JP2004228146A - Semiconductor device and electrode forming method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】アンチヒューズ素子の書き込み電圧を許容範囲内に保ちながら、書き込み前におけるアルミスパイクの発生を抑制し、初期歩留りの安定化を図る。
【解決手段】接合部への流動性金属の侵入によってプログラム可能な第1の素子を構成する第1の半導体領域を有する半導体基板上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜の一部を選択的に除去し、その底部に前記第1の半導体領域を露出する第1のコンタクトホールを開口し、第1のプラズマを照射した後、酸化性の雰囲気にさらして形成した酸化物層を含む第1の反応抑制層を除去せずに、前記第1のコンタクトホール内に前記流動性金属を主成分とする膜を堆積し、前記第1の反応抑制層を介して前記第1の半導体領域に接続される前記流動性金属からなる第1の電極を形成することにより前記課題を解決する。
【選択図】図1An object of the present invention is to suppress the occurrence of aluminum spikes before writing while stabilizing the initial yield while keeping the writing voltage of an anti-fuse element within an allowable range.
An insulating film is formed on a semiconductor substrate having a first semiconductor region constituting a first element which can be programmed by invasion of a fluid metal into a junction, and a part of the insulating film is selectively formed. A first contact hole exposing the first semiconductor region is opened at the bottom thereof, and the first contact hole including the oxide layer formed by irradiating first plasma and then exposing to an oxidizing atmosphere is formed. Without removing the reaction suppression layer, a film containing the fluid metal as a main component is deposited in the first contact hole, and connected to the first semiconductor region via the first reaction suppression layer. The problem is solved by forming a first electrode made of the fluid metal to be formed.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその電極形成方法に係り、特に、電気的にプログラム可能な、いわゆるアンチヒューズを有する半導体装置及びその電極形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子機器においては、その部品点数を減らすために、組み立て後に特性を調整することができるLSI等の半導体装置が要求されている。この要求に応える手段として、LSI内に集積したアンチヒューズ等のプログラム可能な素子によりLSIの調整を可能にする技術が知られている。アンチヒューズとは、一般に初期状態においては、電気的に非導通状態を呈し、電気的方法を用いて非導通状態から導通状態へ非可逆的に遷移させることが可能なスイッチ素子である。
【0003】
図5は、このようなアンチヒューズの一種のMOSトランジスタ型アンチヒューズの例を示す平面図である。
半導体基板100の表面には、素子分離領域102によって取り囲まれたアクティブ領域110が形成されている。このアクティブ領域上には、図示しないゲート絶縁膜を介して、図の上下方向に延在するゲート電極130が設けられ、アクティブ領域表面の、このゲート電極130に覆われた部分はチャンネル領域140となる。一方、図の左右の、チャンネル領域140の両側には、高濃度に不純物が添加され、ソース領域112、ドレイン領域114を構成する拡散領域が形成される。このアクティブ領域110およびゲート電極130全体を覆う、図示しない層間絶縁膜が形成され、この層間絶縁膜に、ソース領域112およびドレイン領域114に達するコンタクトホール120、122が形成される。そして、このコンタクトホール120、122を介して、ソース領域112およびドレイン領域114に接続する、例えばアルミニウムを主成分とする、図示しないソース電極およびドレイン電極が形成される。同様に、ゲート電極に対しても、図示しない電極が形成される。
【0004】
このMOSトランジスタ型アンチヒューズ素子は、ゲート電極をソース電極に接続した状態で、ドレイン−ソースとの間の抵抗を測定すると、初期状態ではGΩレベルの抵抗値を示し、非導通状態である。しかし、ゲートに適切な電圧を印加した状態で、ドレイン−ソース間に高電圧を印加すると、負側の電極から、アルミニウムがアクティブ領域中に侵入し、チャンネル領域を貫通して、ドレイン−ソース間を短絡する導電性フィラメントが形成される。この結果、ドレイン−ソース間の抵抗は100Ω以下となり、導通状態になる。このように、アンチヒューズにデータを書き込み、プログラムを行うことが可能である。
【0005】
従来このような、プログラム可能な半導体装置の製造方法が多数提案されている(例えば、特許文献1〜3等参照)。
特許文献1には、通常の素子のコンタクトホールにはタングステンプラグを形成するとともに、プログラム可能な素子のコンタクトホールにはアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなるアノード電極を形成するようにする方法が開示されている。
また、特許文献2には、MOSFETのドレイン領域とソース領域との間に、電界効果トランジスタのドレイン−ソース間ブレークダウン電圧以上の電圧値を有するプログラミング電圧を印加して、電極材料(チタン・シリサイド)による導電性フィラメントを形成する方法が開示されている。
【0006】
また、特許文献3には、通常の素子に対するコンタクトホールに関して、露出したシリコン基板表面に、CVD法によってごく薄い絶縁膜を形成することにより、アルミニウムの拡散による配線層と半導体基板との短絡や、自然酸化膜による接触抵抗の増加を防止するようにしたものが開示されている。
【0007】
【特許文献1】
特開2000−340750号公報
【特許文献2】
特許第3204454号公報
【特許文献3】
特開昭61−285762号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
このようなアンチヒューズには、従来は電極材料として1wt%(重量%)程度のSiを含有したAlSiが用いられていた。この材料には、半導体装置製造過程で、電極形成後に行われる熱工程の温度(最高400℃程度)における、Al中に溶解することが可能な最大量である固溶度を超える量のSiが添加されている。このため、ソース領域およびドレイン領域を構成する、半導体基板表面の拡散領域に接続された界面において、拡散領域からSiを吸い上げることがない。従って、Siの吸い上げによって発生した空孔に電極からAlが侵入することによって発生するAlスパイクが発生しない。この材料は、LSIのデザインルールが1.0μm以上の場合の配線材料として用いられていた。
一方、デザインルールが0.8μm以下の場合には、メタル配線の信頼性確保(エレクトロマイグレーション耐性等)のためにCuを例えば0.5wt%含有したアルミ合金(AlCu)を使用する必要があった。
【0009】
しかしながら、アルミ合金(AlCu)を用いると、AlCuがシリコン基板に直接接触した場合には、アルミニウムとシリコンとの固溶度の関係から、書き込み前の段階でアルミニウムがコンタクト面からシリコン基板の深さ方向へ侵入するアルミスパイクが発生し易い。このため、アンチヒューズの(書き込み前)初期歩留りが低下してしまうという問題があった。
なお、ここでいう初期歩留りとは、破壊前のドレイン−ソース間抵抗値が1GΩ以上、かつドレイン−ソース間耐圧Bvds が6V以上のものを良品として、測定数に対する良品数の百分率で定義したものである。
【0010】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであり、書き込み電圧を許容範囲内に保ちながら、ヒューズ書き込み前におけるアルミスパイクの発生を抑制し、初期歩留りの安定化を図ることのできる半導体装置及びその電極形成方法を提供することを課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第1の態様は、接合部への流動性金属の侵入によってプログラム可能な第1の素子に接続する電極を形成する半導体装置の電極形成方法であって、前記第1の素子を構成する第1の半導体領域を有する半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の一部を選択的に除去し、その底部に前記第1の半導体領域を露出する第1のコンタクトホールを開口するとともに、該露出した第1の半導体領域の表面に第1のプラズマを照射した後、酸化性の雰囲気にさらすことによって酸化物層を含む第1の反応抑制層を形成する工程と、前記第1の反応抑制層を除去することなく、前記第1のコンタクトホール内に前記流動性金属を主成分とする膜を堆積し、前記第1の反応抑制層を介して前記第1の半導体領域に接続される前記流動性金属を主成分とする膜からなる第1の電極を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の電極形成方法を提供する。
【0012】
また、同様に前記課題を解決するために、本発明の第2の態様は、接合部への流動性金属の侵入によってプログラム可能な第1の素子と、それ以外の第2の素子とのそれぞれに接続する電極を形成する半導体装置の電極形成方法であって、前記第1の素子を構成する第1の半導体領域と、前記第2の素子を構成する第2の半導体領域とを有する半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の第1の領域を選択的に除去し、その底部に前記第1の半導体領域を露出する第1のコンタクトホールを開口するとともに、該露出した第1の半導体領域の表面に第1のプラズマを照射した後、酸化性の雰囲気にさらすことによって酸化物層を含む第1の反応抑制層を形成する工程と、前記第1の反応抑制層を除去することなく、前記第1のコンタクトホール内に前記流動性金属を主成分とする膜を堆積し、前記第1の反応抑制層を介して前記第1の半導体領域に接続される前記流動性金属を主成分とする膜からなる第1の電極を形成する工程と、前記絶縁膜の第2の領域を選択的に除去し、その底部に前記第2の半導体領域を露出する第2のコンタクトホールを開口するとともに、該露出した第2の半導体領域の表面に第2のプラズマを照射した後、酸化性の雰囲気にさらすことによって酸化物層を含む第2の反応抑制層を形成する工程と、少なくとも、前記第2の反応抑制層の前記酸化物層を除去し、続いて前記第2のコンタクトホール内に高融点金属からなるプラグを形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の電極形成方法を提供する。
【0013】
また、前記第2のコンタクトホール内へのプラグの形成を、前記第1のコンタクトホールの開口よりも前に実施し、前記第1及び第2のコンタクトホールが開口された前記絶縁膜の表面全体に前記流動性金属を主成分とする膜の堆積を行い、前記第1の電極の形成と同時に、前記第2の半導体領域に対して前記プラグを介して接続される第2の電極を形成することが好ましい。
【0014】
また、前記第1のプラズマの照射を、前記第1のコンタクトホール開口のためのプラズマエッチングのオーバーエッチング時に行うことが好ましい。
【0015】
また、前記半導体装置の電極形成方法においては、前記流動性金属を主成分とする膜が、実質的にシリコンを含まないアルミニウムまたはアルミニウム合金膜であることが好ましい。
【0016】
また、同様に前記課題を解決するために、本発明の第3の態様は、接合部への流動性金属の侵入によってプログラム可能な第1の素子と、それ以外の第2の素子が、同一の半導体基板上に形成された半導体装置であって、前記半導体基板上に形成され、その底部に前記第1の素子を構成する第1の半導体領域を露出する第1のコンタクトホールと、その底部に前記第2の素子を構成する第2の半導体領域を露出する第2のコンタクトホールとを有する絶縁膜と、前記第1のコンタクトホール内に形成された流動性金属を主成分とする膜からなる第1の電極と、前記第2のコンタクトホール内に埋め込まれた高融点金属からなるプラグと、を有し、前記第1のコンタクホールの底部に露出した第1の半導体領域の表面には、少なくとも酸化物層を含む反応抑制層が形成され、前記第1の電極が前記反応抑制層を介して前記第1の半導体領域に非オーミック接続されており、前記第2のコンタクトホールの底部に露出した第2の半導体領域の表面には、反応抑制層が実質的に存在せず、前記プラグが前記第2の半導体領域にオーミック接続されていることを特徴とする半導体装置を提供する。
【0017】
また、同様に前記課題を解決するために、本発明の第4の態様は、接合部への流動性金属の侵入によってプログラム可能な第1の素子と、それ以外の第2の素子を含む、複数の他の素子が同一の半導体基板上に形成された半導体装置であって、前記半導体基板上に形成され、その底部に前記第1の素子を構成する第1の半導体領域を露出する第1のコンタクトホールと、その底部に前記第2の素子を構成する第2の半導体領域を露出する第2のコンタクトホールとを有する絶縁膜と、前記第1のコンタクトホール内から前記絶縁膜上にかけて形成された流動性金属を主成分とする膜からなる第1の電極と、前記第2のコンタクトホール内に埋め込まれた高融点金属からなるプラグと、前記第1の電極上に層間絶縁膜を介して形成された上層配線とを有し、前記第1のコンタクトホールの底部に露出した第1の半導体領域の表面には、少なくとも酸化物層を含む反応抑制層が形成され、前記第1の電極が前記反応抑制層を介して前記第1の半導体領域に接続されており、前記第2のコンタクトホールの底部に露出した第2の半導体領域の表面には反応抑制層が実質的に存在せず、前記プラグが前記第2の半導体領域に直接接続されており、前記第1の電極は、前記第1のコンタクトホールの近傍で、シリコンの拡散を防止する拡散防止膜を介して前記上層配線に接続されるとともに、前記他の素子のいずれに対しても、前記拡散防止膜及び上層配線を介してのみ接続されていることを特徴とする半導体装置を提供する。
【0018】
また、同様に前記課題を解決するために、本発明の第5の態様は、半導体基板内に形成された接合部への流動性金属の侵入によってプログラム可能な第1の素子と、それ以外の第2の素子が、前記半導体基板上に形成された半導体装置であって、前記半導体基板上に形成され、その底部に前記第1の素子を構成する第1の半導体領域を露出する第1のコンタクトホールと、その底部に前記第2の素子を構成する第2の半導体領域を露出する第2のコンタクトホールと、その底部に前記半導体基板表面の素子分離領域上に形成された多結晶シリコン膜を露出する第3のコンタクトホールとを有する絶縁膜と、前記第1のコンタクトホール内から前記第3のコンタクトホール内にかけて形成された、流動性金属を主成分とする膜からなる第1の電極と、前記第2のコンタクトホール内に埋め込まれた高融点金属からなるプラグと、を有し、前記第1のコンタクトホールの底部に露出した前記第1の半導体領域の表面には、少なくとも酸化物層を含む反応抑制層が形成され、前記第1の電極が前記反応抑制層を介して前記第1の半導体領域に接続されており、前記第2のコンタクトホールの底部に露出した前記第2の半導体領域の表面には反応抑制層が実質的に存在せず、前記プラグが前記第2の半導体領域に直接接続されていることを特徴とする半導体装置を提供する。
【0019】
また、前記半導体装置は、前記流動性金属を主成分とする膜が、実質的にシリコンを含まないアルミニウムまたはアルミニウム合金膜であることが好ましい。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体装置及びその電極形成方法について、添付の図面に示される好適実施形態を基に詳細に説明する。
【0021】
図1は、本発明の半導体装置の電極形成方法による半導体装置の製造過程を段階的に示したものである。
ここでは、デザインルール0.5μm以下での積層メタルプロセスにアンチヒューズを付加した場合について説明する。アンチヒューズ以外の通常コンタクト部形成までの過程については、従来のプロセスと同様である。
【0022】
図1(a)では、シリコン基板10上の表面に素子分離用フィールド酸化膜が形成された分離領域19によって互いに分離された複数のアクティブ領域が形成されている。図の左側の部分はNウエル11a内に、右側の部分はPウエル11b内に形成されているものとする。そして、Nウエル11aの表面のアクティブ領域にはP+ 拡散領域12aが、Pウエル11bの表面のアクティブ領域にはN+ 拡散領域12bが形成される。ここで、Pウエル11b内のN+ 拡散領域12bは、アンチヒューズ素子(プログラム可能な素子)を構成する半導体領域を代表させたものである。具体的には、例えば、MOSトランジスタ型のアンチヒューズ素子であれば、ソース領域もしくはドレイン領域に対応する。一方、Nウエル11a内のP+ 拡散領域12aは、通常の(プログラム可能な素子ではない)素子を構成する半導体領域を代表させたものである。例えば、通常のMOSトランジスタのソース、ドレイン領域であり、実際には、P+ 型のものとともにN+ 型の拡散領域が形成される。そして、これらの上に層間絶縁膜16を形成する。その後、例えばCMP(Chemical Mechanical Polish) 法等により層間絶縁膜16の表面を平坦化し、その上にコンタクトホール形成用のフォトレジストパターン21を形成する。
【0023】
次に図1(b)は、このフォトレジストパターン21をマスクとして用いて、プラズマエッチング(第2のプラズマ)によりシリコン酸化膜16に、コンタクトホール(第2のコンタクトホール)20を形成した状態を示す。このプラズマエッチングは、例えば平行平板型RIE(Reactive Ion Etching)装置を用い、CHF3 やC4 F8 等の、フッ化炭素系のガスを利用して行われる。このエッチングは、異方性を有する条件で行われる。このコンタクトホール20は、流動性金属(例えばアルミニウムAl)を主成分とする膜を堆積しない普通の(プログラム可能な素子に対応するものではない)トランジスタ用のコンタクトホールである。すなわち、このコンタクトホール20内には、後で高融点金属(タングステンW)からなるプラグが形成される。
【0024】
また、このとき、プラズマエッチングによりコンタクトホール20を開口することにより露出した半導体基板10表面のP+ 拡散領域12a(第2の半導体領域)の表面20aには、オーバーエッチング時にプラズマの照射を受けることによって、例えば厚さ3〜5nmのSiC層(炭素含有層)からなるダメージ層が形成される。そして、さらに酸化性の雰囲気にさらされることによる例えば厚さ約3nmの自然酸化膜からなる酸化物層が形成され、これらにより反応抑制層(酸化物層を含む第2の反応抑制層)22が形成される。
この酸化性雰囲気にさらすことは、通常は、コンタクトホール開口のためのプラズマエッチングの後に、大気中に取り出した時になされる。またさらに、次に説明するようなレジスト除去のために酸素プラズマ処理や洗浄を行う際にもなされる。
【0025】
次に図1(c)に示すように、例えば、CF4 /O2 系のガスを用いてプラズマによりライトエッチングを行い、コンタクトホール20の底部に存在するダメージ層22を除去する。このようにダメージ層22を除去するのは、コンタクトのオーミック接触を確保するためである。次に、酸素プラズマを用いてレジストパターン21を除去し、さらに、硫酸、過酸化水素水混合溶液等を用いて、洗浄を行う。ライトエッチングの条件を適切に設定することによって、ダメージ層はエッチングされ、ほぼ完全に除去される。一方、酸化物層は、CF4 ガスから生成されたCF系イオンの作用によってエッチングされるが、同時に、O2 ガスから生成された酸素ラジカルによって再び酸化される。さらに、ライトエッチング後に大気中に取り出した時や、レジストパターン除去の時にも酸化されるために、ライトエッチング後にも酸化物層は残留する。従って、さらに例えばバッファードフッ酸(BHF)等を用いて残留した酸化物層を除去し、コンタクトホール20底部に露出したP+ 拡散領域12aの表面に、実質的に反応抑制層が存在しない状態を得る。
次に図1(d)に示すように、まず、例えばチタンナイトライド(TiN)系のバリアメタル膜24をスパッタリングにより形成し、その後、高融点金属であるタングステン膜26をCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成する。
【0026】
次に図1(e)に示すように、CMP法により、シリコン酸化膜16上に堆積されたタングステン膜26及びバリアメタル膜24を除去する。
これによって、第2のコンタクトホール20に埋め込まれた、高融点金属であるタングステン膜26とバリアメタル膜(拡散防止膜)24からなるプラグ25が形成される。
【0027】
次に、ヒューズ用コンタクトホール(第1のコンタクトホール)を開口する。このコンタクトホールは、Al等の流動性金属を主成分とする膜を堆積し、プログラム可能な第1の素子の半導体領域に接続する電極を形成するためのものである。
図1(f)に示すように、露出した層間絶縁膜16上に、ヒューズ用コンタクトホール開口のためのフォトレジストパターン28を形成する。
【0028】
図1(g)に示すように、フォトレジストパターン28をマスクとして用いて、ヒューズ用コンタクトホール30を開口する。
この開口部(コンタクトホール30)には、流動性金属であるAlを主成分とするAlCu膜を直接堆積するため、図示は省略するが、等方性エッチングによりラウンド形状のエッチングを行い、続いてRIE法による異方性エッチングにより仕上げる。ここで、等方性エッチングの手段としては、ラジカルエッチングまたはウエットエッチングのどちらでもよい。
異方性エッチングに使用するエッチング装置およびエッチング条件は、第2のコンタクトホール20開口のための装置および条件と同一のものを利用することができる。この異方性エッチングの後、大気中に取り出した段階で、コンタクトホール30の底部に露出した、プログラム可能な素子を構成する第1の半導体領域であるN+ 拡散領域12bの表面には、第2のコンタクトホール20の場合と同様に、ダメージ層および酸化物層からなる反応抑制層(第1の反応抑制層)32が形成される。さらに、この後に行われる酸素プラズマ処理や洗浄の際にも追加的な酸化物層形成が行われる。
【0029】
続いて、第2のコンタクトホール20を形成する場合と同様に、酸素プラズマによるレジストパターン28除去を行う。ただし、この場合には、ダメージ層除去のためのライトエッチングは行わない。また、レジストパターン28除去後の洗浄も、第2のコンタクトホール20に埋め込まれたタングステン膜からなるプラグ25を浸食することがないように、例えばアミン系の有機溶剤を使用して行う。従って、第1のコンタクトホール30底部の反応抑制層32は除去されずに残留する。
【0030】
次に図1(h)に示すように、流動性金属であるAlに0.5wt%程度Cuを含有させたAlCu膜34をスパッタリング法によって堆積する。続いて、図示しないレジストパターンを形成し、これをマスクとしてエッチングを行うことによってAlCu膜をパターニングし、第1の半導体領域12bに接続される第1の電極34bおよび、第2の半導体領域12aにタングステン膜26およびバリアメタル膜24から構成されるプラグ25を介して接続される第2の電極34aが形成される。
前述したように、(第2の)コンタクトホール20の場合には、コンタクトのオーミック接触を確保するために、コンタクトホール20底部の反応抑制層22を除去してからプラグ25を形成したが、この(第1の)コンタクトホール30の場合には、この反応抑制層32を残したまま、AlCu膜からなる電極34bを形成した。従って、電極34bは、この反応抑制層32を介して、プログラム可能な素子を構成する半導体領域であるN+ 拡散領域12bに接続される。
【0031】
すなわち、本実施形態は、従来はオーミック接触を確保するために除去されていた、コンタクト開口時に形成される反応抑制層を積極的に利用するものである。
後述するように、反応抑制層32を介して半導体領域に接続させることにより、Siを含まないAlCu合金膜を利用して電極34bを形成した場合であっても、製造工程でのAlスパイク発生が抑制され、プログラム可能な素子の初期歩留りを向上させることが可能である。
この後、図示は省略するが、配線34a,34bが形成された半導体基板上の全面に第2の層間絶縁膜を形成し、この第2の層間絶縁膜に層間接続孔を開口し、第2層の配線を形成する。さらに必要な場合には第3層以降の層間絶縁膜、層間接続孔および配線を形成し、最後に表面保護膜を形成し、パッド孔を開口して、半導体装置の製造工程を終える。
【0032】
本実施形態の電極形成方法による製造工程は、基本的に以上のような流れで行われる。なお、説明を省略した部分については、通常行われている従来の方法と同様である。
以上述べたように、第2のコンタクトホール20側においては、反応抑制層22を除去したため、オーミック接触であるのに対して、第1のコンタクトホール30側においては、反応抑制層32を残したため、非オーミック接触となっている。
【0033】
なお、第2のコンタクトホール20側の反応抑制層22は、必ずしも完全に除去されていなくとも、少なくとも酸化物層を除去するための処理が行われ、第1のコンタクトホール30側に存在する反応抑制層32に比較して薄くなってオーミック接触が得られる、実質的に除去されていると見なせるような状態であってもよい。実際には、第2のコンタクトホールにおいて完全なオーミック特性を得ることは、コンタクトホールの寸法が微細になった場合には、必ずしも容易ではない。しかし、わずかな非オーミック性があったとしても、使用する素子(トランジスタ)の動作に対して許容できる範囲内であれば、実効的にオーミックであると考えることができる。一方、第1のコンタクトホールは、ヒューズ素子に、例えば10Vを超える高電圧を印加して書き込みを行うために使用されるため、オーミック性を必要としない。従って、反応抑制層の除去を全く行わず、明確な非オーミック特性を持つ状態になって問題ない。なお、書き込み時に、後述のように導電性フィラメントが形成されることによって非オーミック性が解消されるため、書き込み後の導通状態検出も問題なく行うことができる。
また、第1のコンタクトホール30側の反応抑制層32は、コンタクトホール開口のためのプラズマエッチングのオーバーエッチング時にプラズマ照射を受けた表面を大気や酸素プラズマ等にさらすことによって形成された反応抑制層では、反応抑制効果が高過ぎ、プログラム電圧(書き込み電圧)が高くなりすぎる場合には、ライトエッチングを行い、このライトエッチングのプラズマ照射を受けた表面の大気暴露及び洗浄によって適切な反応抑制層を形成するようにしてもよい。
ライトエッチングによってダメージ層を完全に除去した場合には、実質的に、プラズマ照射の後に酸化性雰囲気にさらすことによって形成された酸化物層のみによる反応抑制層が形成される。ライトエッチングの量を調整することにより、薄いダメージ層が残った状態を得ることも可能である。
【0034】
このようにして形成されたNチャンネルMOSトランジスタ型アンチヒューズ素子の平面図を図2に示す。この図では、同一の半導体基板上に形成される通常の素子については図示を省略する。
図2に示すように、図示しないPウエル内のアクティブ領域10上にゲート電極13が形成され、ゲート電極13を挟んで、左右にそれぞれソース領域及びドレイン領域となるN+ 拡散領域15、17が形成され、その中にそれぞれコンタクトホール18及び20が形成されている。
そして、このコンタクトホール18,20を介して、例えばAlCu膜からなるソース電極14およびドレイン電極16が接続されている。
【0035】
このソース、ドレイン電極14、16間に、所定の書き込み電圧を印加することにより、ソース領域とドレイン領域との間が短絡する。例えば、ソース電極14側が負となる電圧を印加した場合、逆方向にバイアスされるドレイン側N+ 拡散領域17とP型チャンネル領域との間のPN接合部に、逆方向耐圧を超える電圧が印加された段階で、PN接合の降伏が発生し、ドレイン電極16からソース電極に14に向けて電流が流れ始める。これによって発生する電子流からの力を受けて、ソース側の電極14から、電極に含まれる流動性金属、この場合にはアルミニウムが流動し、反応抑制層を貫通してコンタクトホール14の底部のN+ 拡散領域15内に侵入し、さらに、ゲート電極13の下のチャンネル領域を通って、ドレイン−チャンネル間のPN接合部まで到達する。これによって、ドレイン−チャンネル間のPN接合が恒久的に破壊され、データの書き込みが行われる。すなわち、プログラムが行われる。
実際にはさらに書き込み電圧印加を継続し、流動性金属を、ドレイン側コンタクトホール16底部から、反応抑制層を貫通してドレイン電極16にまで到達させる。これによって、ソース電極14とドレイン電極16との間を短絡する導電性のフィラメントが形成され、100Ω以下の低い抵抗を持つ状態を得る。
【0036】
図2において、アンチヒューズ素子の各部のサイズは、代表的には、ゲート幅W=6〜10μm、ゲート長L=1μm、コンタクトホール径S=1〜2μm、ゲート電極12の端部からコンタクトホール18(20)までの距離X=1〜2μm、さらに電極14(16)の面積は、18μm2 である。
【0037】
表1に、初期歩留り及び書き込み電圧の電極膜種依存性を示す。表1は、ヒューズ用トランジスタサイズが、W/L=3.4μm/1μm、Cx/Cy=1.4μm/1.4μm、電極面積6400μm2 の場合の例である。ここではAlスパイク発生の確率を高めるため、極端に大きな面積の電極を使用した。
【表1】
【0038】
表1において「Arエッチ無」と示したのは、コンタクトホール底部の反応抑制層を残したまま、1wt%のSiを含むAlSi膜、もしくは0.5wt%のCuを含むAlCu膜を堆積して電極を形成した場合である。「Arエッチ有」と示したのは、比較のために、Arイオンによるエッチングを行い、コンタクトホール底面の反応抑制層を除去してから電極を形成した場合である。この場合には、酸化物層およびダメージ層の両方を含んだ反応抑制層全体を除去することを意図して、SiO2 換算で5nm以上のエッチングを行った。
電極をAlSi膜で形成した場合には、Arエッチングを行った場合でも行わない場合でも、100%の初期歩留りが得られる。これは、AlSi膜中に、製造工程中の熱処理(最高400℃程度)における固溶度を超えるSiが含まれているため、反応抑制層が存在しない場合であってもAlスパイクが発生したためであると理解できる。一方、AlCu膜で電極を形成した場合には、Arエッチングを行うと初期歩留りが0%となる。これは、Arエッチングによって反応抑制層が除去された半導体領域の表面に、Siを含まないAlCu膜が直接接触するため、製造工程中に、Alスパイクが高い密度で発生したためであると理解できる。これに対して、Arエッチングを行わない場合には、96%と、100%に近い初期歩留りが得られ、反応抑制層の存在によってAlスパイク発生が効果的に抑制されたことがわかる。
【0039】
書き込みに必要な書き込み電圧は、Arエッチングを行ってAlSi膜からなる電極を形成した場合は平均11.5Vであるのに対して、Arエッチングを行わない場合には、電極材料によらず、平均16Vと高くなる。反応抑制層の存在によって流動性金属の半導体領域内への侵入が抑制されたためであると解釈される。しかし、書き込み電圧上昇の程度は、大きくなく、実用的に対応できる範囲である。
このように、反応抑制層を意識的に残留させることによって、AlCuのようなSiを含まないAl膜を使用して電極を形成した場合であっても、実用的な書込電圧の範囲内で、初期歩留りを大幅に高められることがわかった。なお、表1に示した例では処理歩留りは100%に達していないが、これは、電極面積が6400μm2と極めて大きいためであり、以下に述べるように、電極の面積やレイアウトの最適化によってさらに高い初期歩留りが得られることが分かった。
【0040】
表2に、Cx=Cy=1.4μmのコンタクトホールに対して、さまざまな面積のAlCu膜による電極を形成した場合の初期歩留りを示す。ここでは、電極面積の影響を明確にするため、1ないし2nmのArエッチングを行った場合の結果を示す。このエッチング量では、反応抑制層は、薄くなるが完全には除去されない。
【表2】
【0041】
表2から、電極面積が小さくなるほど初期歩留りが上昇し、18μm2 、すなわち、Cx=Cy=1.4μmのコンタクトホール面積に対して約9倍の電極面積の場合には、100%に達することがわかる。これは、コンタクトホールの寸法を一定に保った状態で電極面積が小さくすることによって、コンタクトホール底部において接触する半導体領域の面積に対する電極面積の比が小さくなり、半導体領域からのSi吸い上げ量が減少し、その結果、Alスパイクの発生が抑制されたものと理解できる。この結果から、アンチヒューズを構成する半導体領域に接続するコンタクトホールの面積に対する電極面積の比を所定の値以下、表2の例では約9倍以下に保てば、高い初期歩留りを得ることができると考えられる。
【0042】
しかし、実際の半導体集積回路において、アンチヒューズ素子に接続される電極の面積を所定値以下に保つことは容易ではない。アンチヒューズ素子のコンタクトホールに接続される電極は、通常、アンチヒューズ素子を半導体集積回路上の他の素子に接続する配線としても使用されるため、接続対象の素子の位置によって電極面積が変化してしまうからである。
電極面積を所定値以下に保つためには、電極14、16を、アンチヒューズ素子の半導体領域に接続するための電極としてのみ使用し、他の素子との接続のためには別の配線を利用することが有効である。このためには、具体的には図3(a)の平面図および図3(b)の断面図に示したように、第1の配線層に形成した、コンタクトホール18、20底部でソース、ドレイン領域15、17に接続する電極14、16上に、第2の層間絶縁膜40を形成し、この層間絶縁膜40の、コンタクトホール18、20の近傍に位置に、第1層の配線と第2層の配線とを接続する層間接続孔48、50を設け、この層間接続孔48、50を埋め込むプラグ45、47によって、第1層の配線14、16を第2層の配線54、56に接続し、他の素子との接続は、この第2層の配線54、56を介してのみ行う。すなわち、電極14、16は、コンタクトホール18、20と、プラグ45、47との間の接続のためにのみに使用し、他の素子への接続のためには使用しない。プラグ45、47を、プラグ25と同様に、バリアメタル膜(拡散防止膜)41、43およびタングステン膜42、44で形成することにより、コンタクトホール18、20の底部で接続されたソース、ドレイン領域15、17から吸い上げたSiの拡散がバリアメタル膜41、43によって遮断される。これによって、ソース、ドレイン領域15、17と反応してアルミスパイク発生の原因となるAlCu電極の面積を、第1配線層に形成された14、16の部分のみに限定することができる。この結果、アルミスパイク発生に影響を与える電極面積とコンタクトホール面積との比を、他の素子との接続のために使用する配線部分の長さが変化しても、確実に、所定値以下に維持することができる。
【0043】
より具体的には、図3に示したコンタクトホール18、20を有するアンチヒューズ素子と、このコンタクトホール18、20の面積に対して所定の面積を有する第1層の配線14、16と、コンタクトホール18、20の近傍に配置された、プラグ45、47とを、1つの単位(セル)として用意し、アンチヒューズ素子を利用する半導体装置を設計する際には、これを単位として利用する。これにより、設計する半導体装置の構成に依存せず、アンチヒューズ素子に接続する電極の面積とコンタクトホールの面積との比を一定値に維持することができる。コンタクトホール18、20のそれぞれと、対応するプラグ45、47との間の距離に特に限定はないが、使用する製造プロセスが許容する範囲で、必要以上に大きなマージンを設けずに、なるべくその間の距離を短くして、第1配線層の電極14、16の寸法を小さくすることが好ましい。
【0044】
層間接続孔48、50の寸法によっては、タングステン膜42、44を用いてプラグを形成することが不要な場合もある。この場合には、シリコンの拡散を防止するためのバリアメタル膜41、43のみを形成し、層間接続孔48、50内から第2の層間絶縁膜40上にかけて、例えばAlCu膜を堆積し、パターニングすることによって、第2層の配線54、56を形成してもよい。この場合でもバリアメタル膜(拡散防止膜)41、43によってソース、ドレイン領域15、17から吸い上げたシリコンが拡散する範囲が第1配線層の電極14、16の範囲に制限されるため、シリコンスパイクの発生が抑制される。
また、何らかの理由によってコンタクトホールの面積に対する電極の面積の比が大きくなる場合に、電極の面積を実質的に小さくしてアルミスパイクの発生を防止する方法として、素子分離領域上にダミーの多結晶シリコン膜を配置し、アンチヒューズ素子の半導体領域に接続される電極に接続する方法がある。AlCu等のSiを含まない膜で配線を形成した場合でも、接続したダミーの多結晶シリコン膜からシリコンが供給されるため、拡散領域12a、12bからのシリコンの吸い上げ量が抑制され、アルミスパイク発生が抑制される。
【0045】
この場合、図4(a)の平面図および図4(b)の断面図に示されたように、例えばゲート電極13形成と同時に、素子分離領域19上に多結晶シリコン膜51、52を形成し、アンチヒューズ素子用のコンタクトホール18、20の開口と同時に、これらの多結晶シリコン膜に接続するためのコンタクトホール58、60を開口する。そして、コンタクトホール18、20内へのAlCu膜堆積と同時に、コンタクトホール58、60内にもAlCu膜を堆積し、パターニングを行って、電極14、16を、アンチヒューズ素子用のコンタクトホール18、20のそれぞれから対応する多結晶シリコン膜用のコンタクトホール58、60にかけて配置され、その間を接続するように形成する。この場合、多結晶シリコン膜用のコンタクトホール58、60の底部にも、アンチヒューズ素子用のコンタクトホール18、20底部の反応抑制層32と同様の、反応抑制層62が残留する。
【0046】
この時、多結晶シリコン膜51、52を接続することによって実効的に電極面積を小さくする効果を有効に利用するためには、図4(a)の平面図に例示されたように、アンチヒューズに接続するコンタクトホール18、20の個数に比較して、多結晶シリコン膜に接続するコンタクトホール58、60の個数を多くすることが好ましい。具体的には、コンタクトホール18、20の寸法とコンタクトホール58、60の寸法とが同一である場合、個数の比を少なくとも3倍もしくはそれ以上に、もしくは、さらに好ましくは10倍程度もしくはそれ以上にする。コンタクトホール18、20の寸法とコンタクトホール58、60の寸法とが異なる場合には、コンタクトホールの合計面積の比が、上記のような値になるようにすればよい。
【0047】
アンチヒューズ素子用のコンタクトホール18、20のそれぞれと、対応する多結晶シリコン膜用のコンタクトホール58、60との間の距離に、特に限定はない。しかし、使用する製造プロセスが許容する範囲で、必要以上に大きなマージンを設けずに、なるべくその間の距離を短くすることにより、多結晶シリコン膜からのSi供給の効果を効果的に生かして、アンチヒューズ素子のコンタクトホール面積に対する電極面積を実効的に減少させることができる。
ダミーとして使用する多結晶シリコン膜は、1層目の多結晶シリコン層を利用して、ゲート電極と同時に形成してもいいし、第2層の多結晶シリコン層を利用して、容量素子の上部電極や高抵抗素子と同時に形成してもよい。
さらに、他の素子と分離された半導体(Si)基板表面領域をダミーとして使用することも可能である。例えば、ソースをGND電位に固定したNチャンネルMOS型トランジスタをアンチヒューズ素子として使用する場合、ソース領域は、Si基板表面のPウエル領域内に形成したP+ 拡散領域に接続し、このPウエルにGND電位を供給する。ドレイン領域には、Nウエル領域内に形成したN+ 拡散領域に接続する。書込時には、このNウエルにも書込のための高電圧を印加する。一方読出時には、このNウエルには電圧を印加せず、ドレインと同電位にする。
【0048】
以上詳細に説明したように、本実施形態によれば、コンタクト接続部において、AlCu配線とSi基板の間に反応抑制層を残すことにより、また、さらに、ヒューズ素子用の電極(寸法/レイアウト)を最適化することにより、書き込み電圧を許容範囲内に保ちながら、書き込み前のアルミスパイクの発生を抑制し、初期歩留りを安定化させることが可能となった。
【0049】
以上、本発明の半導体装置及びその電極形成方法について、詳細に説明したが、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのはもちろんである。
例えば、プログラム可能な素子としては、例示したNチャンネルMOSトランジスタ型アンチヒューズ素子だけではなく、PチャンネルMOSトランジスタ型や、PN接合ダイオード(ツェナーザップダイオード)型等、様々なものが使用できる。前述のように、NチャンネルMOSトランジスタ型の場合には、書き込み時に負となるソース電極の流動性金属が、ソース電極が接続される半導体領域であるソース拡散領域から、チャンネル領域を通過し、ドレイン−チャンネル間のPN接合部に侵入して、接合を破壊することによって書き込みが行われる。PN接合ダイオードにおいては、例えば逆方向電圧印加で書き込みを行う場合、カソード電極に対して負の電圧が印加されるアノード電極の流動性金属が、アノード電極が接続される半導体領域であるP+ 拡散領域から、このP+ 拡散領域と、それに隣接して設けられたN拡散領域との間、もしくは、P+ 拡散領域に隣接して設けられたP拡散領域と、さらにそれに隣接して設けられたN+ 拡散領域との間に形成されるPN接合部に侵入して、接合を破壊することによって書き込みが行われる。
【0050】
破壊される接合部は、例示したMOSトランジスタ型アンチヒューズ素子では、半導体基板内に形成される。すなわち、半導体基板自体の表面領域内に接合部が存在する。PN接合型でも、同様に、半導体基板内に接合部を設けることが可能である。しかし例えば、半導体基板上に、その表面に形成された素子分離用フィールド絶縁膜を介して、形成した多結晶シリコン膜内に、アンチヒューズ素子として使用するMOSトランジスタやPN接合ダイオードを形成することも可能である。ただし、プラズマ照射後に酸化性雰囲気にさらすことによって、安定した膜質の反応抑制層を形成し、書き込み電圧を許容範囲内に保ちながら初期歩留りを安定させるためには、少なくとも書き込み時に負側になる電極が接続される半導体領域は、半導体基板自体の表面領域に形成されることが好ましい。
【0051】
アンチヒューズ素子に接続する電極は、流動性金属がアルミニウムである場合に限っても、例示したAlCuの他にも、純Al、およびその他様々なAlを主成分とするAl合金膜を利用して形成することができる。ただし、反応抑制層によってアルミスパイクの発生を抑制して初期歩留りを安定させる効果は、反応抑制層が無い場合にはアルミスパイクが発生する可能性の高い、純AlまたはSiを含まないAl合金膜を利用した場合に顕著に発揮される。もしくは、Siを含むとしても、電極形成後の製造工程において行われる熱処理温度における固溶度に比較して含有量が小さく、反応抑制層が無い場合にはアルミスパイクが発生する可能性が高いという意味で、実質的にSiを含まないAl合金膜を利用する場合にも、反応抑制層の効果が顕著に発揮される。
アンチヒューズ素子の接合部に侵入させて書き込みを行う流動性金属としては、アルミニウムの他に、例えば特許文献2に記載されたように、チタン等のシリサイドを形成する金属や、金、銅、銀などが使用可能である。
【0052】
【発明の効果】
以上、説明した通り、本発明によれば、アンチヒューズ素子の書き込み電圧を許容範囲内に保ちながら、書き込み前におけるアルミスパイクの発生を抑制し、初期歩留りの安定化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(h)は、本発明の半導体装置の電極形成方法による半導体装置の製造過程を段階的に示す模式図である。
【図2】本実施形態に係る半導体装置の概略を示す平面図である。
【図3】(a)及び(b)は、それぞれ本発明の他の実施形態に係る半導体装置の概略を示す平面図及び断面図である。
【図4】(a)及び(b)は、それぞれ本発明のさらに他の実施形態に係る半導体装置の概略を示す平面図及び断面図である。
【図5】従来のMOSトランジスタ型アンチヒューズの一例の概略を示す平面図である。
【符号の説明】
10 シリコン基板
11a Nウエル
11b Pウエル
12a P+ 拡散
12b N+ 拡散
13 ゲート電極
14、16 電極
18、20、58、60 コンタクトホール
19 素子分離領域
16、40 層間絶縁膜
21、28 フォトレジストパターン
20 (第2の)コンタクトホール
20a (第2の)コンタクトホールの表面
22 (第2のコンタクトホール底部の)反応抑制層
24、41、43 バリアメタル膜
25、45、47 プラグ
26、42、44 タングステン膜
30 ヒューズ用コンタクトホール(第1のコンタクトホール)
30a (第1の)コンタクトホールの表面
32 (第1のコンタクトホール底部の)反応抑制層
34 AlCu膜
48、50 層間接続孔
51、52 多結晶シリコン膜
54、56 第2層の配線
62 反応抑制層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and an electrode forming method thereof, and more particularly to a semiconductor device having an electrically programmable so-called antifuse and an electrode forming method thereof.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, in order to reduce the number of components in electronic devices, semiconductor devices such as LSIs whose characteristics can be adjusted after assembly have been required. As a means for responding to this demand, there is known a technology that enables adjustment of an LSI by using a programmable element such as an antifuse integrated in the LSI. An antifuse is a switch element that generally exhibits an electrically non-conductive state in an initial state, and can be irreversibly changed from a non-conductive state to a conductive state using an electrical method.
[0003]
FIG. 5 is a plan view showing an example of such a MOS transistor type antifuse as a kind of antifuse.
On a surface of the
[0004]
When the resistance between the drain and the source is measured in a state where the gate electrode is connected to the source electrode, the MOS transistor type anti-fuse element shows a resistance value of GΩ level in an initial state and is in a non-conductive state. However, when a high voltage is applied between the drain and the source while an appropriate voltage is applied to the gate, aluminum invades the active region from the negative electrode, penetrates the channel region, and forms a gap between the drain and the source. A conductive filament that short-circuits is formed. As a result, the resistance between the drain and the source is reduced to 100Ω or less, and the device is brought into a conductive state. Thus, it is possible to write data into the antifuse and perform programming.
[0005]
Conventionally, many methods for manufacturing such a programmable semiconductor device have been proposed (for example, see Patent Documents 1 to 3).
Patent Document 1 discloses a method in which a tungsten plug is formed in a contact hole of a normal element and an anode electrode made of aluminum or an aluminum alloy is formed in a contact hole of a programmable element. .
Further, in Patent Document 2, a programming voltage having a voltage value equal to or higher than a drain-source breakdown voltage of a field-effect transistor is applied between a drain region and a source region of a MOSFET to form an electrode material (titanium silicide). The method of forming a conductive filament according to (1) is disclosed.
[0006]
Further, Patent Document 3 discloses that a very thin insulating film is formed on a surface of an exposed silicon substrate by a CVD method with respect to a contact hole for a normal element, whereby a short circuit between a wiring layer and a semiconductor substrate due to aluminum diffusion, A device that prevents an increase in contact resistance due to a natural oxide film is disclosed.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2000-340750 A
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3204454
[Patent Document 3]
JP-A-61-285762
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, AlSi containing about 1 wt% (wt%) of Si has been used as an electrode material for such an antifuse. In this material, an amount of Si exceeding a solid solubility that is the maximum amount that can be dissolved in Al at a temperature (maximum 400 ° C.) of a thermal process performed after electrode formation in a semiconductor device manufacturing process. Has been added. For this reason, at the interface connected to the diffusion region on the surface of the semiconductor substrate that constitutes the source region and the drain region, Si is not absorbed from the diffusion region. Therefore, there is no Al spike generated due to the intrusion of Al from the electrode into the hole generated by the absorption of Si. This material has been used as a wiring material when the design rule of the LSI is 1.0 μm or more.
On the other hand, when the design rule is 0.8 μm or less, it is necessary to use an aluminum alloy (AlCu) containing, for example, 0.5 wt% of Cu in order to secure the reliability of the metal wiring (electromigration resistance and the like). .
[0009]
However, when an aluminum alloy (AlCu) is used, when AlCu comes into direct contact with the silicon substrate, the aluminum is moved from the contact surface to the depth of the silicon substrate from the contact surface before writing due to the solid solubility of aluminum and silicon. Aluminum spikes penetrating in the direction are likely to occur. For this reason, there is a problem that the initial yield (before writing) of the antifuse is reduced.
Here, the initial yield means that the resistance value between the drain and source before destruction is 1 GΩ or more and the breakdown voltage between drain and source B vds Is defined as a non-defective product having a voltage of 6 V or more, as a percentage of the number of non-defective products with respect to the number of measurements.
[0010]
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and a semiconductor capable of suppressing the occurrence of aluminum spikes before writing a fuse and stabilizing an initial yield while maintaining a write voltage within an allowable range. An object is to provide an apparatus and a method for forming an electrode thereof.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, a first aspect of the present invention is a method for forming an electrode of a semiconductor device, the method comprising forming an electrode connected to a programmable first element by intrusion of a fluid metal into a joint. Forming an insulating film on a semiconductor substrate having a first semiconductor region constituting the first element, selectively removing a part of the insulating film, and forming the first semiconductor region on a bottom thereof. A first contact hole that exposes the first semiconductor region is exposed to a first plasma, and then exposed to an oxidizing atmosphere, thereby forming a first reaction including an oxide layer. Forming a film containing the fluid metal as a main component in the first contact hole without removing the first reaction suppressing layer; and forming the first reaction suppressing layer in the first contact hole without removing the first reaction suppressing layer. Through the first semiconductor Providing an electrode forming method of a semiconductor device, characterized in that it comprises a step of forming a first electrode made of a film composed mainly of the flowable metal which is connected to the band, the.
[0012]
Similarly, in order to solve the above-mentioned problem, a second aspect of the present invention relates to a first element which can be programmed by intrusion of a flowable metal into a joint and a second element which is programmable by the other elements. A method of forming an electrode of a semiconductor device for forming an electrode connected to a semiconductor device, comprising: a first semiconductor region forming the first element; and a second semiconductor region forming the second element. Forming an insulating film thereon, selectively removing a first region of the insulating film, opening a first contact hole exposing the first semiconductor region at the bottom thereof, and exposing the exposed first contact region. Forming a first reaction suppression layer including an oxide layer by irradiating the surface of the first semiconductor region with a first plasma and then exposing the first reaction suppression layer to an oxidizing atmosphere; Without removing the first component A film mainly composed of the fluid metal is deposited in the via hole, and the film composed mainly of the fluid metal is connected to the first semiconductor region via the first reaction suppression layer. Forming a first electrode, selectively removing a second region of the insulating film, opening a second contact hole exposing the second semiconductor region at the bottom thereof, and Irradiating the surface of the second semiconductor region with the second plasma and then exposing the surface to an oxidizing atmosphere to form a second reaction suppression layer including an oxide layer; and at least the second reaction suppression layer Removing the oxide layer, and subsequently forming a plug made of a high melting point metal in the second contact hole.
[0013]
Further, the formation of the plug in the second contact hole is performed before the opening of the first contact hole, and the entire surface of the insulating film in which the first and second contact holes are opened. Depositing a film containing the fluid metal as a main component, and simultaneously forming the first electrode, forming a second electrode connected to the second semiconductor region via the plug. Is preferred.
[0014]
Further, it is preferable that the irradiation of the first plasma be performed at the time of over-etching of the plasma etching for opening the first contact hole.
[0015]
In the method for forming an electrode of a semiconductor device, the film containing the fluid metal as a main component is preferably an aluminum or aluminum alloy film containing substantially no silicon.
[0016]
Similarly, in order to solve the above-described problem, a third aspect of the present invention provides a method in which a first element which is programmable by intrusion of a fluid metal into a joint and a second element other than the programmable element are the same. A first contact hole formed on the semiconductor substrate and exposing a first semiconductor region constituting the first element at a bottom thereof; and a bottom portion thereof. An insulating film having a second contact hole exposing a second semiconductor region constituting the second element; and a film containing a fluid metal as a main component formed in the first contact hole. And a plug made of a refractory metal embedded in the second contact hole. The surface of the first semiconductor region exposed at the bottom of the first contact hole is provided on the surface of the first semiconductor region. , At least the oxide layer A second semiconductor exposed at a bottom of the second contact hole, wherein the first electrode is non-ohmically connected to the first semiconductor region via the reaction suppression layer. There is provided a semiconductor device, wherein the reaction suppressing layer is not substantially present on the surface of the region, and the plug is ohmically connected to the second semiconductor region.
[0017]
Similarly, in order to solve the above problem, a fourth aspect of the present invention includes a first element which is programmable by intrusion of a flowable metal into a joint, and a second element other than the first element. A semiconductor device in which a plurality of other elements are formed on the same semiconductor substrate, the first device being formed on the semiconductor substrate and exposing a first semiconductor region forming the first element at a bottom thereof. Forming an insulating film having a contact hole, a second contact hole exposing a second semiconductor region forming the second element at a bottom thereof, and the inside of the first contact hole and over the insulating film. A first electrode made of a film containing a flowable metal as a main component, a plug made of a high melting point metal embedded in the second contact hole, and an interlayer insulating film on the first electrode. Upper layer arrangement formed A reaction suppression layer including at least an oxide layer is formed on the surface of the first semiconductor region exposed at the bottom of the first contact hole, and the first electrode forms the reaction suppression layer. And a reaction suppression layer is not substantially present on the surface of the second semiconductor region exposed at the bottom of the second contact hole, and the plug is connected to the first semiconductor region. The first electrode is connected directly to the upper wiring via a diffusion prevention film for preventing diffusion of silicon in the vicinity of the first contact hole. A semiconductor device is provided which is connected to any of the other elements only via the diffusion barrier film and the upper wiring.
[0018]
Similarly, in order to solve the above problem, a fifth aspect of the present invention provides a first element which can be programmed by invasion of a flowable metal into a junction formed in a semiconductor substrate, A second element formed on the semiconductor substrate, the second element being formed on the semiconductor substrate, and exposing a first semiconductor region constituting the first element at a bottom thereof; A contact hole, a second contact hole at the bottom exposing a second semiconductor region constituting the second element, and a polycrystalline silicon film formed at the bottom on the element isolation region on the surface of the semiconductor substrate An insulating film having a third contact hole exposing the first contact hole; and a first electrode formed from the inside of the first contact hole to the inside of the third contact hole, the film being composed mainly of a fluid metal. And a plug made of a refractory metal embedded in the second contact hole, wherein at least an oxide is formed on the surface of the first semiconductor region exposed at the bottom of the first contact hole. A first electrode connected to the first semiconductor region via the reaction suppression layer, and the second electrode exposed at the bottom of the second contact hole. There is provided a semiconductor device, wherein a reaction suppression layer is not substantially present on a surface of a semiconductor region, and the plug is directly connected to the second semiconductor region.
[0019]
In the semiconductor device, it is preferable that the film containing the fluid metal as a main component is an aluminum or aluminum alloy film containing substantially no silicon.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a semiconductor device and a method of forming an electrode thereof according to the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
[0021]
FIG. 1 shows a step-by-step process of manufacturing a semiconductor device according to the method for forming an electrode of a semiconductor device of the present invention.
Here, a case will be described in which an antifuse is added to a laminated metal process with a design rule of 0.5 μm or less. The process up to the formation of the normal contact portion other than the antifuse is the same as the conventional process.
[0022]
In FIG. 1A, a plurality of active regions are formed on a surface of a
[0023]
Next, FIG. 1B shows a state in which a contact hole (second contact hole) 20 is formed in the
[0024]
At this time, the P on the surface of the
The exposure to the oxidizing atmosphere is usually performed when the substrate is taken out into the air after the plasma etching for opening the contact hole. Further, it is also performed when performing oxygen plasma treatment or cleaning for removing the resist as described below.
[0025]
Next, as shown in FIG. 4 / O 2 Light etching is performed by plasma using a system gas to remove the damaged
Next, as shown in FIG. 1D, first, for example, a titanium nitride (TiN) -based
[0026]
Next, as shown in FIG. 1E, the
As a result, a
[0027]
Next, a fuse contact hole (first contact hole) is opened. This contact hole is for depositing a film mainly composed of a fluid metal such as Al and forming an electrode connected to the semiconductor region of the first programmable element.
As shown in FIG. 1F, a
[0028]
As shown in FIG. 1G, a
In this opening (contact hole 30), an AlCu film mainly composed of Al which is a flowable metal is directly deposited. Therefore, although not shown, round etching is performed by isotropic etching. Finish by anisotropic etching by RIE. Here, the isotropic etching means may be either radical etching or wet etching.
The same etching apparatus and conditions for anisotropic etching as those used for opening the
[0029]
Subsequently, as in the case of forming the
[0030]
Next, as shown in FIG. 1H, an
As described above, in the case of the (second)
[0031]
That is, the present embodiment positively utilizes the reaction suppression layer formed at the time of opening the contact, which has been conventionally removed to secure ohmic contact.
As described later, even when the
Thereafter, although not shown, a second interlayer insulating film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate on which the
[0032]
The manufacturing process according to the electrode forming method of the present embodiment is basically performed according to the above flow. In addition, about the part which abbreviate | omitted description, it is the same as that of the conventional method usually performed.
As described above, since the
[0033]
Note that the
The
When the damaged layer is completely removed by light etching, a reaction suppression layer is formed substantially only by the oxide layer formed by exposing the substrate to an oxidizing atmosphere after plasma irradiation. By adjusting the amount of light etching, a state in which a thin damaged layer remains can be obtained.
[0034]
FIG. 2 shows a plan view of the N-channel MOS transistor type anti-fuse element thus formed. In this figure, illustration of ordinary elements formed on the same semiconductor substrate is omitted.
As shown in FIG. 2, a
The
[0035]
By applying a predetermined write voltage between the source and drain
Actually, the application of the write voltage is further continued to allow the fluid metal to reach the
[0036]
In FIG. 2, the size of each part of the anti-fuse element is, typically, a gate width W = 6 to 10 μm, a gate length L = 1 μm, a contact hole diameter S = 1 to 2 μm, and a contact hole from an end of the gate electrode 12 to the contact hole. The distance X = 1 to 2 μm to 18 (20), and the area of the electrode 14 (16) is 18 μm 2 It is.
[0037]
Table 1 shows the dependence of the initial yield and the write voltage on the type of the electrode film. Table 1 shows that the fuse transistor size is W / L = 3.4 μm / 1 μm, Cx / Cy = 1.4 μm / 1.4 μm, and the electrode area is 6400 μm. 2 It is an example in the case of. Here, an electrode having an extremely large area was used to increase the probability of Al spike generation.
[Table 1]
[0038]
In Table 1, "No Ar etch" means that an AlSi film containing 1 wt% of Si or an AlCu film containing 0.5 wt% of Cu is deposited while leaving the reaction suppression layer at the bottom of the contact hole. This is the case where electrodes are formed. The case where “Ar etch” is indicated is a case where an electrode is formed after etching with Ar ions to remove the reaction suppression layer on the bottom surface of the contact hole for comparison. In this case, in order to remove the entire reaction suppression layer including both the oxide layer and the damaged layer, the SiO 2 is removed. 2 Etching of 5 nm or more was performed in conversion.
When the electrode is formed of an AlSi film, a 100% initial yield can be obtained regardless of whether or not Ar etching is performed. This is because the AlSi film contains Si exceeding the solid solubility in the heat treatment during the manufacturing process (up to about 400 ° C.), and Al spikes were generated even when the reaction suppression layer was not present. I understand that there is. On the other hand, when the electrode is formed of an AlCu film, the initial yield becomes 0% when Ar etching is performed. It can be understood that this is because Al spikes having a high density occurred during the manufacturing process because the AlCu film containing no Si was directly in contact with the surface of the semiconductor region from which the reaction suppression layer was removed by the Ar etching. On the other hand, when Ar etching was not performed, an initial yield of 96%, which was close to 100%, was obtained, and it can be seen that the occurrence of Al spikes was effectively suppressed by the presence of the reaction suppression layer.
[0039]
The writing voltage required for writing is 11.5 V on average when an electrode made of an AlSi film is formed by performing Ar etching, whereas the writing voltage required for writing is not dependent on the electrode material when Ar etching is not performed. It will be as high as 16V. This is interpreted to be because the presence of the reaction suppression layer suppressed the penetration of the fluid metal into the semiconductor region. However, the degree of increase in the write voltage is not large and is within a range that can be practically handled.
As described above, by intentionally leaving the reaction suppression layer, even when the electrode is formed using an Al film containing no Si such as AlCu, the electrode is formed within a practical write voltage range. It was found that the initial yield could be greatly increased. In the example shown in Table 1, the processing yield does not reach 100%, but this is because the electrode area is as large as 6400 μm 2. As described below, the electrode area and the layout are further optimized by optimizing the layout. It was found that a high initial yield could be obtained.
[0040]
Table 2 shows the initial yield in the case where electrodes made of AlCu films having various areas are formed for contact holes of Cx = Cy = 1.4 μm. Here, in order to clarify the influence of the electrode area, a result when Ar etching of 1 to 2 nm is performed is shown. With this etching amount, the reaction suppression layer becomes thin but is not completely removed.
[Table 2]
[0041]
From Table 2, it can be seen that the smaller the electrode area, the higher the initial yield, 2 That is, when the electrode area is about 9 times as large as the contact hole area of Cx = Cy = 1.4 μm, it reaches 100%. This is because the ratio of the electrode area to the area of the contacting semiconductor region at the bottom of the contact hole is reduced by reducing the electrode area while keeping the dimensions of the contact hole constant, and the amount of Si absorbed from the semiconductor region is reduced. However, as a result, it can be understood that the generation of Al spikes was suppressed. From these results, it is possible to obtain a high initial yield if the ratio of the electrode area to the area of the contact hole connected to the semiconductor region forming the antifuse is kept at a predetermined value or less, and in the example of Table 2, is about 9 times or less. It is considered possible.
[0042]
However, in an actual semiconductor integrated circuit, it is not easy to keep the area of the electrode connected to the anti-fuse element below a predetermined value. Since the electrode connected to the contact hole of the anti-fuse element is usually used also as a wiring for connecting the anti-fuse element to another element on the semiconductor integrated circuit, the electrode area varies depending on the position of the element to be connected. It is because.
In order to keep the electrode area below a predetermined value, the
[0043]
More specifically, the anti-fuse element having the contact holes 18 and 20 shown in FIG. 3, the
[0044]
Depending on the dimensions of the interlayer connection holes 48 and 50, it may not be necessary to form a plug using the
When the ratio of the area of the electrode to the area of the contact hole is increased for some reason, the area of the electrode is substantially reduced to prevent the occurrence of aluminum spikes. There is a method in which a silicon film is arranged and connected to an electrode connected to a semiconductor region of an anti-fuse element. Even when the wiring is formed of a film containing no Si such as AlCu, silicon is supplied from the connected dummy polycrystalline silicon film, so that the amount of silicon absorbed from the
[0045]
In this case, as shown in the plan view of FIG. 4A and the cross-sectional view of FIG. 4B, for example, simultaneously with the formation of the
[0046]
At this time, in order to effectively utilize the effect of effectively reducing the electrode area by connecting the
[0047]
The distance between each of the contact holes 18 and 20 for the anti-fuse element and the corresponding contact holes 58 and 60 for the polycrystalline silicon film is not particularly limited. However, by making the distance between them as short as possible without providing an unnecessarily large margin within the range allowed by the manufacturing process to be used, the effect of supplying Si from the polycrystalline silicon film can be effectively utilized, and The electrode area with respect to the contact hole area of the fuse element can be effectively reduced.
The polycrystalline silicon film used as a dummy may be formed simultaneously with the gate electrode by using the first polycrystalline silicon layer, or may be formed by using the second polycrystalline silicon layer to form a capacitor element. It may be formed simultaneously with the upper electrode and the high resistance element.
Furthermore, a semiconductor (Si) substrate surface region separated from other elements can be used as a dummy. For example, when an N-channel MOS transistor whose source is fixed to the GND potential is used as an anti-fuse element, the source region is formed by a P-type region formed in a P-well region on the surface of the Si substrate. + The P well is connected to the diffusion region and a GND potential is supplied to the P well. In the drain region, N formed in the N-well region + Connect to the diffusion area. At the time of writing, a high voltage for writing is also applied to the N well. On the other hand, at the time of reading, no voltage is applied to the N well, and the N well is set to the same potential as the drain.
[0048]
As described in detail above, according to the present embodiment, the reaction suppression layer is left between the AlCu wiring and the Si substrate in the contact connection portion, and further, the electrode (dimension / layout) for the fuse element is formed. By optimizing, it was possible to suppress the occurrence of aluminum spikes before writing and to stabilize the initial yield while keeping the writing voltage within an allowable range.
[0049]
As described above, the semiconductor device and the electrode forming method of the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course, changes may be made.
For example, as the programmable element, not only the illustrated N-channel MOS transistor type anti-fuse element but also various elements such as a P-channel MOS transistor type and a PN junction diode (Zener zap diode) type can be used. As described above, in the case of the N-channel MOS transistor type, the fluid metal of the source electrode, which becomes negative at the time of writing, passes through the channel region from the source diffusion region, which is the semiconductor region to which the source electrode is connected, and -Writing is performed by breaking into the PN junction between the channels and breaking the junction. In a PN junction diode, for example, when writing is performed by applying a reverse voltage, the fluid metal of the anode electrode to which a negative voltage is applied to the cathode electrode is the semiconductor region to which the anode electrode is connected. + From the diffusion region, this P + Between the diffusion region and the N diffusion region provided adjacent thereto, or + A P diffusion region provided adjacent to the diffusion region, and an N diffusion region further provided adjacent thereto. + Writing is performed by invading a PN junction formed between the diffusion region and the junction and destroying the junction.
[0050]
The junction to be destroyed is formed in the semiconductor substrate in the exemplified MOS transistor type anti-fuse element. That is, the junction exists in the surface region of the semiconductor substrate itself. Similarly, in a PN junction type, it is possible to provide a junction in a semiconductor substrate. However, for example, a MOS transistor or a PN junction diode used as an anti-fuse element may be formed in a polycrystalline silicon film formed on a semiconductor substrate via an element isolation field insulating film formed on the surface thereof. It is possible. However, in order to form a stable reaction suppression layer of stable film quality by exposing it to an oxidizing atmosphere after plasma irradiation, and to stabilize the initial yield while maintaining the write voltage within an allowable range, at least an electrode which is on the negative side during writing is required. Is preferably formed in the surface region of the semiconductor substrate itself.
[0051]
The electrode connected to the anti-fuse element is not limited to the case where the fluid metal is aluminum, in addition to the exemplified AlCu, uses pure Al, and various other Al alloy films mainly containing Al. Can be formed. However, the effect of suppressing the generation of aluminum spikes by the reaction suppression layer and stabilizing the initial yield is that an aluminum alloy film containing no pure Al or Si is highly likely to generate aluminum spikes without the reaction suppression layer. It is remarkably exhibited when using. Alternatively, even if Si is included, the content is smaller than the solid solubility at the heat treatment temperature performed in the manufacturing process after the electrode is formed, and the aluminum spike is more likely to occur without the reaction suppression layer. In that sense, even when an Al alloy film substantially containing no Si is used, the effect of the reaction suppression layer is remarkably exhibited.
As a fluid metal that writes into the junction of the anti-fuse element to write data, in addition to aluminum, for example, as described in Patent Document 2, a metal forming silicide such as titanium, gold, copper, or silver Etc. can be used.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of aluminum spikes before writing and to stabilize the initial yield while keeping the writing voltage of the anti-fuse element within an allowable range.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1H are schematic views showing step by step the steps of manufacturing a semiconductor device by the method for forming an electrode of a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view schematically showing the semiconductor device according to the embodiment.
FIGS. 3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view, respectively, schematically illustrating a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
FIGS. 4A and 4B are a plan view and a cross-sectional view, respectively, schematically showing a semiconductor device according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view schematically showing an example of a conventional MOS transistor type antifuse.
[Explanation of symbols]
10. Silicon substrate
11a N well
11b P well
12a P + diffusion
12b N + diffusion
13 Gate electrode
14, 16 electrodes
18, 20, 58, 60 Contact holes
19 Device isolation area
16, 40 interlayer insulating film
21, 28 Photoresist pattern
20 (second) contact hole
20a Surface of (second) contact hole
22 Reaction suppression layer (at bottom of second contact hole)
24, 41, 43 Barrier metal film
25, 45, 47 plug
26, 42, 44 Tungsten film
30 Contact hole for fuse (first contact hole)
30a Surface of (first) contact hole
32 Reaction suppression layer (at bottom of first contact hole)
34 AlCu film
48, 50 interlayer connection hole
51, 52 Polycrystalline silicon film
54, 56 Second layer wiring
62 Reaction suppression layer
Claims (9)
前記第1の素子を構成する第1の半導体領域を有する半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の一部を選択的に除去し、その底部に前記第1の半導体領域を露出する第1のコンタクトホールを開口するとともに、該露出した第1の半導体領域の表面に第1のプラズマを照射した後、酸化性の雰囲気にさらすことによって酸化物層を含む第1の反応抑制層を形成する工程と、
前記第1の反応抑制層を除去することなく、前記第1のコンタクトホール内に前記流動性金属を主成分とする膜を堆積し、前記第1の反応抑制層を介して前記第1の半導体領域に接続される前記流動性金属を主成分とする膜からなる第1の電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の電極形成方法。An electrode forming method for a semiconductor device, comprising: forming an electrode connected to a first element that is programmable by invasion of a fluid metal into a junction,
Forming an insulating film on a semiconductor substrate having a first semiconductor region constituting the first element;
A portion of the insulating film is selectively removed, a first contact hole exposing the first semiconductor region is opened at a bottom thereof, and a first plasma is formed on a surface of the exposed first semiconductor region. Forming a first reaction-suppressing layer including an oxide layer by exposing the film to an oxidizing atmosphere;
Depositing a film containing the fluid metal as a main component in the first contact hole without removing the first reaction suppression layer, and removing the first semiconductor through the first reaction suppression layer; Forming a first electrode made of a film containing the fluid metal as a main component connected to a region;
A method for forming an electrode of a semiconductor device, comprising:
前記第1の素子を構成する第1の半導体領域と、前記第2の素子を構成する第2の半導体領域とを有する半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の第1の領域を選択的に除去し、その底部に前記第1の半導体領域を露出する第1のコンタクトホールを開口するとともに、該露出した第1の半導体領域の表面に第1のプラズマを照射した後、酸化性の雰囲気にさらすことによって酸化物層を含む第1の反応抑制層を形成する工程と、
前記第1の反応抑制層を除去することなく、前記第1のコンタクトホール内に前記流動性金属を主成分とする膜を堆積し、前記第1の反応抑制層を介して前記第1の半導体領域に接続される前記流動性金属を主成分とする膜からなる第1の電極を形成する工程と、
前記絶縁膜の第2の領域を選択的に除去し、その底部に前記第2の半導体領域を露出する第2のコンタクトホールを開口するとともに、該露出した第2の半導体領域の表面に第2のプラズマを照射した後、酸化性の雰囲気にさらすことによって酸化物層を含む第2の反応抑制層を形成する工程と、
少なくとも、前記第2の反応抑制層の前記酸化物層を除去し、続いて前記第2のコンタクトホール内に高融点金属からなるプラグを形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の電極形成方法。An electrode forming method for a semiconductor device, comprising: forming an electrode connected to each of a first element which can be programmed by invasion of a fluid metal into a junction and a second element other than the first element,
Forming an insulating film on a semiconductor substrate having a first semiconductor region forming the first element and a second semiconductor region forming the second element;
A first region of the insulating film is selectively removed, a first contact hole for exposing the first semiconductor region is opened in a bottom portion thereof, and a first contact hole is formed on a surface of the exposed first semiconductor region. Forming a first reaction suppression layer including an oxide layer by exposing the substrate to an oxidizing atmosphere after irradiating the plasma;
Depositing a film containing the fluid metal as a main component in the first contact hole without removing the first reaction suppression layer, and removing the first semiconductor through the first reaction suppression layer; Forming a first electrode made of a film containing the fluid metal as a main component connected to a region;
A second region of the insulating film is selectively removed, a second contact hole exposing the second semiconductor region is opened at the bottom thereof, and a second contact hole is formed on the surface of the exposed second semiconductor region. Forming a second reaction-suppressing layer including an oxide layer by exposing the substrate to an oxidizing atmosphere after the plasma irradiation;
At least removing the oxide layer of the second reaction suppression layer, and subsequently forming a plug made of a high melting point metal in the second contact hole;
A method of forming an electrode of a semiconductor device, comprising:
前記半導体基板上に形成され、その底部に前記第1の素子を構成する第1の半導体領域を露出する第1のコンタクトホールと、その底部に前記第2の素子を構成する第2の半導体領域を露出する第2のコンタクトホールとを有する絶縁膜と、
前記第1のコンタクトホール内に形成された流動性金属を主成分とする膜からなる第1の電極と、前記第2のコンタクトホール内に埋め込まれた高融点金属からなるプラグと、を有し、
前記第1のコンタクホールの底部に露出した第1の半導体領域の表面には、少なくとも酸化物層を含む反応抑制層が形成され、前記第1の電極が前記反応抑制層を介して前記第1の半導体領域に非オーミック接続されており、
前記第2のコンタクトホールの底部に露出した第2の半導体領域の表面には、反応抑制層が実質的に存在せず、前記プラグが前記第2の半導体領域にオーミック接続されていることを特徴とする半導体装置。A semiconductor device in which a first element programmable by invasion of a fluid metal into a junction and a second element other than the first element are formed on the same semiconductor substrate,
A first contact hole formed on the semiconductor substrate and exposing a first semiconductor region forming the first element at a bottom thereof, and a second semiconductor region forming the second element at a bottom thereof An insulating film having a second contact hole exposing
A first electrode formed of a film containing a fluid metal as a main component and formed in the first contact hole, and a plug made of a high-melting metal embedded in the second contact hole. ,
A reaction suppression layer including at least an oxide layer is formed on the surface of the first semiconductor region exposed at the bottom of the first contact hole, and the first electrode is connected to the first electrode via the reaction suppression layer. Non-ohmic connection to the semiconductor region of
A reaction suppression layer is not substantially present on the surface of the second semiconductor region exposed at the bottom of the second contact hole, and the plug is ohmically connected to the second semiconductor region. Semiconductor device.
前記半導体基板上に形成され、その底部に前記第1の素子を構成する第1の半導体領域を露出する第1のコンタクトホールと、その底部に前記第2の素子を構成する第2の半導体領域を露出する第2のコンタクトホールとを有する絶縁膜と、
前記第1のコンタクトホール内から前記絶縁膜上にかけて形成された流動性金属を主成分とする膜からなる第1の電極と、前記第2のコンタクトホール内に埋め込まれた高融点金属からなるプラグと、
前記第1の電極上に層間絶縁膜を介して形成された上層配線とを有し、
前記第1のコンタクトホールの底部に露出した第1の半導体領域の表面には、少なくとも酸化物層を含む反応抑制層が形成され、前記第1の電極が前記反応抑制層を介して前記第1の半導体領域に接続されており、
前記第2のコンタクトホールの底部に露出した第2の半導体領域の表面には反応抑制層が実質的に存在せず、前記プラグが前記第2の半導体領域に直接接続されており、
前記第1の電極は、前記第1のコンタクトホールの近傍で、シリコンの拡散を防止する拡散防止膜を介して前記上層配線に接続されるとともに、前記他の素子のいずれに対しても、前記拡散防止膜及び上層配線を介してのみ接続されていることを特徴とする半導体装置。A semiconductor device in which a plurality of other elements are formed on the same semiconductor substrate, including a first element that can be programmed by invasion of a fluid metal into a junction and another second element,
A first contact hole formed on the semiconductor substrate and exposing a first semiconductor region forming the first element at a bottom thereof, and a second semiconductor region forming the second element at a bottom thereof An insulating film having a second contact hole exposing
A first electrode made of a film containing a fluid metal as a main component and formed from the inside of the first contact hole onto the insulating film; and a plug made of a high melting point metal embedded in the second contact hole. When,
An upper wiring formed on the first electrode via an interlayer insulating film;
A reaction suppression layer including at least an oxide layer is formed on the surface of the first semiconductor region exposed at the bottom of the first contact hole, and the first electrode is connected to the first semiconductor region via the reaction suppression layer. Connected to the semiconductor region of
A reaction suppression layer is not substantially present on the surface of the second semiconductor region exposed at the bottom of the second contact hole, and the plug is directly connected to the second semiconductor region;
The first electrode is connected to the upper wiring via a diffusion prevention film for preventing diffusion of silicon in the vicinity of the first contact hole, and the first electrode is connected to any of the other elements. A semiconductor device, which is connected only through a diffusion prevention film and an upper wiring.
前記半導体基板上に形成され、その底部に前記第1の素子を構成する第1の半導体領域を露出する第1のコンタクトホールと、その底部に前記第2の素子を構成する第2の半導体領域を露出する第2のコンタクトホールと、その底部に前記半導体基板表面の素子分離領域上に形成された多結晶シリコン膜を露出する第3のコンタクトホールとを有する絶縁膜と、
前記第1のコンタクトホール内から前記第3のコンタクトホール内にかけて形成された、流動性金属を主成分とする膜からなる第1の電極と、
前記第2のコンタクトホール内に埋め込まれた高融点金属からなるプラグと、
を有し、
前記第1のコンタクトホールの底部に露出した前記第1の半導体領域の表面には、少なくとも酸化物層を含む反応抑制層が形成され、前記第1の電極が前記反応抑制層を介して前記第1の半導体領域に接続されており、
前記第2のコンタクトホールの底部に露出した前記第2の半導体領域の表面には反応抑制層が実質的に存在せず、前記プラグが前記第2の半導体領域に直接接続されていることを特徴とする半導体装置。A semiconductor device in which a first element programmable by invasion of a fluid metal into a junction formed in a semiconductor substrate and another second element are formed on the semiconductor substrate,
A first contact hole formed on the semiconductor substrate and exposing a first semiconductor region forming the first element at a bottom thereof, and a second semiconductor region forming the second element at a bottom thereof An insulating film having a second contact hole exposing a second contact hole, and a third contact hole exposing a polycrystalline silicon film formed on the element isolation region on the surface of the semiconductor substrate at the bottom thereof;
A first electrode formed from a film containing a fluid metal as a main component, formed from inside the first contact hole to inside the third contact hole;
A plug made of a refractory metal embedded in the second contact hole;
Has,
A reaction suppression layer including at least an oxide layer is formed on a surface of the first semiconductor region exposed at a bottom of the first contact hole, and the first electrode is connected to the second electrode via the reaction suppression layer. 1 semiconductor region,
A reaction suppression layer is not substantially present on the surface of the second semiconductor region exposed at the bottom of the second contact hole, and the plug is directly connected to the second semiconductor region. Semiconductor device.
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN115223969A (en) * | 2021-04-16 | 2022-10-21 | 南亚科技股份有限公司 | Semiconductor element with copper-manganese lining layer and preparation method thereof |
-
2003
- 2003-01-20 JP JP2003011255A patent/JP2004228146A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
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| CN115223969A (en) * | 2021-04-16 | 2022-10-21 | 南亚科技股份有限公司 | Semiconductor element with copper-manganese lining layer and preparation method thereof |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060404 |