JPH0831944A - 半導体集積回路装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置およびその製造方法

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JPH0831944A
JPH0831944A JP16350494A JP16350494A JPH0831944A JP H0831944 A JPH0831944 A JP H0831944A JP 16350494 A JP16350494 A JP 16350494A JP 16350494 A JP16350494 A JP 16350494A JP H0831944 A JPH0831944 A JP H0831944A
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JP
Japan
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dielectric film
integrated circuit
circuit device
semiconductor integrated
lower electrode
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Withdrawn
Application number
JP16350494A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasunobu Tanizaki
泰信 谷崎
Masashi Kobayashi
昌史 小林
Terumi Sawase
照美 沢瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Microcomputer System Ltd, Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Microcomputer System Ltd
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  • Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電極間に誘電体膜を介在させてなるアンチヒ
ューズを有する半導体集積回路装置において、その誘電
体膜の厚さを均一にする。 【構成】 FPGAにおけるアンチヒューズ6を構成す
る下部電極6aと誘電体膜6bとの間にそれらを隔てる
薄い絶縁膜11を設けるとともに、その絶縁膜11の厚
さを、絶縁膜11に穿孔された接続孔12a内における
誘電体膜6bの厚さが均一となるような厚さに設定し
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置お
よびその製造技術に関し、特に、アンチヒューズを有す
る半導体集積回路装置およびその製造方法に適用して有
効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年は、ASIC(Application Specif
ic Standard Product Integrated Circuit)等のような
特定用途向けICの開発、製造が進められている。この
ASICの代表例にゲートアレイがある。
【0003】ゲートアレイは、半導体基板上に予め形成
された複数の基本セルのうち、所定の基本セル間を結線
することにより所定の論理回路を構成する方式の半導体
集積回路装置である。
【0004】ゲートアレイにおいては、複数の基本セル
が予め形成されていたマスタウエハをストックしておく
ことができ、配線工程での配線の仕方のみで所定の論理
回路を構成することができるので、特定用途向けのIC
であっても短期間で開発することができるという特徴が
ある。
【0005】ところで、近年は、上述のゲートアレイよ
りもはるかに短期間で製品開発が可能なFPGA(Fiel
d Programmable Gate Array)が注目を集めている。
【0006】FPGAは、論理ブロック、配線およびプ
ログラム素子を半導体基板上に予め形成しておき、その
後のプログラム工程時にプログラム素子を用いて所定の
論理ブロック間を接続することにより所定の論理回路を
構成する方式の半導体集積回路装置である。
【0007】すなわち、FPGAは、所定の論理ブロッ
ク間等をプログラム素子を用いて接続することにより所
望する論理回路を構成する大規模なPLD(Programmab
le Logic Device)である。
【0008】このFPGAについては、例えば日経BP
社、1992年10月1日発行「日経マイクロデバイ
ス」P26〜P52に記載があり、この文献には、プロ
グラム素子としてアンチヒューズを用いた構造について
説明されている。
【0009】このアンチヒューズは、例えば金属電極間
に誘電体膜を介在させて構成されており、通常は、下部
金属電極を被覆する層間絶縁膜に、下部金属電極の上面
の一部が露出するような接続孔を穿孔した後、その層間
絶縁膜上に誘電体膜を堆積することによりその接続孔内
に誘電体膜を埋め込み、さらにその誘電体膜上に上部金
属電極形成用の金属膜を堆積することによって形成され
ている。
【0010】プログラムは、その金属電極間に所定の電
圧(書込み電圧)を印加して、その金属電極間の誘電体
膜の一部に絶縁破壊を生じさせ、その部分を溶融させる
ことでシリサイド化することにより金属電極間を導通さ
せることにより行っている。
【0011】この種のアンチヒューズの構造について
は、例えばアイ・イー・ディー・エム(IEDM(Inte
rnational Electron Device Meeting) 1992年12
月発行「インターコネクト デバイシズ フォー フィ
ールド プログラマブル アレイ(Interconnect Devic
es for Field Programmable Gate Array)」P591〜
P594にも記載がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】ところが、金属電極間
を絶縁する層間絶縁膜に穿孔された接続孔内に誘電体膜
を堆積するアンチヒューズ構造においては、以下の問題
があることを本発明者は見い出した。
【0013】すなわち、アンチヒューズの実際の書込み
電圧が変動することにより、例えば設計上の書込み電圧
を印加していないのに金属電極間が導通してしまった
り、設計上の書込み電圧を印加したにもかかわらず金属
電極間が開放状態のままだったりするような不具合が生
じる結果、アンチヒューズを有する半導体集積回路装置
の信頼性および歩留りが低下する問題である。これは、
以下の理由による。
【0014】すなわち、アンチヒューズの書込み電圧
は、接続孔内の誘電体膜の特性、特に、その膜厚に大き
く左右されることが知られているが、上記アンチヒュー
ズ構造の場合は、接続孔内に誘電体膜を堆積する構造な
ので、接続孔内における誘電体膜の被覆性の劣化により
その誘電体膜の厚さ、特に、接続孔の底部角における厚
さが極端に薄く不均一となるからである。
【0015】したがって、このような問題は、金属電極
間を接続する接続孔の径が微細化され、そのアスペクト
比が1より大きくなればなるほど顕著な問題となる。そ
の接続孔に堆積される誘電体膜における被覆性の劣化が
顕著となるからである。
【0016】一方、上述のような問題を回避する技術
に、例えば上記接続孔の側面に、その絶縁膜とは別の絶
縁スペーサを設けテーパ部を形成することにより、接続
孔内に堆積する誘電体膜の被覆性を向上させる技術があ
る。しかし、このアンチヒューズ構造の場合には、本発
明者の試験結果によれば、その接続孔の側面に常に安定
した状態で絶縁スペーサを設けることが難しいことが確
認されている。
【0017】なお、この種のアンチヒューズ構造ついて
は、例えばアイ・イー・イー・イー(IEEE) イン
ターナショナル リライアビリティ フィジック プロ
シーディングス(International Reliability Physics
Proceedings) 1994年4月発行「リライアビィリィ
ティ メカニズム オブ ザ アンプログラムド アモ
ルファス シリコン アンチフィーズ(Reliability Me
chanism of the Unprogrammed Amorphous Silicon Anti
fuse)」P378〜P382に記載がある。
【0018】そこで、本発明の目的は、電極間に誘電体
膜を介在させてなるアンチヒューズを有する半導体集積
回路装置において、その誘電体膜の厚さを均一にするこ
とのできる技術を提供することにある。
【0019】また、本発明の他の目的は、形成制御の難
しいプロセスを介在させることなく、誘電体膜の膜厚が
均一なアンチヒューズを有する半導体集積回路装置を製
造することのできる技術を提供することにある。
【0020】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、明細書の記述および添付図面から明らかにな
るであろう。
【0021】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【0022】すなわち、本発明の半導体集積回路装置
は、半導体基板上に形成された下部電極と、前記下部電
極上に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜上に形成さ
れた上部電極とを所定領域において接合してなるアンチ
ヒューズを有する半導体集積回路装置であって、前記下
部電極と前記誘電体膜との間にそれらを隔てる第1絶縁
膜を設けるとともに、前記下部電極と前記誘電体膜とを
接合するために前記第1絶縁膜に穿孔された第1接続孔
内において、前記誘電体膜の厚さが均一となるように、
前記第1絶縁膜の厚さを薄く設定したものである。
【0023】また、本発明の半導体集積回路装置は、前
記第1接続孔の側面に傾斜の滑らかなテーパ部を設けた
ものである。
【0024】また、本発明の半導体集積回路装置は、半
導体基板上に形成された下部電極と、前記下部電極上に
形成された誘電体膜と、前記誘電体膜上に形成された上
部電極とを所定領域において接合してなるアンチヒュー
ズを有する半導体集積回路装置であって、前記下部電極
の上層にその表面を直接被覆するように前記誘電体膜を
設けたものである。
【0025】さらに、本発明の半導体集積回路装置は、
前記所定領域において、前記誘電体膜と前記上部電極と
の間にバリア層を介在させたものである。
【0026】
【作用】上記した本発明の半導体集積回路装置によれ
ば、下部電極と誘電体膜との間に、比較的薄い第1絶縁
膜を設けることにより、下部電極と誘電体膜とを接合す
るために第1絶縁膜に穿孔される第1接続孔のアスペク
ト比を小さくすることができ、その第1接続孔内におけ
る誘電体膜の被覆性を向上させることができる。
【0027】このため、第1接続孔の底部角において誘
電体膜の厚さが極端に薄くなることも防ぐことができ、
第1接続孔内の誘電体膜の厚さを均一にすることが可能
となる。
【0028】また、下部電極と誘電体膜との間に比較的
薄い第1絶縁膜を設けるだけなので、形成制御の難しい
プロセスを介在させることなく、誘電体膜の膜厚が均一
なアンチヒューズを有する半導体集積回路装置を製造す
ることが可能となる。
【0029】また、上記した本発明の半導体集積回路装
置によれば、第1接続孔の側面にテーパ部を設けたこと
により、第1接続孔内における誘電体膜の被覆性をさら
に向上させることができるので、第1接続孔内における
誘電体膜の厚さの均一性をさらに向上させることが可能
となる。
【0030】また、上記した本発明の半導体集積回路装
置によれば、下部電極を直接被覆するように誘電体膜を
被覆することにより、その誘電体膜の厚さを均一にする
ことが可能となる。
【0031】さらに、上記した本発明の半導体集積回路
装置によれば、誘電体膜と上部電極との間にバリア層を
設けたことにより、上部電極と誘電体膜とを絶縁する絶
縁膜にそれらを接続するための接続孔を穿孔する際にそ
の誘電体膜が傷つけられ削られてしまうのを防止するこ
とができるので、その接続孔形成時の傷等に起因する書
込み電圧の変動を防止することが可能となる。
【0032】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。
【0033】(実施例1)図1は本発明の一実施例であ
る半導体集積回路装置を構成する半導体チップの平面
図、図2は図1の半導体集積回路装置におけるアンチヒ
ューズ部の回路図、図3は図1の半導体集積回路装置の
アンチヒューズ部における断面図、図4〜図10は図1
の半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図
である。
【0034】本実施例の半導体集積回路装置は、例えば
半導体チップに予め設けられている所定の論理ブロック
間の接続状態をプログラム素子によって設定することに
より所定の半導体集積回路を構成するFPGA(Field
Programable Gate Array) である。このFPGAが形成
された半導体チップの平面図を図1に示す。
【0035】半導体チップ1の外周には、その外周に沿
って周辺回路ブロック2が複数配置されている。図示は
しないが、周辺回路ブロック2には、入力回路、出力回
路または入出力双方向回路が形成されている。
【0036】この入力回路は、半導体チップ1の外部の
回路から半導体チップ1に伝送された信号等を半導体チ
ップ1の内部の回路に適応した信号に変換するための回
路である。また、出力回路は、半導体チップ1の内部で
生成した信号を長い伝送路中において減衰させることな
く半導体チップ1の外部の回路へ伝送可能にするための
回路である。
【0037】なお、この周辺回路ブロック2における入
力回路、出力回路または入出力双方向回路は、例えばC
MOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)回
路によって構成されている。
【0038】各周辺回路ブロック2には、ボンディング
パッド3が配置されている。ボンディングパッド3は、
ボンディングワイヤ(図示せず)が電気的に接続される
端子である。このボンディングワイヤは、半導体チップ
1の内部の回路と、半導体チップ1の外部の回路とを電
気的に接続するための金属細線である。
【0039】一方、半導体チップ1の主面中央には、論
理ブロック領域4と、アンチヒューズ領域5とが図1の
上下方向に沿って交互に配置されている。
【0040】論理ブロック領域4には、上記した論理ブ
ロック4aが複数配置されている。この論理ブロック4
aには、例えばNAND回路、NOR回路または排他的
OR回路等のような基本ゲート回路やフリップフロップ
回路またはシフトレジスタ回路等のような比較的大きな
論理回路が形成されている。
【0041】アンチヒューズ領域5には、複数のアンチ
ヒューズ6が配置されているとともに、そのアンチヒュ
ーズ6と論理ブロック4aとを電気的に接続するための
配線7が配置されている。
【0042】例えば図1においては、論理ブロック4a
1,4a2 は、アンチヒューズ6を介して配線7により電
気的に接続されている。また、論理ブロック4a2,4a
3 は、アンチヒューズ6を介して配線7により電気的に
接続されている。このアンチヒューズ6の回路接続状態
を図2に示す。
【0043】アンチヒューズ6は、それを構成する電極
間に挟まれた誘電体膜を電気的に破壊し、その電極間を
導通することによって、上記した所定の論理ブロック4
a,4a間を電気的に接続するためのプログラム素子で
ある。
【0044】アンチヒューズ6は、互いに直交する配線
7a,7bの交点に配置されている。配線7a,7b
は、互いに離間する論理ブロック4a,4a間を電気的
に接続するための配線である。
【0045】配線7aには、論理ブロック4aを構成す
るMOS・FET8aが電気的に接続されるとともに、
プログラム端子9aが電気的に接続されている。プログ
ラム端子9aには書込み電圧が印加されるようになって
いる。この書込み電圧とは、アンチヒューズ6を構成す
る電極間を導通状態とするためにアンチヒューズに印加
される電圧である。
【0046】また、配線7bには、論理ブロック4aの
MOS・FET8bが電気的に接続されているととも
に、抵抗Rを介して接地端子9bが電気的に接続されて
いる。抵抗Rは、例えば1KΩ程度である。
【0047】なお、本実施例1においてプログラムと
は、半導体チップ1の内部における全てのアンチヒュー
ズ6が非導通状態となっている段階(プログラム前段
階)における半導体チップ1内の回路構成を、プログラ
ム端子9aに所定の書込み電圧を印加し所定のアンチヒ
ューズ6を導通させることにより、所定の回路構成に設
定することをいう。
【0048】次に、アンチヒューズ6の断面図を図3に
示す。半導体チップ1を構成する半導体基板9は、例え
ばp形のシリコン(Si)単結晶からなり、その上部に
はフィールド絶縁膜10が形成されている。フィールド
絶縁膜10は、例えば二酸化シリコン(SiO2)からな
り、その上には、図3に示すように、アンチヒューズ6
が形成されている。
【0049】アンチヒューズ6は、フィールド絶縁膜1
0上に形成された下部電極6aと、その上層に形成され
た誘電体膜6bと、その上層に形成されたバリア層6c
と、その上層に形成された上部電極6dとから構成され
ている。
【0050】下部電極6aは、例えば金属層6a1 〜6
a3 が下層から順に堆積されて構成されている。この金
属層6a1,6a3 は、例えばチタンタングステン(Ti
W)からなる。金属層6a1 の厚さは、例えば120n
m程度である。金属層6a3の厚さは、その下層の金属
層6a2 の構成原子が誘電体膜6c側に移動するのを抑
制することが可能な厚さに設定されており、例えば20
0nm程度である。中間の金属層6a2 は、例えばアル
ミニウム(Al)−Si−銅(Cu)合金からなり、そ
の厚さは、例えば400nm程度である。
【0051】本実施例1においては、下部電極6aが比
較的薄い絶縁膜(第1絶縁膜)11によって被覆されて
おり、その絶縁膜11上に誘電体膜6bが堆積されてい
る。すなわち、誘電体膜6bと、下部電極6aとの間に
絶縁膜11が介在されている。
【0052】絶縁膜11は、例えば酸化シリコンからな
り、その一部に、下部電極6aの上面の一部が露出する
ような接続孔12aが穿孔されている。誘電体膜6b
は、その接続孔12a内において下部電極6aの上面に
直接接触された状態になっている。
【0053】本実施例1において絶縁膜11の厚さが、
例えば0.1μm〜0.15μm程度というように比較的薄
く設定されている。また、接続孔12aの大径側の直径
は、例えば1.0μm程度である。
【0054】これにより、本実施例1においては、その
接続孔12aのアスペクト比(孔の深さ/孔の直径)
を、例えば0.5以下というように小さくすることができ
るので、接続孔12a内における誘電体膜6bの被覆性
(孔の角部の膜厚/孔の外での膜厚)を向上させること
が可能となっている。したがって、例えば接続孔12a
内の底部角における誘電体膜6bの厚さが極端に薄くな
ることもない。
【0055】すなわち、本実施例1においては、接続孔
12a内における誘電体膜6bの厚さを均一にすること
が可能となっている。この膜厚のバラツキは、例えば6
%〜7%程度に抑えることが可能となっている。
【0056】このため、誘電体膜6bの膜厚が不均一で
あることに起因するアンチヒューズ6の書込み電圧の変
動を抑制することができる。本実施例1においては、従
来、その書込み電圧のバラツキが、例えば40%〜50
%あったのを、例えば10%程度にまで抑えることが可
能となっている。
【0057】また、本実施例1においては、接続孔12
aの側面に傾斜の滑らかなテーパ部が形成されている。
これにより、誘電体膜6bの被覆性をさらに向上させる
ことが可能となっている。
【0058】誘電体膜6bは、例えばアモルファスシリ
コン(a−Si)からなり、その厚さは、書込み電圧の
値に応じて変わるので一概にはいえないが、例えば10
0nm程度である。
【0059】誘電体膜6bには、バリア層6cと下部電
極6aとを導通する導通部(図示せず)が形成されてい
る。この導通部は、例えばタングステンシリサイド(W
Si2)からなり、プログラム工程によって形成される。
【0060】さらに、本実施例1においては、誘電体膜
6bが半導体基板1の主面上において全面に堆積されて
いる。これにより、例えば以下の効果を得ることが可能
となっている。
【0061】第1に、誘電体膜6bをパターニングする
ための工程およびフォトマスクを不要とすることができ
るので、製造時間を短縮することができるとともに、製
造コストを低減することができる。
【0062】第2に、薄い絶縁膜11の削れを防止する
ことができる。これは、誘電体膜6bをパターニングす
るためのエッチング工程の際に、その下層の薄い絶縁膜
11がエッチング処理によるダメージやオーバエッチ等
によって削れてしまうのを防止できるものである。
【0063】第3に、アンチヒューズ領域外における下
地段差の増大を防止することができる。これは、アンチ
ヒューズ領域外の誘電体膜6bを除去してしまうとアン
チヒューズ領域外における下地段差が誘電体膜6bの厚
さ分だけ増大するのを防止できるものである。
【0064】誘電体膜6b上には、バリア層6cが直接
接触された状態でパターン形成されている。誘電体膜6
bおよびバリア層6cの上層には、層間絶縁膜13が堆
積されており、その層間絶縁膜13上に上部電極6dが
堆積されている。
【0065】層間絶縁膜13は、例えばSiO2 からな
り、その厚さは、例えば1.3μm程度である。層間絶縁
膜13の一部には、バリア層6cの一部が露出するよう
な接続孔12bが穿孔されており、上部電極6dは、接
続孔12b内においてバリア層6b上に直接接触された
状態で堆積されている。
【0066】ここで、バリア層6cは、層間絶縁膜13
に接続孔12bを穿孔するためのエッチング処理に際し
て、下層の誘電体膜6bがエッチング処理によって傷つ
くのを防止するための金属層である。バリア層6cは、
例えばTiWからなり、その厚さは、例えば60nm程
度である。
【0067】上部電極6dは、例えば金属層6d1 〜6
d3 が下層から順に堆積されて構成されている。この金
属層6d1,6d3 は、例えばTiWからなる。金属層6
d1の厚さは、例えば200nm程度である。金属層6
d3 の厚さは、例えば80nm程度である。また、金属
層6d2 は、例えばAl−Si−Cu合金からなり、そ
の厚さは、例えば800nm程度である。
【0068】次に、本実施例1の半導体集積回路装置の
製造方法を図4〜図10によって説明する。
【0069】図4は、上記下部電極6aの形成後におけ
る半導体基板9の断面図を示している。半導体基板9
は、例えばp形のSi単結晶からなり、その上部には、
例えばSiO2 からなるフィールド絶縁膜10が選択酸
化法等によって形成されている。
【0070】下部電極6aは、フィールド絶縁膜10上
に、例えば3つの金属層をスパッタリング法等によって
順に堆積した後、それらの金属層をフォトリソグラフィ
技術によってパターニングすることによって形成されて
いる。
【0071】下部電極6aを構成する金属層6a1,6a
3 は、例えばTiWからなり、金属層6a2 は、例えば
Al−Si−Cu合金からなる。この金属層6a1 の厚
さは、例えば120nm程度である。金属層6a2 の厚
さは、例えば400nm程度である。さらに、金属層6
a3 の厚さは、例えば200nm程度である。
【0072】まず、このような半導体基板9のフィール
ド絶縁膜10上に、図5に示すように、例えば酸化シリ
コンからなる厚さが1.0μm〜1.5μm程度の薄い絶縁
膜11を、例えばプラズマCVD法等によって堆積した
後、その絶縁膜11上に、下部電極6a上の絶縁膜11
部分のみが露出するようなフォトレジストパターン14
aを形成する。
【0073】続いて、図6に示すように、フォトレジス
トパターン14aをエッチングマスクとして、フォトレ
ジストパターン14aから露出する絶縁膜11部分を、
例えばフッ酸(HF)を用いたウエットエッチング法に
よってエッチング除去することにより絶縁膜11に接続
孔12aを形成する。
【0074】この際、本実施例1においては、ウエット
エッチング法を採用したことにより、絶縁膜11のエッ
チングが等方的に進行するので、接続孔12aの側面に
傾斜の滑らかなテーパ部を形成することが可能となって
いる。
【0075】その後、フォトレジストパターン14aを
除去した後、図7に示すように、半導体基板9上に、例
えばa−Siからなる誘電体膜6bをCVD法等によっ
て堆積する。誘電体膜6bの厚さは、例えば100nm
程度である。
【0076】この際、本実施例1においては、誘電体膜
6bと下部電極6aとの間に薄い絶縁膜11を介在さ
せ、その絶縁膜11に穿孔された接続孔12a内におい
て誘電体膜6bと下部電極6aとを接触させたことによ
り、難しいプロセスを介在させることなく、接続孔12
a内における誘電体膜6bの厚さを均一に形成すること
が可能となっている。
【0077】次いで、図8に示すように、誘電体膜6b
上に、例えばTiWからなる金属層15をスパッタリン
グ法等によって堆積した後、その上面に、下部電極6a
の上面上のみがほぼ被覆されるようなフォトレジストパ
ターン14bを形成する。
【0078】続いて、フォトレジストパターン14bを
エッチングマスクとして、フォトレジストパターン14
aから露出する金属層15部分を、例えばSF6 および
BCl3 ガスを用いたドライエッチング法等によってエ
ッチング除去することにより、図9に示すように、誘電
体膜6b上にバリア層6cを形成する。
【0079】その後、半導体基板9上に、例えば厚さ3
50nm程度のSiO2 からなる絶縁膜をプラズマCV
D法等によって堆積した後、その上面に、例えば厚さ3
50nm程度のSOG(Spin On Glass)膜を塗布し、さ
らに、その上面に、例えば厚さ600nm程度のSiO
2 からなる絶縁膜をプラズマCVD法等によって堆積す
ることにより層間絶縁膜13を形成する。
【0080】次いで、図10に示すように、層間絶縁膜
13にバリア層6cの上面一部のみが露出するような接
続孔12bをドライエッチング法等によって穿孔した
後、半導体基板9上に、例えば3つの金属層16a〜1
6cをスパッタリング法等によって順に堆積する。
【0081】続いて、その金属層16c上に、下部電極
6aの上面上のみが被覆されるようなフォトレジストパ
ターン14cを形成した後、そのフォトレジストパター
ン14cをエッチングマスクとして、フォトレジストパ
ターン14cから露出する金属層16a〜16c部分を
ドライエッチング法等によって除去することにより、図
3に示した上部電極6dをパターンニングし、アンチヒ
ューズ6を形成する。
【0082】これ以降は、通常の半導体集積回路装置の
ウエハプロセスに従って製造処理を進める。
【0083】このように、本実施例1によれば、以下の
効果を得ることが可能となる。
【0084】(1).下部電極6aと誘電体膜6bとの間に
比較的薄い絶縁膜11を介在したことにより、接続孔1
2bのアスペクト比を小さくすることができ、接続孔1
2a内における誘電体膜6bの被覆性を向上させること
ができ、接続孔12a内における誘電体膜6bの厚さを
均一にすることが可能となる。
【0085】(2).下部電極6aと誘電体膜6bとの間の
絶縁膜11に穿孔された接続孔12aの側面に傾斜の滑
らかなテーパ部を設けたことにより、誘電体膜6bの被
覆性をさらに向上させることが可能となる。
【0086】(3).上記(1),(2) により、接続孔12a内
における誘電体膜6bの厚さが不均一となることに起因
するアンチヒューズ6の書込み電圧の変動を抑制するこ
とができるので、アンチヒューズ6を有する半導体集積
回路装置の歩留りおよび信頼性を向上させることが可能
となる。
【0087】(4).下部電極6aと誘電体膜6bとの間に
絶縁膜11を設けるだけなので、一般的な半導体集積回
路装置の製造処理を使用することができる。また、ウエ
ットエッチング法等を用いて接続孔12aの側面にテー
パ部を形成するので、その形成制御も難しくない。
【0088】すなわち、形成制御の難しいプロセスを介
在させることなく、接続孔12a内における誘電体膜6
bの厚さを均一に形成することが可能となる。したがっ
て、特性の近似したアンチヒューズ6を有する半導体集
積回路装置を再現性良く製造することが可能となる。
【0089】(5).誘電体膜6bと上部電極6dとの間に
バリア層6cを設けたことにより、層間絶縁膜13に接
続孔12bを穿孔するためのエッチング処理に際して、
下層の誘電体膜6bがエッチング処理によって傷つくの
を防止することができるので、その接続孔形成時の傷に
起因する書込み電圧の変動を防止することが可能とな
る。したがって、アンチヒューズ6を有する半導体集積
回路装置の歩留りおよび信頼性をさらに向上させること
が可能となる。
【0090】(実施例2)図11は本発明の他の実施例
である半導体集積回路装置のアンチヒューズ部における
断面図、図12〜図14は図11の半導体集積回路装置
の製造工程中における要部断面図である。
【0091】本実施例2の半導体集積回路装置において
は、図11に示すように、誘電体膜6bが下部電極6a
の表面を直接被覆するように堆積されている。このた
め、誘電体膜6bの厚さが均一になっている。
【0092】誘電体膜6bは、例えばa−Siからな
り、比較的薄い絶縁膜11によって被覆されている。こ
の場合の絶縁膜11の厚さは、前記実施例1ほど薄く形
成する必要はなく、例えば前記実施例1の場合の2倍程
度に設定されている。なお、誘電体膜6bは、前記実施
例1と同様に、半導体基板9上の全面を覆うように堆積
されている。
【0093】絶縁膜11上には、バリア層6cが形成さ
れている。このバリア層6cは、絶縁膜11に穿孔され
た接続孔12a内において誘電体膜6bと接触される構
造となっている。
【0094】すなわち、本実施例2においては、バリア
層6cと誘電体膜6bとの間に薄い絶縁膜11を介在さ
せたことにより、接続孔12aのアスペクト比を小さく
できる構造となっている。また、本実施例2において
も、その接続孔12aの側面に、傾斜の滑らかなテーパ
部が形成されている。これらにより、接続孔12a内に
おけるバリア層6cの被覆性を向上させることが可能と
なっている。
【0095】次に、本実施例2の半導体集積回路装置の
製造方法を図12〜図14によって説明する。
【0096】まず、図12に示すように、前記実施例1
と同様に、下部電極6aを半導体基板9上に形成した
後、半導体基板9上に、例えばa−Siからなる誘電体
膜6bをプラズマCVD法等によって堆積する。これに
より、下部電極6aの表面は、誘電体膜6bによって被
覆される。下部電極6aの上面の誘電体膜6bの厚さは
均一となっている。
【0097】続いて、誘電体膜6a上に、例えば酸化シ
リコンからなる薄い絶縁膜11をCVD法等によって堆
積する。この場合の絶縁膜11は、前記実施例1の場合
よりも厚く、例えば前記実施例1の場合の2倍程度の膜
厚を有している。したがって、前記実施例1の場合より
も膜厚制御上の制約を緩和することが可能となってい
る。
【0098】その後、図13に示すように、絶縁膜11
上に下部電極6aの上面一部のみが露出するようなフォ
トレジストパターン14dを形成した後、そのフォトレ
ジストパターン14dをエッチングマスクとして、例え
ばHFを用いたウエットエッチング法によって絶縁膜1
1に接続孔12aを形成する。
【0099】この際、本実施例2においても、ウエット
エッチング法を採用したことにより、絶縁膜11のエッ
チングが等方的に進行するので、接続孔12aの側面に
傾斜の滑らかなテーパ部を形成することが可能となって
いる。
【0100】次いで、図14に示すように、絶縁膜11
上に、例えばTiWからなる金属層をスパッタリング法
等によって堆積した後、その金属層を、例えば六フッ化
イオウ(SF6)ガスおよび塩化ホウ素(BCl3)ガスを
用いたドライエッチング法等によってパターニングする
ことによりバリア層6cを形成する。
【0101】続いて、半導体基板9上に、例えば厚さ3
50nm程度のSiO2 からなる絶縁膜をプラズマCV
D法等によって堆積した後、その上面に、例えば厚さ3
50nm程度のSOG膜を塗布し、さらに、その上面
に、例えば厚さ600nm程度のSiO2 からなる絶縁
膜をプラズマCVD法等によって堆積することにより層
間絶縁膜13を形成する。
【0102】その後、図11に示したように、層間絶縁
膜13に、バリア層6cの上面一部のみが露出するよう
な接続孔12bをドライエッチング法等によって穿孔し
た後、半導体基板9上に、前記実施例1と同様にして、
上部電極6dをパターニングし、アンチヒューズ6を形
成する。
【0103】これ以降は、通常の半導体集積回路装置の
ウエハプロセスに従って製造処理を進める。
【0104】このように、本実施例2によれば、前記実
施例1で得られた効果と同様の効果を得ることが可能と
なる。
【0105】特に、下部電極6aを誘電体膜6bによっ
て直接被覆したことにより、誘電体膜6bの厚さを均一
にすることができるので、その誘電体膜6bの厚さが不
均一となることに起因するアンチヒューズ6の書込み電
圧の変動を抑制することができるので、アンチヒューズ
6を有する半導体集積回路装置の歩留りおよび信頼性を
向上させることが可能となる。
【0106】また、形成制御の難しいプロセスを介在さ
せることなく、誘電体膜6bの厚さを均一に形成するこ
とができるので、特性の近似したアンチヒューズ6を有
する半導体集積回路装置を再現性良く製造することが可
能となる。
【0107】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
1,2に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0108】例えば前記実施例1,2においては、上部
電極の上下の金属層、下部電極の上下の金属層およびバ
リア層をTiWとした場合について説明したが、これに
限定されるものではなく種々変更可能であり、例えばチ
タン、タングステン、モリブデン、タンタル、窒化チタ
ンまたはモリブデンシリサイド(MoSi2)等のような
Siと化合してシリサイドを形成するその他の金属ある
いはそれらの金属を含有する合金でも良い。
【0109】また、前記実施例1,2においては、誘電
体膜の構成材料をa−Siとした場合について説明した
が、これに限定されるものではなく種々変更可能であ
り、例えば不純物の導入されていない多結晶シリコンで
も良い。
【0110】この他、誘電体膜の材料としては、例えば
酸化シリコン、窒化シリコンまたは炭化シリコン等のよ
うなSiを含有する化合物の単層膜あるいはこれらの少
なくとも2つを積層してなる多層膜としても良い。この
酸化シリコン、窒化シリコンまたは炭化シリコンの形成
方法としては、例えばプラズマCVD法を用いると良
い。
【0111】また、前記実施例1,2においては、薄い
絶縁膜を酸化シリコンとした場合について説明したが、
これに限定されるものではなく種々変更可能であり、例
えば窒化シリコンを用いても良い。この窒化シリコンの
形成方法としては、例えばプラズマCVD法を用いると
良い。
【0112】また、前記実施例1,2においては、薄い
絶縁膜に接続孔を形成する際に、その側面にテーパ部を
形成するためウエットエッチング法を用いた場合につい
て説明したが、これに限定されるものではなく、例えば
CF4 ガスを用いた等方性のドライエッチング法を用い
ても良い。
【0113】また、前記実施例2においては、バリア層
と誘電体膜との間に薄い絶縁膜を介在させた場合につい
て説明したが、これに限定されるものではなく、例えば
図15に示すように、誘電体膜6b上に直接パターニン
グしたバリア層6cを形成しても良い。この場合も誘電
体膜6bおよびバリア層6cの厚さを均一にすることが
可能となる。
【0114】また、図16に示すように、下部電極6a
の側面に、例えばSiO2 等のような絶縁膜からなるサ
イドウォール17を形成しても良い。このサイドウォー
ル17は、誘電体膜6bが下部電極6aの側面に直接接
触した場合に生じる不具合を防止するために形成されて
いる。
【0115】すなわち、下部電極の金属層における構成
原子が、下部電極6aの側面を通じて誘電体膜に移動す
る現象に起因する不具合、下部電極の側面に残されたエ
ッチング材料等に起因する不具合あるいは下部電極6a
側面のエッチング形状に起因する不具合等から誘電体膜
6bを保護し、その信頼性を確保するためである。
【0116】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるFPG
Aに適用した場合について説明したが、これに限定され
ず種々適用可能であり、例えばアンチヒューズをメモリ
素子として用いる半導体集積回路装置、アンチヒューズ
を冗長回路素子として用いる半導体集積回路装置あるい
はアンチヒューズをアナログ回路の精度設定用のトリミ
ング回路として用いる半導体集積回路装置等のような他
の半導体集積回路装置に適用することも可能である。
【0117】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【0118】(1).本発明の半導体集積回路装置によれ
ば、下部電極と誘電体膜との間に比較的薄い第1絶縁膜
を設けることにより、下部電極と誘電体膜とを接合する
ために第1絶縁膜に穿孔される第1接続孔のアスペクト
比を小さくすることができ、その第1接続孔内における
誘電体膜の被覆性を向上させることができる。
【0119】このため、第1接続孔の底部角において誘
電体膜の厚さが極端に薄くなることも防ぐことができ、
第1接続孔内の誘電体膜の厚さを均一にすることができ
るので、アンチヒューズの書込み電圧の変動を抑制する
ことが可能となる。したがって、アンチヒューズを有す
る半導体集積回路装置の歩留りおよび信頼性を向上させ
ることが可能となる。
【0120】(2).下部電極と誘電体膜との間に比較的薄
い第1絶縁膜を設けるだけなので、形成制御の難しいプ
ロセスを介在させることなく、誘電体膜の厚さが均一な
アンチヒューズを有する半導体集積回路装置を製造する
ことが可能となる。したがって、特性の近似したアンチ
ヒューズを有する半導体集積回路装置を再現性良く製造
することが可能となる。
【0121】(3).本発明の半導体集積回路装置によれ
ば、第1接続孔の側面にテーパ部を設けたことにより、
第1接続孔内における誘電体膜の被覆性をさらに向上さ
せることができるので、第1接続孔内における誘電体膜
の厚さの均一性をさらに向上させることが可能となる。
【0122】(4).本発明の半導体集積回路装置によれ
ば、下部電極を直接被覆するように誘電体膜を被覆する
ことにより、その誘電体膜の厚さを均一にすることがで
きるので、アンチヒューズの書込み電圧の変動を抑制す
ることが可能となる。したがって、アンチヒューズを有
する半導体集積回路装置の歩留りおよび信頼性を向上さ
せることが可能となる。
【0123】(5).本発明の半導体集積回路装置によれ
ば、誘電体膜と上部電極との間にバリア層を設けたこと
により、上部電極と誘電体膜とを絶縁する絶縁膜にそれ
らを接続するための接続孔を穿孔する際にその誘電体膜
が傷つけられ削られてしまうのを防止することができる
ので、その接続孔形成時の傷等に起因する書込み電圧の
変動を防止することが可能となる。したがって、アンチ
ヒューズを有する半導体集積回路装置の歩留りおよび信
頼性をさらに向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である半導体集積回路装置を
構成する半導体チップの平面図である。
【図2】図1の半導体集積回路装置におけるアンチヒュ
ーズ部の回路図である。
【図3】図1の半導体集積回路装置のアンチヒューズ部
における断面図である。
【図4】図1の半導体集積回路装置の製造工程中におけ
る要部断面図である。
【図5】図1の半導体集積回路装置の図4に続く製造工
程中における要部断面図である。
【図6】図1の半導体集積回路装置の図5に続く製造工
程中における要部断面図である。
【図7】図1の半導体集積回路装置の図6に続く製造工
程中における要部断面図である。
【図8】図1の半導体集積回路装置の図7に続く製造工
程中における要部断面図である。
【図9】図1の半導体集積回路装置の図8に続く製造工
程中における要部断面図である。
【図10】図1の半導体集積回路装置の図9に続く製造
工程中における要部断面図である。
【図11】本発明の他の実施例である半導体集積回路装
置のアンチヒューズ部における断面図である。
【図12】図11の半導体集積回路装置の製造工程中に
おける要部断面図である。
【図13】図11の半導体集積回路装置の図12に続く
製造工程中における要部断面図である。
【図14】図11の半導体集積回路装置の図13に続く
製造工程中における要部断面図である。
【図15】本発明の他の実施例である半導体集積回路装
置のアンチヒューズ部における断面図である。
【図16】本発明の他の実施例である半導体集積回路装
置のアンチヒューズ部における断面図である。
【符号の説明】
1 半導体チップ 2 周辺回路ブロック 3 ボンディングパッド 4 論理ブロック領域 4a,4a1 〜4a3 論理ブロック 5 アンチヒューズ領域 6 アンチヒューズ 6a 下部電極 6a1 〜6a3 金属層 6b 誘電体膜 6c バリア層 6d 上部電極 6d1 〜6d3 金属層 7,7a,7b 配線 8a MOS・FET 9 半導体基板 9a プログラム端子 9b 接地端子 10 フィールド絶縁膜 11 絶縁膜(第1絶縁膜) 12a 接続孔(第1接続孔) 12b 接続孔 13 層間絶縁膜 14a〜14d フォトレジストパターン 15 金属層 16a〜16c 金属層 17 サイドウォール
フロントページの続き (72)発明者 沢瀬 照美 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業部内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成された下部電極と、
    前記下部電極上に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜
    上に形成された上部電極とを所定領域において積層して
    なるアンチヒューズを有する半導体集積回路装置であっ
    て、前記下部電極と前記誘電体膜との間にそれらを隔て
    る第1絶縁膜を設けるとともに、前記下部電極と前記誘
    電体膜とを接合するために前記第1絶縁膜に穿孔された
    第1接続孔内において、前記誘電体膜の厚さが均一とな
    るように、前記第1絶縁膜の厚さを薄く設定したことを
    特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体集積回路装置にお
    いて、前記第1接続孔の側面に傾斜の滑らかなテーパ部
    を設けたことを特徴とする半導体集積回路装置。
  3. 【請求項3】 半導体基板上に形成された下部電極と、
    前記下部電極上に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜
    上に形成された上部電極とを所定領域において積層して
    なるアンチヒューズを有する半導体集積回路装置であっ
    て、前記下部電極の上層にその表面を直接被覆するよう
    に前記誘電体膜を設けたことを特徴とする半導体集積回
    路装置。
  4. 【請求項4】 請求項1、2または3記載の半導体集積
    回路装置において、前記誘電体膜を半導体基板の上面の
    全領域に残存させたことを特徴とする半導体集積回路装
    置。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4のいずれか一項に記載の半
    導体集積回路装置において、前記所定領域において、前
    記誘電体膜と前記上部電極との間にバリア層を介在させ
    たことを特徴とする半導体集積回路装置。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5のいずれか一項に記載の半
    導体集積回路装置において、前記下部電極および前記上
    部電極において少なくとも前記誘電体膜に接触する部分
    がチタン、タングステン、モリブデン、タンタル、シリ
    コンと化合してシリサイドを形成する他の金属またはこ
    れら金属を含有する合金からなり、前記誘電体膜がアモ
    ルファスシリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化
    シリコンまたはシリコンを含有する化合物の単層膜もし
    くは多層膜からなることを特徴とする半導体集積回路装
    置。
  7. 【請求項7】 半導体基板上に形成された下部電極と、
    前記下部電極上に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜
    上に形成された上部電極とを所定領域において積層して
    なるアンチヒューズを有する半導体集積回路装置の製造
    方法であって、前記下部電極を形成した後、前記下部電
    極と前記誘電体膜とを隔てる第1絶縁膜を形成する際
    に、前記下部電極と前記誘電体膜とを接合するために前
    記第1絶縁膜に穿孔される第1接続孔内において、前記
    誘電体膜の厚さが均一となるように、前記第1絶縁膜の
    厚さを薄く形成する工程を有することを特徴とする半導
    体集積回路装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 請求項7記載の半導体集積回路装置の製
    造方法において、前記第1接続孔を穿孔する際に、等方
    性エッチング法を用いることを特徴とする半導体集積回
    路装置の製造方法。
  9. 【請求項9】 半導体基板上に形成された下部電極と、
    前記下部電極上に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜
    上に形成された上部電極とを所定領域において積層して
    なるアンチヒューズを有する半導体集積回路装置の製造
    方法であって、前記下部電極を形成した後、前記下部電
    極の上層にその表面を直接被覆するように前記誘電体膜
    を形成する工程を有することを特徴とする半導体集積回
    路装置の製造方法。
  10. 【請求項10】 請求項7、8または9記載の半導体集
    積回路装置の製造方法において、前記半導体集積回路装
    置が、前記半導体基板に予め形成された複数の論理ブロ
    ック間の接続経路を前記アンチヒューズの導通または非
    導通によって決定することで所定の論理回路を構成する
    ゲートアレイであることを特徴とする半導体集積回路装
    置の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100252574B1 (ko) * 1996-08-08 2000-04-15 모리 가즈히로 앤티퓨즈소자및그제조방법
US6902250B2 (en) 2002-05-29 2005-06-07 Fuji Xerox Co., Ltd. Ink-jet recording method and ink-jet recording apparatus for displacing recording head from printing position when printing is being stopped
CN109727909A (zh) * 2018-12-26 2019-05-07 中国电子科技集团公司第五十八研究所 一种通孔下mtm反熔丝的制备方法

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