WO2002067263A2 - Contact system comprising a dielectric antifuse for an ic-memory element and method for producing one such contact system - Google Patents

Contact system comprising a dielectric antifuse for an ic-memory element and method for producing one such contact system Download PDF

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WO2002067263A2
WO2002067263A2 PCT/EP2002/000145 EP0200145W WO02067263A2 WO 2002067263 A2 WO2002067263 A2 WO 2002067263A2 EP 0200145 W EP0200145 W EP 0200145W WO 02067263 A2 WO02067263 A2 WO 02067263A2
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fuse
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Dirk Toebben
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Infineon Technologies Ag
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    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C29/00Checking stores for correct operation ; Subsequent repair; Testing stores during standby or offline operation
    • G11C29/70Masking faults in memories by using spares or by reconfiguring

Definitions

  • the invention relates to a contact arrangement with a dielectric fuse for an IC memory element and a method for producing such a contact arrangement.
  • IC memory chips such as DRAMs usually include a larger number of redundant memory cells that can be activated in the event of a malfunction of individual standard memory cells.
  • the redundant memory cells or their peripheral circuitry have dielectric fuses which, if necessary, can be destroyed by applying current in order to establish a conductive connection between the adjacent metal layers.
  • FIGS. 3a-d show a method for producing a contact arrangement with a dielectric fuse, as is known from the production of a DRAM, in particular using silicon technology.
  • reference numeral 20 denotes an insulation layer, for example made of silicon dioxide, into which two metallization regions 21a, 21b made of tungsten are introduced.
  • the metallization regions 21a, 21b each serve as Bit line for reading out or writing in
  • the metallization regions 21a, 21b are produced in a method in which a trench etching first takes place in the insulation layer 20 and then tungsten is deposited over the entire surface. The surface is then planarized by a CMP (chemical mechanical polishing) process, which results in the separate metallization regions 21a, 21b.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • a dielectric fuse 22 consisting of several layers is applied to the resulting structure.
  • the fuse stack 22 preferably consists of an electrically insulating layer, for example of SiN, and an electrically conductive layer, for example of WSi x , the upper of the two layers being necessary so that a later contact etching process does not damage the lower dielectric layer ,
  • the fuse stack 22 which represents a fusible link, is arranged on the right-hand metallization region 21b, while the fuse stack has been removed on the left-hand side in order to establish a standard contact.
  • contact holes 25a, 25b are then formed above the first and second metallization regions 21a, 21b, respectively, and filled with tungsten to fill the contacts 2 ⁇ a, 26b.
  • the surface of the structure is in turn processed using CMP.
  • the fuse stack 22 is attacked by the etching of the contact hole 25b, so that the contact 26b projects slightly downward into the fuse stack 22.
  • this object is achieved by the contact arrangement having the features of patent claim 1 and by the method for producing a contact arrangement having the features of patent claim 11.
  • the idea on which the present invention is based essentially consists in arranging the dielectric fuse below, preferably immediately below, the bit line in order to protect it from a subsequent contact etching process.
  • the contact arrangement according to the invention with a dielectric fuse essentially comprises a metallization region arranged on a substrate, an insulation layer serving as a dielectric fuse, which is provided on the metallization region, and a further metallization layer. which serves as the bit line of an IC memory chip, the dielectric fuse layer being provided below, preferably directly below, the bit line.
  • the bit line is preferably produced using RIE technology (reactive iron etchmg).
  • RIE reactive iron etchmg
  • a layer is applied over a large area and then structured as desired using lithography and etching processes. This has the advantage that the distance between adjacent bit lines can already be chosen larger in lithography than in a manufacture using damascene technology, as a result of which the bit line shunt capacitance is ultimately reduced.
  • the metallization region preferably comprises an electrode of a transistor, such as the gate contact of a MOS transistor, and a contact (bottom contact) for contacting the transistor electrode.
  • dielectric fuse layer is arranged between a bottom contact and the bit line.
  • the dielectric fuse consists of a nitride layer, in particular a silicon nitride layer S 3 N 4 .
  • the bit line consists of several layers, in particular three layers.
  • the bit line comprises a middle layer made of aluminum and an upper and a lower layer preferably made of Ti and / or TiN.
  • the dielectric fuse lies above an insulation layer located in the substrate, in particular an STI (shallow trench insulation) layer.
  • STI shallow trench insulation
  • the manufacturing method according to the invention includes the application of a bit line, preferably using RIE technology, to the insulation layer.
  • the bit line preferably consists of several layers, in particular a middle conductive layer and outer cladding layers, e.g. made of Ti and / or TiN.
  • the bit line is preferably sputtered onto the fuse layer.
  • Fig. La lb equivalent circuit diagrams of a memory cell and a peripheral transistor of a DRAM
  • FIG. 2 shows an example of a contact arrangement with a dielectric fuse designed according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 a shows an equivalent circuit diagram of a memory cell in a DRAM, with a field effect transistor 11 for controlling the reading out or writing of information from or into a capacitance 12.
  • the gate contact 13 of the transistor 11 is controlled via a so-called word line 14.
  • the information stored in the capacitance 12 is read out via the contacts 15, 16 of the transistor 11 via a so-called bit line 17.
  • a peripheral transistor 19 shown in FIG. 1b comprises a gate contact 18 which is connected to the bit line 5 via a conductor 3 leading to the gate contact 2.
  • the drain and source contact 30, 31 of the peripheral transistor 19 are as CD contacts (Contact to
  • a possible location for the arrangement of the dielectric fuse is between the conductor 3 and the bit line 5.
  • the fuse layer could also be arranged in a memory cell of the memory element.
  • FIG. 2 The topography of a corresponding contact arrangement according to an embodiment of the invention is shown in FIG. 2.
  • the contact arrangement shown in FIG. 2 comprises a metallization region which is arranged on a substrate 1 and forms the gate contact 2 of the peripheral transistor 19.
  • the gate contact 2 usually consists of a large number of individual layers, such as, for example, polysilicon, tungsten silicide and silicon nitride.
  • a wedge-shaped contact 3 (bottom contact) for contacting the gate contact 2 is provided above the gate contact 2.
  • the contacts 2 and 3 are surrounded by an insulation layer 17, such as Si0 2 or BPSG (boron phosphorus silicate glass), which is applied to the substrate 1.
  • the surface of the insulation layer contact structure is preferably planed by means of CMP, so that the bottom contact 3 is flush with the insulation layer 17.
  • dielectric fuse layer 4 is applied to this planarized surface. This layer is then structured, as explained with reference to FIG. 3.
  • a bit line 5 consisting of a plurality of layers 6, 7, 8 is arranged directly on the dielectric fuse 4.
  • the bit line 5 has two outer, an upper 6 and a lower layer 7, for example made of T1 / T1N 4 , and a middle layer, preferably made of aluminum.
  • this layer can be chosen to be very thin, which in particular reduces the bit line shunt capacitance.
  • the lower edge of the bit line path is further away from the upper edge of the gate contact stack 2 than in the case of a bit line produced using m Damascene technology. With a bit line made in Damascene technology, this distance is always smaller than with the bit line 5 made with RIE technology, since the limiting factor for the layer thickness of the insulation layer 17 arranged above the gate contact stack 2 is the etching process for the contact hole of the bottom -Contact 3 and other contacts to the substrate.
  • the bit line 5 is sputtered onto the dielectric fuse 4. Since this is a relatively cold process, there is no damage to the dielectric fuse 4.
  • the topography that is created by the fuse layer is not disruptive.
  • the fuse layer 4 is structured in such a way that it overlaps the bottom contact 3 below it sufficiently to adequately protect the bottom contact 3 during a metal etching process.
  • bit line 5 which is used for global wiring of the memory chip and e.g. is formed from tungsten or copper.
  • the bit line 5 is in turn structured in such a way that it overlaps the top contact 9 lying above it sufficiently far to the side so that the contact hole etching process for the top contact 9 does not damage the fuse layer.
  • HDP oxide high density plasma
  • the surface is preferably planarized using CMP.
  • the electrical fuse layers 4 are preferably arranged only over STI regions 10 in the substrate 1 in order to prevent the substrate 1 from being adversely affected by subsequent process steps in the production, in particular, of the dielectric fuse 4 and the bit line 5, and by the fuse blow process itself avoid.

Abstract

The invention relates to a contact system comprising a dielectric antifuse (4) for an IC-memory component, and a method for producing one such contact system. Said contact system comprises a metallisation region (2, 3) which is arranged on a substrate (1) and is surrounded by an isolation layer (17). An isolation layer (4) used as a dielectric antifuse is arranged on said metallisation region (2, 3). A metallisation layer is then applied to the dielectric antifuse, said metallisation layer being used as a bit line (5) of the IC-memory component and being preferably produced according to RIE technology. As the dielectric antifuse (4) is arranged directly below the bit line (5), it is protected from damage which may occur during later steps in the process, especially when applying a top contact (9) to the bit line (5).

Description

Beschreibungdescription
Kontaktanordnung mit einer dielektrischen Fuse für ein IC- Speicherelement und Verfahren zur Herstellung einer solchen KontaktanordnungContact arrangement with a dielectric fuse for an IC memory element and method for producing such a contact arrangement
Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung mit einer dielektrischen Fuse für ein IC-Speicherelement und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Kontaktanordnung.The invention relates to a contact arrangement with a dielectric fuse for an IC memory element and a method for producing such a contact arrangement.
IC-Speicherbausteine, wie zum Beispiel DRAMs, umfassen üblicherweise eine größere Anzahl an redundanten Speicherzellen, die im Falle einer Fehlfunktion einzelner Standard-Speicherzellen aktiviert werden können. Zu diesem Zweck weisen die redundanten Speicherzellen oder deren Peripheriebeschaltung dielektrische Fuses auf, welche bei Bedarf durch Anlegen von Strom zerstört werden können, um eine leitende Verbindung zwischen den angrenzenden Metallschichten herzustellen.IC memory chips, such as DRAMs, usually include a larger number of redundant memory cells that can be activated in the event of a malfunction of individual standard memory cells. For this purpose, the redundant memory cells or their peripheral circuitry have dielectric fuses which, if necessary, can be destroyed by applying current in order to establish a conductive connection between the adjacent metal layers.
Aufgrund der Funktion der dielektrischen Fuse, bei Anlegen von Uberstrom eine elektrische Verbindung zu schaffen, anstelle die elektrische Verbindung zu unterbrechen, wie dies bei üblichen Fuses der Fall ist, handelt es sich funktionsmaßig eigentlich um eine „Anti-Fuse" . In der folgenden Beschreibung wird zur Beschreibung eines solchen Elements jedoch der Begriff „Fuse" benutzt.Due to the function of the dielectric fuse to create an electrical connection when an overcurrent is applied instead of interrupting the electrical connection, as is the case with conventional fuses, it is actually an "anti-fuse" in terms of function. In the following description however, the term "fuse" is used to describe such an element.
Aus den Figuren 3a-d ist ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktanordnung mit einer dielektrischen Fuse ersichtlich, wie es aus der Herstellung eines DRAMs, insbesondere in Silizium-Technologie, bekannt ist.FIGS. 3a-d show a method for producing a contact arrangement with a dielectric fuse, as is known from the production of a DRAM, in particular using silicon technology.
In Figur 3a bezeichnet das Bezugszeichen 20 eine Isolationsschicht, zum Beispiel aus Siliziumdioxid, in die zwei Metallisierungsbereiche 21a, 21b aus Wolfram eingebracht sind. Die Metallisierungsbereiche 21a, 21b dienen jeweils als Bitleitung zum Auslesen bzw. Einschreiben vonIn FIG. 3a, reference numeral 20 denotes an insulation layer, for example made of silicon dioxide, into which two metallization regions 21a, 21b made of tungsten are introduced. The metallization regions 21a, 21b each serve as Bit line for reading out or writing in
Speicherinformationen aus einer Speicherzelle des DRAMs.Memory information from a memory cell of the DRAM.
Die Metallisierungsbereiche 21a, 21b werden in einem Verfahren hergestellt, bei dem zunächst eine Grabenätzung in der Isolationsschicht 20 erfolgt und dann ganzflächig Wolfram abgeschieden wird. Danach wird die Oberfläche durch ein CMP- Verfahren (chemisch-mechanisches Polieren) planarisiert , wodurch die getrennten Metallisierungsbereiche 21a, 21b entstehen.The metallization regions 21a, 21b are produced in a method in which a trench etching first takes place in the insulation layer 20 and then tungsten is deposited over the entire surface. The surface is then planarized by a CMP (chemical mechanical polishing) process, which results in the separate metallization regions 21a, 21b.
Wie in Figur 3b gezeigt, wird in einem anschließendem Prozessschritt eine aus mehreren Schichten bestehende dielektrischen Fuse 22 auf die resultierende Struktur aufgebracht. Der Fuse-Stapel 22 besteht dabei vorzugsweise aus einer elektrisch isolierenden Schicht, z.B. aus SiN, und einer elektrisch leitfähigen Schicht, z.B. aus WSix, wobei die obere der beiden Schichten notwendig ist, damit ein späterer Kontakt-Atzvorgang die untere dielektrische Schicht nicht beschädigt.As shown in FIG. 3b, in a subsequent process step, a dielectric fuse 22 consisting of several layers is applied to the resulting structure. The fuse stack 22 preferably consists of an electrically insulating layer, for example of SiN, and an electrically conductive layer, for example of WSi x , the upper of the two layers being necessary so that a later contact etching process does not damage the lower dielectric layer ,
Durch Aufbringen von Fotolack 23 und anschließendem Wegätzen von nicht vom Fotolack 23 bedeckten Bereichen wird schließlich eine Struktur erhalten, wie sie in Figur 3c gezeigt ist. Im Schaltkreis einer redundanten Speicherzelle ist dabei auf dem rechten Metallisierungsbereich 21b der Fuse Stapel 22 angeordnet, der eine fusable Link darstellt, während auf der linken Seite, zur Herstellung eines Standardkontakts, der Fuse Stapel entfernt wurde.By applying photoresist 23 and then etching away areas not covered by photoresist 23, a structure is finally obtained as shown in FIG. 3c. In the circuit of a redundant memory cell, the fuse stack 22, which represents a fusible link, is arranged on the right-hand metallization region 21b, while the fuse stack has been removed on the left-hand side in order to establish a standard contact.
Auf die resultierende Struktur wird anschließend eine Oxidschicht 24, z.B. mittels CVD, aufgebracht.An oxide layer 24, e.g. applied by means of CVD.
Wie in Figur 3d gezeigt ist, werden dann Kontaktlöcher 25a, 25b oberhalb des ersten bzw. zweiten Metallisierungsbereichs 21a, 21b gebildet und mit Wolfram gefüllt, um die Kontakte 2βa, 26b zu schaffen. Die Oberfläche der Struktur wird wiederum mittels CMP bearbeitet.As shown in FIG. 3d, contact holes 25a, 25b are then formed above the first and second metallization regions 21a, 21b, respectively, and filled with tungsten to fill the contacts 2βa, 26b. The surface of the structure is in turn processed using CMP.
Wie aus Figur 3d klar erkennbar ist, wird der Fuse Stapel 22 durch das Ätzen des Kontaktlochs 25b angegriffen, so dass der Kontakt 26b leicht nach unten in den Fuse Stapel 22 hineinragt. Zur Vermeidung einer zu großen Beschädigung des Fuse Stapels 22 mit der Folge einer unerwünschten Kontaktierung der angrenzenden Metallschichten 21b und 26b ist es zum einen erforderlich, eine relativ dicke Schutzschicht auf die dielektrische Schicht aufzutragen. Zum anderen ist es aufgrund der geringen Abmessungen des Fuse Stapels 22 auch weiterhin möglich, daß eine unabsichtliche Durchkontaktierung auftritt.As can be clearly seen from FIG. 3d, the fuse stack 22 is attacked by the etching of the contact hole 25b, so that the contact 26b projects slightly downward into the fuse stack 22. In order to avoid excessive damage to the fuse stack 22 with the consequence of undesired contacting of the adjacent metal layers 21b and 26b, it is necessary, on the one hand, to apply a relatively thick protective layer to the dielectric layer. On the other hand, due to the small dimensions of the fuse stack 22, it is still possible for an unintentional through-connection to occur.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kontaktanordnung mit einer dielektrischen Fuse bzw. ein entsprechendes Herstellungsverfahren zu schaffen, bei dem eine Schädigung der dielektrischen Fuse durch nachfolgende Prozessschritte weitestgehend ausgeschlossen ist.It is therefore the object of the present invention to create a contact arrangement with a dielectric fuse or a corresponding production method in which damage to the dielectric fuse by subsequent process steps is largely ruled out.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Kontaktanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch das Verfahren zur Herstellung einer Kontaktanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the contact arrangement having the features of patent claim 1 and by the method for producing a contact arrangement having the features of patent claim 11.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht im wesentlichen darin, die dielektrischen Fuse unterhalb, vorzugsweise unmittelbar unterhalb, der Bitleitung anzuordnen um sie damit vor einem nachfolgenden Kontakt-Ätzvorgang zu schützen.The idea on which the present invention is based essentially consists in arranging the dielectric fuse below, preferably immediately below, the bit line in order to protect it from a subsequent contact etching process.
Die erfindungsgemäße Kontaktanordnung mit dielektrischer Fuse umfasst im wesentlichen einen auf einem Substrat angeordneten Metallisierungsbereich, eine als dielektrischen Fuse dienende Isolationsschicht, die auf dem Metallisierungsbereich vorgesehen ist, sowie eine weitere Metallisierungsschicht, die als Bitleitung eines IC-Speicherbausteins dient, wobei die dielektrische Fuse-Schicht unterhalb, vorzugsweise direkt unterhalb, der Bitleitung vorgesehen ist.The contact arrangement according to the invention with a dielectric fuse essentially comprises a metallization region arranged on a substrate, an insulation layer serving as a dielectric fuse, which is provided on the metallization region, and a further metallization layer. which serves as the bit line of an IC memory chip, the dielectric fuse layer being provided below, preferably directly below, the bit line.
Die Bitleitung ist vorzugsweise in RIE-Technik (Reactive iron etchmg) hergestellt. Bei der RIE-Technik wird eine Schicht grossflachig aufgetragen und anschließend durch Lithographie- und Atzvorgange wie gewünscht strukturiert. Dies hat den Vorteil, dass der Abstand zwischen benachbarten Bitleitungen schon in der Lithographie großer gewählt werden kann als bei einer Herstellung in Damascene-Technologie, wodurch letztendlich die Bitleitungs-Nebenschlusskapazitat reduziert wird.The bit line is preferably produced using RIE technology (reactive iron etchmg). With the RIE technique, a layer is applied over a large area and then structured as desired using lithography and etching processes. This has the advantage that the distance between adjacent bit lines can already be chosen larger in lithography than in a manufacture using damascene technology, as a result of which the bit line shunt capacitance is ultimately reduced.
Der Metallisierungsbereich umfasst vorzugsweise eine Elektrode eines Transistors, wie zum Beispiel den Gate- Kontakt eines MOS-Transistors, sowie einen Kontakt (Bottom- Kontakt) zum Kontaktieren der Transistorelektrode.The metallization region preferably comprises an electrode of a transistor, such as the gate contact of a MOS transistor, and a contact (bottom contact) for contacting the transistor electrode.
In einem Ausfuhrungsbeispiel ist dielektrische Fuse-Schicht zwischen einem Bottom-Kontakt und der Bitleitung angeordnet.In one exemplary embodiment, dielectric fuse layer is arranged between a bottom contact and the bit line.
Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform besteht die dielektrische Fuse aus einer Nitridschicht, insbesondere aus einer Siliziumnitridschicht Sι3N4.According to a preferred embodiment, the dielectric fuse consists of a nitride layer, in particular a silicon nitride layer S 3 N 4 .
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung besteht die Bitleitung aus mehreren Schichten, insbesondere aus drei Schichten. In diesem Fall unfasst die Bitleitung eine mittlere Schicht aus Aluminium und eine obere sowie eine untere Schicht aus vorzugsweise Ti und/oder TiN.According to a further preferred development, the bit line consists of several layers, in particular three layers. In this case, the bit line comprises a middle layer made of aluminum and an upper and a lower layer preferably made of Ti and / or TiN.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung liegt die dielektrische Fuse oberhalb einer im Substrat befindlichen Isolationsschicht, insbesondere einer STI (Shallow Trench Insulation) -Schicht . Dies hat den Vorteil, dass das Substrat durch nachfolgende Prozessschritte nicht geschadigt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer solchen Kontaktanordnung mit dielektrischer Fuse umfasst u. a. das Bereitstellen eines Schaltungssubstrats, das Vorsehen eines Metallisierungsbereichs auf dem Schaltungssubstrat sowie das Anordnen einer als dielektrischen Fuse dienendenAccording to a further preferred development, the dielectric fuse lies above an insulation layer located in the substrate, in particular an STI (shallow trench insulation) layer. This has the advantage that the substrate is not damaged by subsequent process steps. The method according to the invention for producing such a contact arrangement with a dielectric fuse includes, among other things, the provision of a circuit substrate, the provision of a metallization region on the circuit substrate and the arrangement of one serving as a dielectric fuse
Isolationsschicht über dem Metallisierungsbereich. Ferner beinhaltet das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren das Aufbringen einer Bitleitung, vorzugsweise in RIE-Technologie, auf der Isolationsschicht.Insulation layer over the metallization area. Furthermore, the manufacturing method according to the invention includes the application of a bit line, preferably using RIE technology, to the insulation layer.
Die Bitleitung besteht vorzugsweise aus mehreren Schichten, insbesondere aus einer mittleren leitenden Schicht sowie äußeren Mantelschichten, z.B. aus Ti und/oder TiN.The bit line preferably consists of several layers, in particular a middle conductive layer and outer cladding layers, e.g. made of Ti and / or TiN.
Die Bitleitung wird dabei vorzugsweise auf die Fuse-Schicht aufgesputtert .The bit line is preferably sputtered onto the fuse layer.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. la, lb Ersatzschaltbilder einer Speicherzelle und eines Peripherietransistors eines DRAMs;Fig. La, lb equivalent circuit diagrams of a memory cell and a peripheral transistor of a DRAM;
Fig. 2 ein Beispiel einer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gestalteten Kontaktanordnung mit einer dielektrischen Fuse; und2 shows an example of a contact arrangement with a dielectric fuse designed according to an embodiment of the invention; and
Fig. 3a-d schematische Darstellungen verschiedener3a-d are schematic representations of various
Prozessschritte eines bekannten Herstellungsverfahrens für eine Kontaktanordnung mit dielektrischen Fuse.Process steps of a known manufacturing method for a contact arrangement with dielectric fuse.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile. Figur la zeigt ein Ersatzschaltbild einer Speicherzelle in einem DRAM, mit einem Feldeffekttransistor 11 zum Steuern des Auslesens bzw. Schreibens von Informationen aus bzw. in eine Kapazität 12. Der Gate-Kontakt 13 des Transistors 11 wird über eine sogenannte Wortleitung 14 angesteuert.In the figures, identical reference symbols designate identical or functionally identical components. FIG. 1 a shows an equivalent circuit diagram of a memory cell in a DRAM, with a field effect transistor 11 for controlling the reading out or writing of information from or into a capacitance 12. The gate contact 13 of the transistor 11 is controlled via a so-called word line 14.
Die in der Kapazität 12 gespeicherte Information wird über die Kontakte 15, 16 des Transistors 11 über eine sogenannte Bitleitung 17 ausgelesen.The information stored in the capacitance 12 is read out via the contacts 15, 16 of the transistor 11 via a so-called bit line 17.
Ein in Figur lb dargestellter Peripherietransistor 19 umfasst einen Gate-Kontakt 18, der über einen zum Gate-Kontakt 2 fuhrenden Leiter 3 mit der Bitleitung 5 verbunden ist.A peripheral transistor 19 shown in FIG. 1b comprises a gate contact 18 which is connected to the bit line 5 via a conductor 3 leading to the gate contact 2.
Der Drain- und Source-Kontakt 30, 31 des Peripherietransistors 19 sind als CD-Kontakte (Contact toThe drain and source contact 30, 31 of the peripheral transistor 19 are as CD contacts (Contact to
Diffusion) ausgeführt und sind jeweils an einer metallischen Leiterbahn 32 angeschlossen.Diffusion) and are each connected to a metallic conductor track 32.
Ein möglicher Ort für die Anordnung der dielektrischen Fuse liegt zwischen dem Leiter 3 und der Bitleitung 5. Die Fuse- Schicht konnte aber auch in einer Speicherzelle des Speicherelements angeordnet sein.A possible location for the arrangement of the dielectric fuse is between the conductor 3 and the bit line 5. However, the fuse layer could also be arranged in a memory cell of the memory element.
Die Topographie einer entsprechenden Kontaktanordnung gemäß eine Ausfuhrungsform der Erfindung ist in Figur 2 gezeigt.The topography of a corresponding contact arrangement according to an embodiment of the invention is shown in FIG. 2.
Die in Figur 2 gezeigte Kontaktanordnung umfasst einen auf einem Substrat 1 angeordneten Metallisierungsbereich, der den Gate-Kontakt 2 des Peripherietransistors 19 bildet. Der Gate- Kontakt 2 besteht üblicherweise aus einer Vielzahl einzelner Schichten, wie zum Beispiel Polysilizium, Wolframsilizid und Siliziumnitπd.The contact arrangement shown in FIG. 2 comprises a metallization region which is arranged on a substrate 1 and forms the gate contact 2 of the peripheral transistor 19. The gate contact 2 usually consists of a large number of individual layers, such as, for example, polysilicon, tungsten silicide and silicon nitride.
Über dem Gate-Kontakt 2 ist ein keilförmiger Kontakt 3 (Bottom-Kontakt) zum Kontaktieren des Gate-Kontakts 2 vorgesehen. Die Kontakte 2 und 3 sind dabei von einer Isolationsschicht 17, wie zum Beispiel Sι02 oder BPSG (Bor Phosphors Silicat Glas) umgeben, die auf dem Substrat 1 aufgebracht ist.A wedge-shaped contact 3 (bottom contact) for contacting the gate contact 2 is provided above the gate contact 2. The contacts 2 and 3 are surrounded by an insulation layer 17, such as Si0 2 or BPSG (boron phosphorus silicate glass), which is applied to the substrate 1.
Die Oberflache der Isolationsschicht-Kontakt-Struktur wird vorzugsweise mittels CMP planaπsiert , so dass der Bottom- Kontakt 3 bundig mit der Isolationsschicht 17 abschließt.The surface of the insulation layer contact structure is preferably planed by means of CMP, so that the bottom contact 3 is flush with the insulation layer 17.
Auf diese planarisierte Oberflache wird schließlich die dielektrische Fuse-Schicht 4 aufgebracht. Diese Schicht wird anschließend, wie bezüglich Figur 3 erläutert, strukturiert.Finally, the dielectric fuse layer 4 is applied to this planarized surface. This layer is then structured, as explained with reference to FIG. 3.
Unmittelbar auf der dielektrischen Fuse 4 ist eine aus mehreren Schichten 6, 7, 8 bestehende Bitleitung 5 angeordnet. Die Bitleitung 5 weist zwei äußere, eine obere 6 und eine untere Schicht 7, z.B. aus T1/T1N4, und eine mittlere Schicht, vorzugsweise aus Aluminium, auf.A bit line 5 consisting of a plurality of layers 6, 7, 8 is arranged directly on the dielectric fuse 4. The bit line 5 has two outer, an upper 6 and a lower layer 7, for example made of T1 / T1N 4 , and a middle layer, preferably made of aluminum.
Da Aluminium erheblich besser leitet als zum Beispiel Wolfram, kann diese Schicht sehr dünn gewählt werden, wodurch sich insbesondere die Bitleitungs-Nebenschlusskapazitat verringert. Hinzu kommt, dass die Unterkante der Bitleitungsbahn weiter von der Oberkante des Gate- Kontaktstapels 2 entfernt ist als bei einer m Damascene- Technik hergestellten Bitleitung. Bei einer in Damascene- Technik hergestellten Bitleitung ist dieser Abstand immer kleiner als bei der in RIE-Technik hergestellten Bitleitung 5, da der limitierende Faktor für die Schichtdicke der über dem Gate-Kontakt-Stapel 2 angeordneten Isolationsschicht 17 der Atzvorgang für das Kontaktloch des Bottom-Kontakts 3 und weiterer Kontakte zum Substrat ist.Since aluminum conducts much better than, for example, tungsten, this layer can be chosen to be very thin, which in particular reduces the bit line shunt capacitance. In addition, the lower edge of the bit line path is further away from the upper edge of the gate contact stack 2 than in the case of a bit line produced using m Damascene technology. With a bit line made in Damascene technology, this distance is always smaller than with the bit line 5 made with RIE technology, since the limiting factor for the layer thickness of the insulation layer 17 arranged above the gate contact stack 2 is the etching process for the contact hole of the bottom -Contact 3 and other contacts to the substrate.
Bei diesem Ausfuhrungsbeispiel wird die Bitleitung 5 auf die dielektrischen Fuse 4 aufgesputtert . Da dies ein relativ kalter Prozess ist, tritt keine Schädigung der dielektrischen Fuse 4 auf. Bei der Strukturierung der Bitleitung 5 ist die Topographie, die durch die Fuse-Schicht entstanden ist, nicht störend. Die Fuse-Schicht 4 ist so strukturiert, dass sie den darunter liegenden Bottom-Kontakt 3 ausreichend weit überlappt, um letzteren bei einem Metall-Ätzprozess der Bitleitung 5 ausreichend zu schützen.In this exemplary embodiment, the bit line 5 is sputtered onto the dielectric fuse 4. Since this is a relatively cold process, there is no damage to the dielectric fuse 4. When structuring the bit line 5, the topography that is created by the fuse layer is not disruptive. The fuse layer 4 is structured in such a way that it overlaps the bottom contact 3 below it sufficiently to adequately protect the bottom contact 3 during a metal etching process.
Auf die Bitleitung 5 wird schließlich ein Kontakt 9 (Top Kontakt) aufgebracht, der zur Globalen Verdrahtung des Speicherchips dient und z.B. aus Wolfram oder Kupfer gebildet ist .Finally, a contact 9 (top contact) is applied to the bit line 5, which is used for global wiring of the memory chip and e.g. is formed from tungsten or copper.
Die Bitleitung 5 ist wiederum derart strukturiert, dass sie den darüber liegenden Top Kontakt 9 seitlich ausreichend weit überlappt, so dass der Kontaktloch-Ätzvorgang für den Topkontakt 9 die Fuse-Schicht nicht schädigt.The bit line 5 is in turn structured in such a way that it overlaps the top contact 9 lying above it sufficiently far to the side so that the contact hole etching process for the top contact 9 does not damage the fuse layer.
Vor der Herstellung des Top Kontakts 9 wird vorzugsweise HDP- Oxid (High Density Plasma) aufgebracht. Die Oberfläche wird vorzugsweise per CMP planarisiert .Before the top contact 9 is produced, HDP oxide (high density plasma) is preferably applied. The surface is preferably planarized using CMP.
Die elektrischen Fuse-Schichten 4 werden vorzugsweise nur über STI-Bereichen 10 im Substrat 1 angeordnet, um negative Beeinflussungen des Substrats 1 durch nachfolgende Prozessschritte bei der Herstellung insbesondere der dielektrischen Fuse 4 und der Bitleitung 5 sowie durch den Fuse-blow-Prozess selbst zu vermeiden.The electrical fuse layers 4 are preferably arranged only over STI regions 10 in the substrate 1 in order to prevent the substrate 1 from being adversely affected by subsequent process steps in the production, in particular, of the dielectric fuse 4 and the bit line 5, and by the fuse blow process itself avoid.
Die Prozess-Komplexität dieser Varianten übersteigt zwar die des jetzigen Standard-Prozesses, bei dem die Bitleitung 5 zusammen mit dem Bottom Kontakt 3 in Dual-Damascene-Technik hergestellt wird, hat aber wesentliche Vorteile, insbesondere bezüglich der Bitleitungs-Nebenkapazität und hinsichtlich der Zuverlässigkeit der dielektrischen Fuse. BezugszeichenlisteAlthough the process complexity of these variants exceeds that of the current standard process, in which the bit line 5 is produced together with the bottom contact 3 using dual damascene technology, it has significant advantages, in particular with regard to the bit line auxiliary capacitance and with regard to reliability the dielectric fuse. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1. Substrat1. Substrate
2. Metallisierungsbereich2. Metallization area
3. Bottom-Kontakt3. Bottom contact
4. Fuse4. Fuse
5. Bitleitung5th bit line
6. obere Schicht6. upper layer
7. untere Schicht7. lower layer
8. mittlere Schicht8. middle layer
9. Topkontakt9. Top contact
10. Isolationsbereich10. Isolation area
11. Transistor11. Transistor
12. Kondensator12. Capacitor
13. Gate13. Gate
14. Wortleitung14. Word line
15. Gate-Kontakt15. Gate contact
16. Source-Kontakt16. Source contact
17. Isolationsschicht17. Insulation layer
20. IsolationsSchicht20. Insulation layer
21a ,b Bitleitung21a, b bit line
22. Fuse Stapel22. Fuse stack
23. Fotolack23. Photoresist
24. Isolationsschicht24. Insulation layer
25a , b Kontaktloch25a, b contact hole
26a , b Kontakt26a, b contact
30. Kontakt30. Contact
31. Kontakt31. Contact
32. Leiter 32. Head

Claims

Patentansprüche claims
1. Kontaktanordnung mit einer dielektrischen Fuse für ein IC- Speicherelement, umfassend:1. A contact arrangement with a dielectric fuse for an IC memory element, comprising:
einen auf einem Substrat (1) angeordneten ersten Metallisierungsbereich (2,3);a first metallization region (2, 3) arranged on a substrate (1);
eine als dielektrische Fuse dienende Isolationsschicht (4) oberhalb des Metallisierungsbereichs (2,3); undan insulation layer (4) serving as a dielectric fuse above the metallization region (2, 3); and
einen weiteren Metallisierungsbereich (5), der oberhalb der Isolationsschicht (4) als Bitleitung (5) des IC- Speicherelements dient.a further metallization region (5), which serves as a bit line (5) of the IC memory element above the insulation layer (4).
2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass der auf dem Substrat (1) angeordnete2. Contact arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that arranged on the substrate (1)
Metallisierungsbereich (2,3) einen Transistorkontakt (2) und einen den Transistorkontakt kontaktierenden Kontakt (3) aufweist.Metallization region (2,3) has a transistor contact (2) and a contact (3) contacting the transistor contact.
3. Kontaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die dielektrische Fuse (4) zwischen dem Kontakt (3) zum Kontaktieren des Transistorkontakts (2) und der Bitleitung (5) angeordnet ist.3. Contact arrangement according to claim 1 or 2, so that the dielectric fuse (4) is arranged between the contact (3) for contacting the transistor contact (2) and the bit line (5).
4. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Transistorkontakt ein Gate-Kontakt (2) eines FET- Transistors ist.4. Contact arrangement according to claim 1, 2 or 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the transistor contact is a gate contact (2) of a FET transistor.
5. Kontaktanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die dielektrische Fuse (4) aus einem Material besteht, das durch Anlegen von Strom zerstört werden kann, so dass zwischen den angrenzenden Metallschichten eine leitende Verbindung eingerichtet werden kann.5. Contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the dielectric fuse (4) consists of a material that can be destroyed by applying current, so that a conductive connection can be established between the adjacent metal layers.
6. Kontaktanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die dielektrische Fuse (4) eine Nitridschicht aufweist.6. Contact arrangement according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the dielectric fuse (4) has a nitride layer.
7. Kontaktanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Bitleitung (5) aus mehreren Schichten (6, 7, 8) besteht.7. Contact arrangement according to one of the preceding claims, such that the bit line (5) consists of several layers (6, 7, 8).
8. Kontaktanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Bitleitung (5) eine Schicht (8) aus Aluminium aufweist.8. Contact arrangement according to one of the preceding claims, that the bit line (5) has a layer (8) made of aluminum.
9. Kontaktanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Bitleitung (5) eine obere (6) und eine untere (7) Schicht aus Ti und/oder TiN aufweist.9. Contact arrangement according to one of the preceding claims, so that the bit line (5) has an upper (6) and a lower (7) layer made of Ti and / or TiN.
10. Kontaktanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die dielektrische Fuse (4) oberhalb einer im Substrat befindlichen Isolationsschicht (10) angeordnet ist.10. Contact arrangement according to one of the preceding claims, so that the dielectric fuse (4) is arranged above an insulation layer (10) located in the substrate.
11. Verfahren zur Herstellung einer Kontaktanordnung eines IC-Speicherelements mit einer dielektrischen Fuse, umfassend folgende Schritte:11. A method for producing a contact arrangement of an IC memory element with a dielectric fuse, comprising the following steps:
Bereitstellen eines Substrats (1);Providing a substrate (1);
Bilden eines ersten Metallisierungsbereichs (2) auf dem Substrat (1) ; Bilden eines Kontakts (3) zum Kontaktieren des Metallisierungsbereichs (2);Forming a first metallization region (2) on the substrate (1); Forming a contact (3) for contacting the metallization region (2);
Aufbringen einer als dielektrische Fuse dienenden Isolationsschicht (4);Applying an insulation layer (4) serving as a dielectric fuse;
Strukturieren der Isolationsschicht (4)Structuring the insulation layer (4)
Aufbringen eines weiteren Metallisierungsbereichs, der als Bitleitung (5) des IC-Speicherelements dient, wobei die Isolationsschicht (4) unterhalb der Bitleitung (5) angeordnet ist; undApplication of a further metallization area, which serves as a bit line (5) of the IC memory element, the insulation layer (4) being arranged below the bit line (5); and
Strukturieren der Bitleitung (5) .Structuring the bit line (5).
12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Bitleitung (5) aus mehreren Schichten (6, 7, 8) besteht und eine mittlere Schicht (8) aus Aluminium aufweist.12. The method according to claim 11, so that the bit line (5) consists of several layers (6, 7, 8) and has a middle layer (8) made of aluminum.
13. Kontaktanordnung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die einzelnen Schichten (6, 7, 8) der Bitleitung (5) auf die dielektrische Fuse (4) aufgesputtert werden.13. Contact arrangement according to claim 11, so that the individual layers (6, 7, 8) of the bit line (5) are sputtered onto the dielectric fuse (4).
14. Kontaktanordnung nach Anspruch 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass auf die oberste Schicht (6) der Bitleitung (5) ein14. Contact arrangement according to claim 11 or 12, that also applies to the uppermost layer (6) of the bit line (5)
Kontakt (9) zum Kontaktieren der Bitleitung (5) aufgebracht wird.Contact (9) for contacting the bit line (5) is applied.
15. Kontaktanordnung nach einem der vorhergehenden15. Contact arrangement according to one of the preceding
Verfahrensansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Bitleitung (5) in RIE-Technologie hergestellt wird. Process claims, that the bit line (5) is manufactured in RIE technology.
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