KR20020019739A - Anti-fuse and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체소자에 대한 것으로, 특히 FPGA(Field Programable Gate Array)에서의 안티퓨즈 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to an antifuse in a field programmable gate array (FPGA) and a method of manufacturing the same.
첨부 도면을 참조하여 종래 안티퓨즈의 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.Referring to the accompanying drawings, a method for manufacturing a conventional anti-fuse is as follows.
도 1a 내지 도 1c는 종래 안티 퓨즈의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a conventional anti-fuse.
종래 안티퓨즈의 제조방법은 도 1a에 도시한 바와 같이 제 1 금속층(1) 상에층간절연막(2)을 증착하고, 층간절연막(2)상에 감광막(3)을 도포한다.In the conventional method of manufacturing an antifuse, an interlayer insulating film 2 is deposited on the first metal layer 1 and a photosensitive film 3 is applied on the interlayer insulating film 2 as shown in FIG. 1A.
이후에 노광 및 현상공정으로 비아홀을 형성할 영역만 제거되도록 감광막(3)을 선택적으로 패터닝한다.Subsequently, the photoresist film 3 is selectively patterned so that only an area for forming a via hole is removed by an exposure and development process.
그리고 도 1b에 도시한 바와 같이 패터닝된 감광막(3)을 마스크로 제 1 금속층(1)의 중앙부가 드러나도록 층간절연막(2)을 식각하여 비아홀을 형성한다. 이후에 감광막(3)을 제거한다.1B, via holes are formed by etching the interlayer insulating layer 2 so that the center portion of the first metal layer 1 is exposed using the patterned photoresist 3 as a mask. Thereafter, the photosensitive film 3 is removed.
다음에 비아홀을 포함한 전면에 비정질실리콘층(4)을 증착한 후에 비아홀내 및 그에 인접한 층간절연막(2)상에만 남도록 비정질실리콘층(4)을 이방성 식각한다.Next, after the amorphous silicon layer 4 is deposited on the entire surface including the via hole, the amorphous silicon layer 4 is anisotropically etched so as to remain only on the interlayer insulating film 2 in the via hole and adjacent thereto.
다음에 도 1c에 도시한 바와 같이 비정질실리콘층(4)을 포함한 층간절연막(2)상에 제 2 금속층(5)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1C, the second metal layer 5 is formed on the interlayer insulating film 2 including the amorphous silicon layer 4.
이때 점선으로 나타낸 비아홀내의 하부 모서리 부분에만 고전계가 가해진다. 즉, 비아홀내의 하부 모서리 부분에만 전계가 집중된다.At this time, a high field is applied only to the lower edge portion of the via hole indicated by the dotted line. That is, the electric field is concentrated only at the lower edge portion of the via hole.
상기와 같은 종래 안티퓨즈의 제조방법은 다음과 같은 문제가 있다.The conventional method of manufacturing the anti-fuse as described above has the following problems.
제 1, 제 2 금속층 사이에 구비된 비정질실리콘층의 하부에 전계가 집중되어 퓨즈의 동작이 안정적이지 못한 문제가 있다.The electric field is concentrated in the lower portion of the amorphous silicon layer provided between the first and second metal layers, which causes the operation of the fuse to be unstable.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로 특히, 제 1, 제 2 금속층 사이에 구비된 비정질실리콘층의 하부에 가해지는 전계를 분산시켜서 안정적으로 동작할 수 있는 안티퓨즈 및 그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, in particular, anti-fuse that can be operated stably by dispersing the electric field applied to the lower portion of the amorphous silicon layer provided between the first, second metal layer and its manufacturing method The purpose is to provide.
도 1a 내지 도 1c는 종래 안티 퓨즈의 제조방법을 나타낸 공정단면도1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a conventional anti-fuse.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명 안티 퓨즈의 제조방법을 나타낸 공정단면도2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the antifuse of the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
31 : 제 1 금속층 32 : 층간절연막31 first metal layer 32 interlayer insulating film
33 : 감광막 34 : 비정질실리콘층33: photosensitive film 34: amorphous silicon layer
35 : 제 2 금속층35: second metal layer
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 안티 퓨즈는 상부가 일정폭으로 과도식각된 제 1 금속층, 상기 제 1 금속층의 식각된 부분보다 넓은폭을 갖는 비아홀이 구비된 층간절연막, 상기 식각된 제 1 금속층과 상기 비아홀 및 이에 인접한 상기 층간절연막상에 형성된 반도체층, 상기 반도체층을 포함한 상기 층간절연막상에 형성된 제 2 금속층으로 구성됨을 특징으로 한다.The anti-fuse of the present invention for achieving the above object is an interlayer insulating film having a via hole having a wider width than an etched portion of the first metal layer, the first metal layer over-etched to a predetermined width, the first etched first And a second metal layer formed on the interlayer insulating film including the semiconductor layer, the semiconductor layer formed on the metal layer, the via hole, and the interlayer insulating film adjacent thereto.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명 안티 퓨즈의 제조방법은 제 1 금속층상에 층간절연막을 증착하는 공정, 상기 제 1 금속층의 상부영역이 과도식각하여 상기 층간절연막 내에 제 1 비아홀을 형성하는 공정, 상기 제 1 비아홀보다 넓은폭을 갖도록 상기 층간절연막에 제 2 비아홀을 형성하는 공정, 상기 제 1, 제 2 비아홀 및 이에 이웃하는 층간절연막상에 반도체층을 형성하는 공정, 상기 반도체층을 포함한 전면에 제 2 금속층을 형성하는 공정을 특징으로 한다.The method of manufacturing an anti-fuse according to the present invention having the above structure includes depositing an interlayer insulating film on a first metal layer, forming a first via hole in the interlayer insulating film by overetching an upper region of the first metal layer, Forming a second via hole in the interlayer insulating film so as to have a width wider than that of the first via hole, forming a semiconductor layer on the first and second via holes and the interlayer insulating film adjacent to the first via hole, and forming a semiconductor layer on the entire surface including the semiconductor layer. It characterized by the process of forming a 2 metal layer.
안티퓨즈는 퓨즈의 반대 개념으로 초기에는 "OFF" 상태로 제작이 된 후, 프로그램에 의해 "ON"상태가 된다. 즉, 초기 제작시 안티퓨즈는 수 M옴 이상의 전기저항을 갖는 절연체로 프로그램에 의해 몇 백옴 이하의 전기저항을 갖게되어 "ON"상태가 된다.Antifuse is the opposite concept of fuses, which are initially made "OFF" and then turned "ON" by a program. In other words, during the initial production, the antifuse is an insulator having an electrical resistance of several M ohms or more, and has an electrical resistance of several hundred ohms or less by a program, and is in an "ON" state.
프로그램은 두 전극 사이 즉, 제 1 도전층과 제 2 도전층 사이에 어느 수준 이상의 전압을 인가하면 절연체가 브레이크다운(breakdown)을 일으켜서 이루어진다.The program is made by insulator breaking down when a certain level of voltage is applied between two electrodes, i.e., between the first conductive layer and the second conductive layer.
FPGA(Field Programmable Gate Array)는 일종의 반주문 형태(Semi-Custom)의 논리집적회로로써 표준논리 IC에 비하여 개발기간이 짧고 개발비용이 낮다는 장점을 갖고 있다. 즉, 기본 논리 소자인 게이트를 한 단위로 하여 병렬로 배치시키고, 배선에 따라 논리회로를 형성함으로써 사용자가 요구하는 형태의 회로를 만들 수 있는 것이다.Field Programmable Gate Array (FPGA) is a kind of semi-custom logic integrated circuit that has short development period and low development cost compared to standard logic IC. That is, by arranging the gates, which are basic logic elements, in parallel as a unit, and forming logic circuits according to the wiring, a circuit of a type required by a user can be made.
FPGA에서 안티퓨즈는 전기적으로 분리된 두 전도선(Conductor)사이에 비정질 실리콘이 형성되어 있는 것으로 비정질 실리콘의 저항값이 높아 평상시에는 절연상태에 있다가 필요에 따라 선택적으로 두 전도선에 전계를 가하면 비정질 실리콘이 녹아 두 전도선이 연결되어 게이트어레이로 사용하는 것이다.In an FPGA, antifuse is formed of amorphous silicon between two electrically separated conductors. The resistance of amorphous silicon is high, so it is normally insulated and selectively applies an electric field to both conductors as needed. Amorphous silicon is melted and the two conducting wires are connected and used as a gate array.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 안티 퓨즈 및 그의 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명 안티 퓨즈의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the antifuse of the present invention.
상기에 설명한 FPGA에서의 본 발명에 따른 안티 퓨즈는 도 2e에 도시한 바와 같이 중앙의 일영역이 일정폭으로 과도식각된 제 1 금속층(31)이 있고, 제 1 금속층(31)의 식각된 폭보다 넓은폭으로 비아홀을 갖도록 층간절연막(32)이 형성되어 있다.The antifuse according to the present invention in the above-described FPGA has a first metal layer 31 overetched with a constant width in a central area, as shown in FIG. 2E, and the etched width of the first metal layer 31. The interlayer insulating film 32 is formed to have a wider via hole.
이때 제 1 금속층(31)의 과도식각된 부분과 층간절연막(32)의 비아홀은 계단형의 단차를 갖고 있다.In this case, the overetched portion of the first metal layer 31 and the via hole of the interlayer insulating layer 32 have stepped steps.
그리고 상기 계단형의 단차를 갖는 제 1 금속층(31)의 식각된 부분과 층간절연막(32)의 비아홀 측면과 이에 인접한 층간절연막(32)상에 비정질실리콘층(34)이 형성되어 있다. 즉, 비정질실리콘층(34)은 식각된 제 1 금속층(31)의 중앙부분을 기준으로 단면이 서로 대칭되게 계단형상을 이루고 있다.An amorphous silicon layer 34 is formed on the etched portion of the stepped first metal layer 31, the via hole side of the interlayer insulating layer 32, and the interlayer insulating layer 32 adjacent thereto. That is, the amorphous silicon layer 34 has a stepped shape symmetrically in cross section with respect to the central portion of the etched first metal layer 31.
이때 비정질실리콘층(34)은 과도식각된 제 1 금속층(31) 하부 모서리와 층간절연막(32)의 비아홀 하부 모서리에서 전계가 분산된다. 이것은 종래에는 층간절연막(32)의 비아홀 하부 모서리에서만 전계가 집중된 것에 비해서 전계가 분산된 것이다.At this time, the amorphous silicon layer 34 is dispersed in the lower edge of the over-etched first metal layer 31 and the lower edge of the via hole of the interlayer insulating layer 32. This is because the electric field is dispersed in comparison with the electric field concentrated only at the lower edge of the via hole of the interlayer insulating film 32.
그리고 상기 비정질실리콘층(34)을 포함한 층간절연막(35)상에 제 2 금속층(35)이 형성되어 있다.A second metal layer 35 is formed on the interlayer insulating film 35 including the amorphous silicon layer 34.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명 안티퓨즈의 제조방법은 도 2a에 도시한 바와 같이 제 1 금속층(31) 상에 층간절연막(32)을 증착하고, 층간절연막(32)상에 감광막(33)을 도포한다.In the method of manufacturing the anti-fuse of the present invention having the above configuration, as shown in FIG. 2A, the interlayer dielectric layer 32 is deposited on the first metal layer 31, and the photoresist layer 33 is deposited on the interlayer dielectric layer 32. Apply.
이후에 노광 및 현상공정으로 제 1 비아홀을 형성할 영역만 제거되도록 감광막(33)을 선택적으로 패터닝한다.Subsequently, the photoresist layer 33 is selectively patterned so that only an area for forming the first via hole is removed by an exposure and development process.
그리고 도 2b에 도시한 바와 같이 패터닝된 감광막(33)을 마스크로 제 1 금속층(31)의 중앙부가 과도식각되도록 층간절연막(32)과 제 1 금속층(31)을 식각하여 제 1 비아홀을 형성한다.As shown in FIG. 2B, the interlayer insulating layer 32 and the first metal layer 31 are etched to form a first via hole using the patterned photoresist 33 as a mask so that the central portion of the first metal layer 31 is excessively etched. .
다음에 감광막(32)을 제거한 후 도면에는 도시되지 않았지만 제 1 비아홀을 포함한 전면에 감광막을 도포하고 제 1 비아홀 보다 큰 폭을 갖도록 노광 및 현상공정으로 감광막을 패터닝한 후에, 패터닝된 감광막을 마스크로 층간절연막(32)을이방성 식각하여서 도 2c에 도시한 바와 같이 제 1 비아홀보다 큰 폭을 갖는 제 2 비아홀을 형성한다.Next, after the photoresist film 32 is removed, the photoresist film is applied to the entire surface including the first via hole, although not shown in the drawing. After the photoresist film is patterned by an exposure and development process to have a width larger than that of the first via hole, the patterned photoresist film is used as a mask. The interlayer insulating layer 32 is anisotropically etched to form a second via hole having a width larger than that of the first via hole as shown in FIG. 2C.
이와 같은 공정에 의해서 계단형의 비아홀이 형성된다.By this process, a stepped via hole is formed.
그리고 도 2d에 도시한 바와 같이 비정질실리콘(Amorphous Silicon)을 증착한 후 리소그래피(lithography)공정을 진행하여 계단형의 비아홀 및 그에 인접한 층간절연막(32)상부에 남도록 즉, 퓨즈 영역에만 남도록 비정질실리콘(34)을 형성한다.As shown in FIG. 2D, after depositing amorphous silicon, a lithography process is performed to remain on the stepped via hole and the interlayer insulating layer 32 adjacent thereto, that is, to remain only in the fuse region. 34).
다음에 도 2e에 도시한 바와 같이 비정질실리콘(34)을 포함한 층간절연막(32)상에 제 2 금속층(35)을 스퍼터링하여 퓨즈를 완성한다.Next, as shown in FIG. 2E, the second metal layer 35 is sputtered on the interlayer insulating film 32 including the amorphous silicon 34 to complete the fuse.
이때 단면은 점선으로 나타난 계단형의 비아홀의 각 에지영역 즉, 일측에 2개씩 4개의 모서리로 분산되어 고전계 필드가 발생한다.At this time, the cross section is distributed to four edges of each edge region of the stepped via hole represented by a dotted line, that is, two on one side, and a high field is generated.
상기와 같은 본 발명 안티 퓨즈 및 그의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.The present invention anti-fuse as described above and its manufacturing method has the following effects.
안티 퓨즈의 비정질실리콘을 계단형으로 형성하므로써 에지(edge)부분의 전계를 분산시킬 수 있으므로 퓨즈의 동작을 안정적으로 진행할 수 있다.By forming the amorphous silicon of the anti-fuse in a step shape, the electric field of the edge portion can be dispersed, so that the operation of the fuse can be performed stably.
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KR100728964B1 (en) * | 2005-12-08 | 2007-06-15 | 주식회사 하이닉스반도체 | Fuse of semiconductor device and method for forming the same |
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2000
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