal wiring layer 509 is formed so as to face the plug 506 with the amorphous silicon layer 507 sandwiched therebetween to form an anti-fuse element.

【0026】図5の実施例において第3の絶縁膜508
をおくことで、本来ならプラグ506の頂部の面積と同
じであるアンチヒューズ素子の素子面積を小さくして漏
れ電流を減らすことができ、かつアモルファスシリコン
層507の膜厚に主に依存するプログラム電圧にはあま
り影響を与えない。従って、図5のような構造のアンチ
ヒューズ素子を有する半導体装置は、第3の絶縁膜50
8の無いアンチヒューズ素子を有する半導体装置と比較
して消費電力が小さく、それでいてプログラム電圧はほ
とんど変わらない。
In the embodiment of FIG. 5, the third insulating film 508 is used.
By setting the above, the element area of the anti-fuse element, which is originally the same as the area of the top of the plug 506, can be reduced to reduce the leakage current, and the program voltage mainly depends on the film thickness of the amorphous silicon layer 507. Does not affect much. Therefore, the semiconductor device having the anti-fuse element having the structure as shown in FIG.
The power consumption is smaller than that of a semiconductor device having an anti-fuse element that does not have 8, and the program voltage remains almost unchanged.

【0027】図6は本発明の半導体装置のいわゆるプラ
グ構造の配線間接続を有する場合のアンチヒューズ素子
の、図5とは別の例を説明する図である。図6(a)は
アンチヒューズ素子の構造を説明する平面図、(b)は
(a)のA−A間の断面図である。
FIG. 6 is a view for explaining another example of the antifuse element in the case where the semiconductor device of the present invention has a so-called plug-structure interconnection connection, which is different from FIG. FIG. 6A is a plan view illustrating the structure of the anti-fuse element, and FIG. 6B is a sectional view taken along line AA of FIG.

【0028】図6において半導体601上には第1の絶
縁膜602、第1の金属配線層603が下層から順に形
成され、その上層の第2の絶縁膜604には第1の接続
孔605が開口されている。第1の接続孔605はプラ
グ606で埋め込まれ、プラグ606の頂部はアモルフ
ァスシリコン層607で覆っている。更に第2の金属配
線層608をアモルファスシリコン層607を挟んでプ
ラグ606の頂部の一部のみと重なるように形成してア
ンチヒューズ素子をなしている。
In FIG. 6, a first insulating film 602 and a first metal wiring layer 603 are sequentially formed on the semiconductor 601 from the lower layer, and a first connection hole 605 is formed in the upper second insulating film 604. It is open. The first connection hole 605 is filled with a plug 606, and the top of the plug 606 is covered with an amorphous silicon layer 607. Further, the second metal wiring layer 608 is formed so as to overlap only a part of the top portion of the plug 606 with the amorphous silicon layer 607 interposed therebetween to form an anti-fuse element.

【0029】図6のアンチヒューズ素子では第2の金属
配線層608とプラグ606の頂部の重なる部分が素子
面積であり、第2の金属配線層608がプラグ606の
頂部と完全に重なる場合の素子面積より小さいことは明
かである。
In the anti-fuse element of FIG. 6, the element area is the portion where the second metal wiring layer 608 and the top of the plug 606 overlap, and the element when the second metal wiring layer 608 completely overlaps the top of the plug 606. It is clear that it is smaller than the area.

【0030】図4から図6のアンチヒューズの各部位の
材質は、プラグ(埋め込み金属)を除き、図2の対応す
る名称の部位と同じである。
The material of each part of the antifuse shown in FIGS. 4 to 6 is the same as the correspondingly named part shown in FIG. 2 except for the plug (embedded metal).

【0031】[0031]

【発明の効果】以上本発明によれば、アンチヒューズ素
子を有する半導体装置において、半導体製造装置の性能
の向上などによらずにアンチヒューズ素子の素子面積を
小さくできる為、アンチヒューズ素子の漏れ電流を小さ
くでき、従って従来のアンチヒューズを有する半導体装
置より消費電力を小さくすることができる。また、アン
チヒューズ素子のプログラム電圧を主に決定するアモル
ファスシリコン層の膜厚を変更する必要がないため、プ
ログラム電圧が従来と変わらないアンチヒューズ素子を
有する半導体装置を得ることが可能となる。
As described above, according to the present invention, in the semiconductor device having the anti-fuse element, the element area of the anti-fuse element can be reduced without improving the performance of the semiconductor manufacturing apparatus. Therefore, the power consumption can be reduced as compared with the conventional semiconductor device having the antifuse. Further, since it is not necessary to change the film thickness of the amorphous silicon layer that mainly determines the program voltage of the antifuse element, it is possible to obtain a semiconductor device having an antifuse element in which the program voltage is the same as the conventional one.

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

【図1】従来の半導体装置の有するアンチヒューズ素子
の構造を示す図であり、(a)は平面図、(b)は
(a)のA−A間の断面図。
1A and 1B are views showing a structure of an anti-fuse element included in a conventional semiconductor device, in which FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a sectional view taken along line AA in FIG.

【図2】本発明の半導体装置の有するアンチヒューズ素
子の構造を示す図であり、(a)は平面図、(b)は
(a)のA−A間の断面図。
2A and 2B are diagrams showing a structure of an anti-fuse element included in a semiconductor device of the present invention, FIG. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a sectional view taken along line AA in FIG.

【図3】本発明の半導体装置の有するアンチヒューズ素
子の構造の別の例を示す図であり、(a)は平面図、
(b)は(a)のA−A間の断面図。
FIG. 3 is a diagram showing another example of the structure of the anti-fuse element included in the semiconductor device of the present invention, FIG.
(B) is sectional drawing between AA of (a).

【図4】本発明の半導体装置の有するアンチヒューズ素
子の構造の別の例を示す図であり、(a)は平面図、
(b)は(a)のA−A間の断面図。
FIG. 4 is a diagram showing another example of the structure of the anti-fuse element included in the semiconductor device of the present invention, FIG.
(B) is sectional drawing between AA of (a).

【図5】本発明の半導体装置の有するアンチヒューズ素
子の構造を示す図であり、いわゆるプラグ構造における
例。(a)は平面図、(b)は(a)のA−A間の断面
図。
FIG. 5 is a diagram showing a structure of an anti-fuse element included in the semiconductor device of the present invention, which is an example of a so-called plug structure. (A) is a top view, (b) is a sectional view between AA of (a).

【図6】本発明の半導体装置の有するアンチヒューズ素
子の構造を示す図であり、いわゆるプラグ構造における
別の例。(a)は平面図、(b)は(a)のA−A間の
断面図。
FIG. 6 is a diagram showing a structure of an anti-fuse element included in the semiconductor device of the present invention, which is another example of a so-called plug structure. (A) is a top view, (b) is a sectional view between AA of (a).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、201、301、401、501、601 ・
・・半導体 102、202、302、402、502、602 ・
・・第1の絶縁膜 103、203、303、403、503、603 ・
・・第1の金属配線層 104、204、306、404、504、604 ・
・・第2の絶縁膜 105、205、307、405、505、605 ・
・・第1の接続孔 106、207、308、406、508、607 ・
・・アモルファスシリコン層 107、208、309、407、509、608 ・
・・第2の金属配線層 206、304、507 ・・・第3の絶縁膜 305 ・・・第2の接続孔 506、606 ・・・プラグ(埋め込み金属)
101, 201, 301, 401, 501, 601
..Semiconductor 102, 202, 302, 402, 502, 602.
..First insulating films 103, 203, 303, 403, 503, 603
..First metal wiring layer 104, 204, 306, 404, 504, 604
..Second insulating film 105, 205, 307, 405, 505, 605
..First connection holes 106, 207, 308, 406, 508, 607
..Amorphous silicon layer 107, 208, 309, 407, 509, 608.
..Second metal wiring layer 206, 304, 507 ... Third insulating film 305 ... Second connection hole 506, 606 ... Plug (embedded metal)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも、半導体層または第一の金属配
線層と、前記半導体層または第一の金属配線層を覆う第
一の絶縁膜と、前記第一の絶縁膜に開けた接続孔と、前
記接続孔の底部の一部を覆う第二の絶縁膜と、前記接続
孔の底部のうち少なくとも前記第二の絶縁膜に覆われて
いない部分全てを覆うアモルファスシリコン層と、前記
半導体層または第一の金属配線層に前記アモルファスシ
リコン層を挟んで接続孔で面する第二の金属配線層とか
らなるアンチヒューズ素子を有することを特徴とする半
導体装置。
1. A semiconductor layer or a first metal wiring layer, at least a first insulating film covering the semiconductor layer or the first metal wiring layer, and a connection hole formed in the first insulating film. A second insulating film that covers a part of the bottom of the connection hole, an amorphous silicon layer that covers at least a portion of the bottom of the connection hole that is not covered by the second insulating film, the semiconductor layer or the first A semiconductor device comprising an anti-fuse element including a first metal wiring layer and a second metal wiring layer facing the connection hole with the amorphous silicon layer interposed therebetween.
【請求項2】少なくとも、半導体層または第一の金属配
線層と、前記半導体層または第一の金属配線層を覆う第
一の絶縁膜と、前記第一の絶縁膜に開けた接続孔と、前
記接続孔を埋めて前記第1の金属配線層と接続する埋め
込み金属と、前記埋め込み金属の頂部の一部を覆う第二
の絶縁膜と、前記埋め込み金属の頂部のうち少なくとも
前記第二の絶縁膜に覆われていない部分全てを覆うアモ
ルファスシリコン層と、前記埋め込み金属に前記アモル
ファスシリコン層を挟んで面する第二の金属配線層とか
らなるアンチヒューズ素子を有することを特徴とする半
導体装置。
2. A semiconductor layer or a first metal wiring layer, at least a first insulating film covering the semiconductor layer or the first metal wiring layer, and a connection hole formed in the first insulating film. A buried metal that fills the connection hole and connects to the first metal wiring layer, a second insulating film that covers a part of the top of the buried metal, and at least the second insulation of the top of the buried metal. A semiconductor device comprising an anti-fuse element including an amorphous silicon layer that covers all portions not covered with a film, and a second metal wiring layer that faces the embedded metal with the amorphous silicon layer interposed therebetween.
【請求項3】少なくとも、半導体層または第一の金属配
線層と、前記半導体層または第一の金属配線層を覆う第
一の絶縁膜と、前記第一の絶縁膜に開けた接続孔と、前
記接続孔を覆うアモルファスシリコン層と、前記半導体
層または第一の金属配線層に前記アモルファスシリコン
層を挟んで接続孔で面し、かつ少なくとも一端が前記接
続孔の底部の内にある第二の金属配線層とからなるアン
チヒューズ素子を有することを特徴とする半導体装置。
3. A semiconductor layer or a first metal wiring layer, at least a first insulating film covering the semiconductor layer or the first metal wiring layer, and a connection hole formed in the first insulating film. The amorphous silicon layer that covers the connection hole and the second semiconductor layer that faces the connection hole with the semiconductor layer or the first metal wiring layer sandwiching the amorphous silicon layer, and has at least one end in the bottom portion of the connection hole. A semiconductor device having an anti-fuse element including a metal wiring layer.
【請求項4】少なくとも、半導体層または第一の金属配
線層と、前記半導体層または第一の金属配線層を覆う第
一の絶縁膜と、前記第一の絶縁膜に開けた接続孔と、前
記接続孔を埋めて前記第1の金属配線層と接続する埋め
込み金属と、前記埋め込み金属の頂部を覆うアモルファ
スシリコン層と、前記アモルファスシリコン層を挟んで
前記埋め込み金属の一部とのみ面する第二の金属配線層
とからなるアンチヒューズ素子を有することを特徴とす
る半導体装置。
4. At least a semiconductor layer or a first metal wiring layer, a first insulating film covering the semiconductor layer or the first metal wiring layer, and a connection hole formed in the first insulating film. A buried metal that fills the connection hole and connects to the first metal wiring layer; an amorphous silicon layer that covers the top of the buried metal; and a part of the buried metal that faces the buried amorphous metal layer. A semiconductor device having an anti-fuse element including a second metal wiring layer.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100359158B1 (en) * 1999-12-30 2002-10-31 주식회사 하이닉스반도체 A method for forming a fuse of a semiconductor device

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