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JP2010272597A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2010272597A
JP2010272597A JP2009121379A JP2009121379A JP2010272597A JP 2010272597 A JP2010272597 A JP 2010272597A JP 2009121379 A JP2009121379 A JP 2009121379A JP 2009121379 A JP2009121379 A JP 2009121379A JP 2010272597 A JP2010272597 A JP 2010272597A
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JP
Japan
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semiconductor device
insulating film
film
forming
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP2009121379A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Iwamoto
敏幸 岩本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Electronics Corp
Original Assignee
Renesas Electronics Corp
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Publication date
Application filed by Renesas Electronics Corp filed Critical Renesas Electronics Corp
Priority to JP2009121379A priority Critical patent/JP2010272597A/en
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

【課題】基板上にヒューズ素子を備える半導体装置において、ヒューズを切断しやすくし、かつヒューズ切断状態を確実に得る。
【解決手段】半導体装置1は、基板10上に、MIPS構造を有するMOSトランジスタとヒューズ素子100を備える。ヒューズ素子100は、基板10の上に設けられた金属膜28と、金属膜28の上に設けられた絶縁膜30と、絶縁膜30の上に設けられたシリコン層34と、シリコン層34の上の少なくとも一部を覆うシリサイド層73と、からなる。
【選択図】図1
In a semiconductor device having a fuse element on a substrate, it is easy to cut a fuse and a fuse cut state is reliably obtained.
A semiconductor device includes a MOS transistor having a MIPS structure and a fuse element on a substrate. The fuse element 100 includes a metal film 28 provided on the substrate 10, an insulating film 30 provided on the metal film 28, a silicon layer 34 provided on the insulating film 30, and a silicon layer 34. A silicide layer 73 covering at least a part of the upper surface.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、ヒューズ素子を備える半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device including a fuse element and a manufacturing method thereof.

半導体装置におけるヒューズ素子として、ポリシリコン上にシリサイド層を形成した構造が知られている。シリサイド層に過電流を流すことにより、ヒューズを切断する。例えば特許文献1には、Si基板上のゲート電極と同じ製造工程で、STI(Shallow Trench Isolation)上にポリシリコン層、シリサイド層を形成し、ヒューズ素子として用いる技術が開示されている。   As a fuse element in a semiconductor device, a structure in which a silicide layer is formed on polysilicon is known. The fuse is cut by passing an overcurrent through the silicide layer. For example, Patent Document 1 discloses a technique in which a polysilicon layer and a silicide layer are formed on an STI (Shallow Trench Isolation) and used as a fuse element in the same manufacturing process as a gate electrode on a Si substrate.

一方、LSIの微細化の進展にともない、各MOSFETを構成するポリシリコンゲート電極の空乏化による駆動電流の劣化が問題となっている。そこで、金属ゲート電極を用いることにより電極の空乏化を回避する技術が検討されている。例えば特許文献2には、金属ゲート電極を用いた構造の一つとして、High−k膜とポリシリコンゲート電極との間に金属ゲート電極を挿入したMIPS(Metal Inserted Poly−silicon Stacks)構造が開示されている。   On the other hand, with the progress of miniaturization of LSIs, there is a problem of deterioration of drive current due to depletion of polysilicon gate electrodes constituting each MOSFET. Therefore, a technique for avoiding depletion of the electrode by using a metal gate electrode has been studied. For example, Patent Document 2 discloses a MIPS (Metal Inserted Poly-Silicon Stacks) structure in which a metal gate electrode is inserted between a high-k film and a polysilicon gate electrode as one of the structures using a metal gate electrode. Has been.

特開2007−266061号公報JP 2007-266061 A 特開2007−19400号公報JP 2007-19400 A

特許文献1の技術では、Si基板上のゲート電極と同じ製造工程で、STI上にヒューズ素子を形成する。このため、特許文献1の技術に、特許文献2のMIPS構造を単純に適用した場合、ヒューズが切断されにくいという問題を生じる。これは、次のような理由による。   In the technique of Patent Document 1, a fuse element is formed on an STI in the same manufacturing process as a gate electrode on a Si substrate. For this reason, when the MIPS structure of Patent Document 2 is simply applied to the technique of Patent Document 1, there is a problem that the fuse is not easily cut. This is due to the following reason.

図11(a)は、特許文献1と同様の構成を有するヒューズ素子の断面図である。図11(b)は、特許文献1の技術に、特許文献2のMIPS構造を単純に適用したと想定した場合のSi基板上のヒューズ素子の構成を示す断面図である。   FIG. 11A is a cross-sectional view of a fuse element having a configuration similar to that of Patent Document 1. FIG. FIG. 11B is a cross-sectional view showing the configuration of the fuse element on the Si substrate when it is assumed that the MIPS structure of Patent Document 2 is simply applied to the technique of Patent Document 1.

ヒューズ素子をポリシリコンで形成する場合、STI領域104上にポリシリコン106を形成し、ポリシリコン106の上にシリサイド層108を形成する。この場合、図11(a)に示すように、シリサイド層108に電流が流れる。しかし、図11(b)のヒューズ素子では、ポリシリコン106の下に、金属電極114が存在するため、電流パスがシリサイド層108および金属電極114の2つになる。そのため、表面のシリサイド層108に過電流が流れにくく、ヒューズを切断することが困難になる。   When the fuse element is formed of polysilicon, the polysilicon 106 is formed on the STI region 104 and the silicide layer 108 is formed on the polysilicon 106. In this case, a current flows through the silicide layer 108 as shown in FIG. However, in the fuse element of FIG. 11B, since the metal electrode 114 exists under the polysilicon 106, there are two current paths: the silicide layer 108 and the metal electrode 114. Therefore, overcurrent hardly flows through the silicide layer 108 on the surface, and it becomes difficult to cut the fuse.

また、シリサイド層108を切断できたとしても、ポリシリコン106よりも低抵抗な金属電極114に電流が流れてしまうため、ヒューズを切断状態にすることができない。   Even if the silicide layer 108 can be cut, a current flows through the metal electrode 114 having a resistance lower than that of the polysilicon 106, so that the fuse cannot be cut.

本発明によれば、基板上にヒューズ素子を備える半導体装置であって、前記ヒューズ素子は、金属膜と、前記金属膜の上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜の上に設けられたシリコン層と、前記シリコン層の上の少なくとも一部を覆うシリサイド層と、からなることを特徴とする半導体装置が提供される。   According to the present invention, there is provided a semiconductor device including a fuse element on a substrate, wherein the fuse element is provided on a metal film, an insulating film provided on the metal film, and the insulating film. There is provided a semiconductor device comprising a silicon layer and a silicide layer covering at least a part of the silicon layer.

また、本発明によれば、基板上にヒューズ素子を備える半導体装置の製造方法であって、前記基板の上に金属膜を形成する工程と、前記金属膜の上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の上にシリコン層を形成する工程と、前記シリコン層の上にシリサイド層を形成する工程と、を含み、前記ヒューズ素子は、前記金属膜、前記絶縁膜、前記シリコン層、及び前記シリサイド層を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。   According to the present invention, there is also provided a method for manufacturing a semiconductor device including a fuse element on a substrate, the step of forming a metal film on the substrate, and the step of forming an insulating film on the metal film. Forming a silicon layer on the insulating film; and forming a silicide layer on the silicon layer, wherein the fuse element includes the metal film, the insulating film, the silicon layer, and A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the silicide layer, is provided.

上記の構成によれば、ヒューズ素子を構成するシリコン層と金属膜との間に絶縁膜が介在するため、金属膜に電流が流れることを防ぐことにより、シリサイド層に過電流を流し、ヒューズを切断しやすくすることができる。また、シリサイド層を切断した後も金属膜に電流が流れることを防ぐことにより、ヒューズ切断状態を確実に得ることができる。   According to the above configuration, since the insulating film is interposed between the silicon layer and the metal film constituting the fuse element, by preventing the current from flowing through the metal film, an overcurrent is passed through the silicide layer, Easy to cut. Further, by preventing the current from flowing through the metal film even after the silicide layer is cut, a fuse cut state can be obtained with certainty.

本発明によれば、基板上にヒューズ素子を備える半導体装置において、金属膜に電流が流れることを防ぐことにより、シリサイド層に過電流を流し、ヒューズを切断しやすくすることができる。また、シリサイド層を切断した後も金属膜に電流が流れることを防ぐことにより、ヒューズ切断状態を確実に得ることができる。   According to the present invention, in a semiconductor device including a fuse element on a substrate, it is possible to prevent an electric current from flowing through a metal film, thereby allowing an overcurrent to flow through the silicide layer and facilitating the cutting of the fuse. Further, by preventing the current from flowing through the metal film even after the silicide layer is cut, a fuse cut state can be obtained with certainty.

本発明による第1実施形態の半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device of 1st Embodiment by this invention. 第1実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第1実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device of 1st Embodiment. (a)はポリシリコン層からなるヒューズ素子を示す断面図である。(b)は本願の課題を説明する断面図である。(A) is sectional drawing which shows the fuse element which consists of a polysilicon layer. (B) is sectional drawing explaining the subject of this application.

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

図1は、第1実施形態の半導体装置1を示す断面図である。半導体装置1は、基板10上にヒューズ素子100を備える。本実施形態において、基板10は半導体基板である。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device 1 according to the first embodiment. The semiconductor device 1 includes a fuse element 100 on a substrate 10. In the present embodiment, the substrate 10 is a semiconductor substrate.

ヒューズ素子100は、金属膜28と、金属膜28の上に設けられた絶縁膜30と、絶縁膜30の上に設けられたシリコン層34と、シリコン層34の上の少なくとも一部を覆うシリサイド層73と、を有する。本実施形態においてシリコン層34はノンドープシリコンである。本実施形態においてヒューズ素子100は、金属膜28の下に位置するゲート絶縁膜65を有している。ゲート絶縁膜65は、素子分離絶縁膜14上に形成されている。   The fuse element 100 includes a metal film 28, an insulating film 30 provided on the metal film 28, a silicon layer 34 provided on the insulating film 30, and a silicide covering at least part of the silicon layer 34. And a layer 73. In the present embodiment, the silicon layer 34 is non-doped silicon. In the present embodiment, the fuse element 100 has a gate insulating film 65 located under the metal film 28. The gate insulating film 65 is formed on the element isolation insulating film 14.

ヒューズ素子100は、シリコン層34の上に互いに間隔を隔てて配置されたコンタクトプラグ80(第1のコンタクトプラグ)およびコンタクトプラグ82(第2のコンタクトプラグ)を有している。コンタクトプラグ80とシリコン層34の間、およびコンタクトプラグ82とシリコン層34の間にはシリサイド層73が介在している。   The fuse element 100 has contact plugs 80 (first contact plugs) and contact plugs 82 (second contact plugs) arranged on the silicon layer 34 at intervals. A silicide layer 73 is interposed between the contact plug 80 and the silicon layer 34 and between the contact plug 82 and the silicon layer 34.

また、半導体装置1の基板10は、素子分離絶縁膜12、14が形成された素子分離領域と、トランジスタ等の能動素子が形成された素子形成領域とを有している。素子分離領域の少なくとも一部には、ヒューズ素子100が形成されている。素子形成領域には、NチャネルMOSFET及びPチャネルMOSFETが形成されている。NチャネルMOSFET及びPチャネルMOSFETは、金属ゲート電極としての金属膜28を有する。   The substrate 10 of the semiconductor device 1 has an element isolation region where the element isolation insulating films 12 and 14 are formed and an element formation region where an active element such as a transistor is formed. A fuse element 100 is formed in at least a part of the element isolation region. An N channel MOSFET and a P channel MOSFET are formed in the element formation region. The N-channel MOSFET and the P-channel MOSFET have a metal film 28 as a metal gate electrode.

NチャネルMOSFETは、P型ウエル16、素子形成領域に設けられたゲート絶縁膜64と、ゲート絶縁膜64の上に設けられた金属ゲート電極としての金属膜28と、金属膜28の上に設けられたシリコン電極35と、エクステンション領域48と、Deep SD領域58とを含む。つまり、NチャネルMOSFETはMIPS構造を有している。シリコン電極35及びDeep SD領域58の上にはシリサイド層72が形成されている。NチャネルMOSFETのゲート電極66は、金属膜28、シリコン電極35、及びシリサイド層72を有している。   The N-channel MOSFET is provided on the P-type well 16, a gate insulating film 64 provided in the element formation region, a metal film 28 as a metal gate electrode provided on the gate insulating film 64, and a metal film 28. The silicon electrode 35, the extension region 48, and the deep SD region 58 are included. That is, the N channel MOSFET has a MIPS structure. A silicide layer 72 is formed on the silicon electrode 35 and the Deep SD region 58. The gate electrode 66 of the N channel MOSFET has a metal film 28, a silicon electrode 35, and a silicide layer 72.

PチャネルMOSFETは、N型ウエル18、素子形成領域に設けられたゲート絶縁膜65と、ゲート絶縁膜65の上に設けられた金属ゲート電極としての金属膜28と、金属膜28の上に設けられたシリコン電極37と、エクステンション領域52と、Deep SD領域62とを含む。PチャネルMOSFETも、NチャネルMOSFETと同様にMIPS構造を有している。シリコン電極37及びDeep SD領域62の上にはシリサイド層73が形成されている。PチャネルMOSFETのゲート電極67は、金属膜28、シリコン電極37、及びシリサイド層73を有している。   The P-channel MOSFET is provided on the N-type well 18, the gate insulating film 65 provided in the element formation region, the metal film 28 as a metal gate electrode provided on the gate insulating film 65, and the metal film 28. The silicon electrode 37, the extension region 52, and the deep SD region 62 are included. The P channel MOSFET also has a MIPS structure like the N channel MOSFET. A silicide layer 73 is formed on the silicon electrode 37 and the Deep SD region 62. The gate electrode 67 of the P-channel MOSFET has a metal film 28, a silicon electrode 37, and a silicide layer 73.

またPチャネルMOSFET及びNチャネルMOSFETは、それぞれ層間絶縁膜76に埋め込まれたコンタクトプラグ78に接続している。   The P-channel MOSFET and the N-channel MOSFET are connected to contact plugs 78 embedded in the interlayer insulating film 76, respectively.

次に、本発明の実施形態にかかる半導体装置の製造方法について、図2〜図10の断面図を参照して説明する。   Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to cross-sectional views in FIGS.

まず、図2(a)に示すように、基板10上に素子分離絶縁膜12、14を形成する。基板10には、例えばシリコン基板を用いることができる。素子分離絶縁膜12、14の形成方法は、STI(Shallow Trench Isolation)である。次いで、NチャネルMOSFETが形成される領域にP型ウエル16を形成し、PチャネルMOSFETが形成される領域にN型ウエル18を形成する。   First, as shown in FIG. 2A, element isolation insulating films 12 and 14 are formed on a substrate 10. As the substrate 10, for example, a silicon substrate can be used. The formation method of the element isolation insulating films 12 and 14 is STI (Shallow Trench Isolation). Next, the P-type well 16 is formed in the region where the N-channel MOSFET is formed, and the N-type well 18 is formed in the region where the P-channel MOSFET is formed.

次に図2(b)に示すように、界面絶縁膜20として1.0nmの酸窒化膜を形成する。界面絶縁膜20は、例えば硫酸/過酸化水素水混合液、オゾン水、塩酸/オゾン水、熱酸化後によりシリコン酸化膜を形成した後に、プラズマ窒化を行うことにより形成される。   Next, as shown in FIG. 2B, a 1.0 nm oxynitride film is formed as the interface insulating film 20. The interfacial insulating film 20 is formed by performing plasma nitridation after forming a silicon oxide film by, for example, sulfuric acid / hydrogen peroxide mixture, ozone water, hydrochloric acid / ozone water, and after thermal oxidation.

その後、図2(c)に示すように、La膜22を基板10全面にスパッタ法により形成する。La膜22の膜厚は、0.1nm以上、2.0nm以下の範囲である。LaはNチャネルMOSFETの閾値電圧制御用の金属である。La以外には、Dyを使用することも可能である。   Thereafter, as shown in FIG. 2C, a La film 22 is formed on the entire surface of the substrate 10 by sputtering. The film thickness of the La film 22 is in the range of 0.1 nm to 2.0 nm. La is a metal for controlling the threshold voltage of the N-channel MOSFET. In addition to La, Dy can also be used.

そして、図3(a)に示すように、レジストマスク24を形成する。その後、ウェット処理により、N型ウエル18上、および素子分離絶縁膜14上のLa膜22を除去する。ウェット処理は、希釈塩酸を用いる。そして図3(b)に示すように、La膜22の除去後、アッシング処理により、レジストマスク24を除去する。   Then, as shown in FIG. 3A, a resist mask 24 is formed. Thereafter, the La film 22 on the N-type well 18 and the element isolation insulating film 14 is removed by wet processing. Diluted hydrochloric acid is used for the wet treatment. Then, as shown in FIG. 3B, after removing the La film 22, the resist mask 24 is removed by ashing.

次に、図3(c)に示すように高誘電率ゲート絶縁膜26を形成する。高誘電率ゲート絶縁膜26は、例えばHfO、ZrO、HfSiON、La、HfAlOから選ばれる絶縁膜である。膜厚は、1.0nm以上、5.0nm以下である。高誘電率ゲート絶縁膜26は、CVD法、AL(Atomic Layer)CVD法、スパッタ法のいずれかを用いて形成することができる。続いて、高誘電率ゲート絶縁膜26上に金属ゲート電極としての金属膜28を形成する。金属膜28は、例えばTiN、W、TaN、TaSiN、Ru、TiAl、Alから選ばれる少なくとも一つの金属である。金属膜28の膜厚は、1.0nm以上、20.0nm以下である。 Next, a high dielectric constant gate insulating film 26 is formed as shown in FIG. The high dielectric constant gate insulating film 26 is an insulating film selected from, for example, HfO 2 , ZrO 2 , HfSiON, La 2 O 3 , and HfAlO. The film thickness is 1.0 nm or more and 5.0 nm or less. The high dielectric constant gate insulating film 26 can be formed using any one of a CVD method, an AL (Atomic Layer) CVD method, and a sputtering method. Subsequently, a metal film 28 as a metal gate electrode is formed on the high dielectric constant gate insulating film 26. The metal film 28 is at least one metal selected from, for example, TiN, W, TaN, TaSiN, Ru, TiAl, and Al. The film thickness of the metal film 28 is 1.0 nm or more and 20.0 nm or less.

次に図4(a)に示すように、金属膜28上に絶縁膜30を形成する。絶縁膜30の材料としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、HfSiON、HfO、ZrO、HfAlO、Al等を用いることができる。絶縁膜30の膜厚は、1.0nm〜20.0nmである。絶縁膜30の成膜方法としては、CVD法、スパッタ法等を用いることが可能である。 Next, as shown in FIG. 4A, an insulating film 30 is formed on the metal film 28. As a material of the insulating film 30, a silicon oxide film, a silicon nitride film, HfSiON, HfO 2 , ZrO 2 , HfAlO, Al 2 O 3 or the like can be used. The thickness of the insulating film 30 is 1.0 nm to 20.0 nm. As a method for forming the insulating film 30, a CVD method, a sputtering method, or the like can be used.

続いて、図4(b)に示すようにレジストマスク32を形成し、レジストマスク32に、N型ウエル18領域、及びP型ウエル16領域上に位置する開口部を形成する。次いで、図4(c)に示すように、レジストマスク32をマスクとしてエッチングを行うことにより、N型ウエル18領域及びP型ウエル16領域の絶縁膜30を除去する。この状態において、N型ウエル18領域及びP型ウエル16領域の金属膜28は絶縁膜30に被覆されていない。その後、レジストマスク32を除去する。   Subsequently, a resist mask 32 is formed as shown in FIG. 4B, and openings located on the N-type well 18 region and the P-type well 16 region are formed in the resist mask 32. Next, as shown in FIG. 4C, the insulating film 30 in the N-type well 18 region and the P-type well 16 region is removed by etching using the resist mask 32 as a mask. In this state, the metal film 28 in the N-type well 18 region and the P-type well 16 region is not covered with the insulating film 30. Thereafter, the resist mask 32 is removed.

そして、図5(a)に示すように、N型ウエル18領域及びP型ウエル16領域の金属膜28上、及び絶縁膜30上を含む全面にシリコン層34を形成する。本実施形態におけるシリコン層34はアモルファスシリコンである。アモルファスシリコンの膜厚は、10nm以上、100nm以下である。シリコン層34の材料としては、ポリシリコンを用いてもよい。   Then, as shown in FIG. 5A, a silicon layer 34 is formed on the entire surface including the metal film 28 and the insulating film 30 in the N-type well 18 region and the P-type well 16 region. The silicon layer 34 in the present embodiment is amorphous silicon. The film thickness of amorphous silicon is 10 nm or more and 100 nm or less. Polysilicon may be used as the material of the silicon layer 34.

続いて、図5(b)に示すように、シリコン層34上にハードマスク40を成膜し、さらにハードマスク40上にレジストマスク42を形成する。ハードマスク40は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜から選ばれる膜である。   Subsequently, as shown in FIG. 5B, a hard mask 40 is formed on the silicon layer 34, and a resist mask 42 is further formed on the hard mask 40. The hard mask 40 is a film selected from a silicon oxide film and a silicon nitride film.

次に、Dryエッチング及びWet処理により、図5(c)に示すようにNチャネルMOSFETおよびPチャネルMOSFETのゲート電極66,67、並びにヒューズ素子100を形成する。   Next, by dry etching and wet processing, gate electrodes 66 and 67 of the N-channel MOSFET and P-channel MOSFET and the fuse element 100 are formed as shown in FIG.

そして、シリコン窒化膜をALCVD法により形成し、図6(a)に示すように、ゲート電極66,67及びヒューズ素子100にオフセットスペーサー膜44を形成する。オフセットスペーサー膜44は、シリコン酸化膜もしくは、シリコン窒化膜/シリコン酸化膜の積層構造でもよい。   Then, a silicon nitride film is formed by ALCVD, and an offset spacer film 44 is formed on the gate electrodes 66 and 67 and the fuse element 100 as shown in FIG. The offset spacer film 44 may be a silicon oxide film or a stacked structure of silicon nitride film / silicon oxide film.

その後図6(b)に示すように、レジストマスク46によりN型ウエル18及びヒューズ素子100を覆った後、P型ウエル16に、エクステンション領域48をイオン注入により形成する。注入条件は、例えばBF 50keV 3E13atoms/cm 30度、As 2keV 8E14atoms/cm 0度である。 Thereafter, as shown in FIG. 6B, after covering the N-type well 18 and the fuse element 100 with a resist mask 46, an extension region 48 is formed in the P-type well 16 by ion implantation. The implantation conditions are, for example, BF 2 50 keV 3E13 atoms / cm 2 30 degrees and As 2 keV 8E14 atoms / cm 2 0 degrees.

続いてレジストマスク46を除去した後、図7(a)に示すように、同様にレジストマスク50によりP型ウエル16及びヒューズ素子100を覆った後、N型ウエル18に、エクステンション領域52をイオン注入により形成する。注入条件は、例えばAs 50keV 3E13atoms/cm 30度、BF 3keV 8E14atoms/cm 0度である。 Subsequently, after removing the resist mask 46, as shown in FIG. 7A, the P-type well 16 and the fuse element 100 are similarly covered with the resist mask 50, and then the extension region 52 is ionized in the N-type well 18. Form by injection. The implantation conditions are, for example, As 50 keV 3E13 atoms / cm 2 30 degrees and BF 2 3 keV 8E14 atoms / cm 2 0 degrees.

次に、レジストマスク50を除去した後、シリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜を成膜し、ドライエッチングにより、図7(b)に示すように、サイドウォールスペーサー膜54を形成する。   Next, after removing the resist mask 50, a silicon nitride film or a silicon oxide film is formed, and a sidewall spacer film 54 is formed by dry etching as shown in FIG. 7B.

その後図8(a)に示すように、レジストマスク56によりN型ウエル18及びヒューズ素子100を覆った後、P型ウエル16に、Deep SD領域58をイオン注入により形成する。注入条件は、例えばGe 30keV 5E14atoms/cm 0度、As 15keV 3E15atoms/cm 0度、P 20keV 5E13atoms/cm 0度である。 Thereafter, as shown in FIG. 8A, after covering the N-type well 18 and the fuse element 100 with a resist mask 56, a Deep SD region 58 is formed in the P-type well 16 by ion implantation. The implantation conditions are, for example, Ge 30 keV 5E14 atoms / cm 2 0 degrees, As 15 keV 3E15 atoms / cm 2 0 degrees, and P 20 keV 5E13 atoms / cm 2 0 degrees.

続いてレジストマスク56を除去した後、図8(b)に示すように、同様にレジストマスク60よりP型ウエル16及びヒューズ素子100を覆った後、N型ウエル18に、Deep SD領域62をイオン注入により形成する。注入条件は、例えばGe 30keV 5E14atoms/cm 0度、B 7keV 5.0E13atoms/cm 0度、BF 9keV 2E15atoms/cm 0度である。 Subsequently, after removing the resist mask 56, as shown in FIG. 8B, the P-type well 16 and the fuse element 100 are similarly covered by the resist mask 60, and then the Deep SD region 62 is formed in the N-type well 18. It is formed by ion implantation. The implantation conditions are, for example, Ge 30 keV 5E14 atoms / cm 2 0 degrees, B 7 keV 5.0E13 atoms / cm 2 0 degrees, and BF 2 9 keV 2E15 atoms / cm 2 0 degrees.

図6(b)、図7(a)、図8(a)、及び図8(b)に示す工程において、ヒューズ素子100はレジストマスクにより覆われている。このため、ヒューズ素子100のシリコン層34には不純物が注入されない。   In the steps shown in FIGS. 6B, 7A, 8A, and 8B, the fuse element 100 is covered with a resist mask. For this reason, impurities are not implanted into the silicon layer 34 of the fuse element 100.

そして、レジストマスク60を除去した後、熱処理を行い、エクステンション、Deep SD領域を活性化させる。熱処理条件は、例えば1050℃、0秒である。この時、NチャネルMOSFET形成領域のLaは、高誘電率ゲート絶縁膜26の中へ拡散する。これにより、NチャネルMOSFETには、La含有高誘電率絶縁膜27が形成される。   Then, after removing the resist mask 60, heat treatment is performed to activate the extension and deep SD regions. The heat treatment conditions are, for example, 1050 ° C. and 0 seconds. At this time, La in the N channel MOSFET formation region diffuses into the high dielectric constant gate insulating film 26. Thereby, the La-containing high dielectric constant insulating film 27 is formed in the N-channel MOSFET.

次に図9(a)に示すように、NiPt膜68を、例えばスパッタリング法により形成する。そして、熱処理により、1次シリサイド層を形成した後、余剰NiPt膜68を王水により除去し、更に熱処理を施すことにより、図9(b)に示すように2次シリサイド層であるNiPtSi膜であるシリサイド層72,73を形成する。シリサイド層72,73としては、NiPtSiの他に、NiSi、PtSi等を用いることができる。   Next, as shown in FIG. 9A, a NiPt film 68 is formed by, for example, a sputtering method. Then, after forming a primary silicide layer by heat treatment, the surplus NiPt film 68 is removed with aqua regia and further heat treated, thereby forming a NiPtSi film as a secondary silicide layer as shown in FIG. 9B. Some silicide layers 72 and 73 are formed. As the silicide layers 72 and 73, NiSi, PtSi, or the like can be used in addition to NiPtSi.

続いて、図10(a)に示すように、コンタクトエッチングストッパー膜74を成膜する。コンタクトエッチングストッパー膜74は例えばシリコン窒化膜であり、その膜厚は10nm以上100nm以下である。そして、図10(b)に示すように、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜76を成膜する。さらに、コンタクトプラグ78、80、82を形成することにより、図1の半導体装置1が得られる。   Subsequently, as shown in FIG. 10A, a contact etching stopper film 74 is formed. The contact etching stopper film 74 is a silicon nitride film, for example, and has a film thickness of 10 nm to 100 nm. Then, as shown in FIG. 10B, an interlayer insulating film 76 made of a silicon oxide film is formed. Further, by forming the contact plugs 78, 80, 82, the semiconductor device 1 of FIG. 1 is obtained.

次に、本実施形態の作用及び効果を説明する。本実施形態におけるヒューズ素子100は、シリコン層34と金属膜28の間に、絶縁膜30が介在している。このため、ヒューズ素子100を切断するためにコンタクトプラグ80からコンタクトプラグ82へ電流を流した場合、電流は金属膜28に流れずに、シリサイド層73に流れる。したがって、シリサイド層73に過電流を流すことができ、シリサイド層73にダイシリサイド層や断絶した部分が形成され、シリサイド層73が高抵抗化する。シリサイド層73が高抵抗化すると、コンタクトプラグ80とコンタクトプラグ82の間に電圧をかけてもシリサイド層73に電流が流れにくくなる。また、シリコン層34と金属膜28の間に絶縁膜30が介在しているため、シリサイド層73に電流が流れにくくなっても金属層28に電流が流れることが抑制される。従って、ヒューズ素子100には電流が流れにくい。従って、ヒューズ素子100は高抵抗化する。この抵抗差を用いて、ヒューズ素子100にヒューズとしての機能を確実に与えることができる。   Next, the operation and effect of this embodiment will be described. In the fuse element 100 according to the present embodiment, an insulating film 30 is interposed between the silicon layer 34 and the metal film 28. Therefore, when a current is passed from the contact plug 80 to the contact plug 82 in order to cut the fuse element 100, the current flows to the silicide layer 73 without flowing to the metal film 28. Therefore, an overcurrent can be passed through the silicide layer 73, a disilicide layer or a disconnected portion is formed in the silicide layer 73, and the silicide layer 73 has a high resistance. When the resistance of the silicide layer 73 is increased, it becomes difficult for a current to flow through the silicide layer 73 even when a voltage is applied between the contact plug 80 and the contact plug 82. In addition, since the insulating film 30 is interposed between the silicon layer 34 and the metal film 28, the current is suppressed from flowing through the metal layer 28 even if the current does not easily flow through the silicide layer 73. Therefore, current does not easily flow through the fuse element 100. Therefore, the resistance of the fuse element 100 is increased. Using this resistance difference, the fuse element 100 can be reliably given a function as a fuse.

本実施形態のヒューズ素子100は、シリコン層34と金属膜28の間に、絶縁膜30が介在する点以外は、NチャネルMOSFET、PチャネルMOSFETと同様の構成を有する。このため、製造プロセスを複雑化することなく、素子形成領域におけるNチャネルMOSFET、PチャネルMOSFETと同時に製造可能である。したがって、製造コストが増大することを抑制できる。   The fuse element 100 of this embodiment has the same configuration as that of the N-channel MOSFET and the P-channel MOSFET except that the insulating film 30 is interposed between the silicon layer 34 and the metal film 28. Therefore, it can be manufactured simultaneously with the N-channel MOSFET and the P-channel MOSFET in the element formation region without complicating the manufacturing process. Therefore, it can suppress that manufacturing cost increases.

なお、図11(b)において、特許文献1の技術に、特許文献2のMIPS構造を単純に適用する際、ヒューズ素子に金属電極114を設けない構成とすることも考えられる。しかしながら、かかる構成では素子形成部に設けられたトランジスタ(不図示)に対して、ヒューズ素子の高さが低くなってしまう。このような高さの違いは、その後の層間絶縁膜形成工程において段差を生じで悪影響を与える。さらに、製造プロセスが複雑になるという問題もある。   In FIG. 11B, when the MIPS structure of Patent Document 2 is simply applied to the technique of Patent Document 1, a configuration in which the metal electrode 114 is not provided in the fuse element may be considered. However, in such a configuration, the height of the fuse element is lower than that of a transistor (not shown) provided in the element formation portion. Such a difference in height causes a step in the subsequent interlayer insulating film forming process, which has an adverse effect. Furthermore, there is a problem that the manufacturing process becomes complicated.

これに対して本実施形態のヒューズ素子100では、シリコン層34と金属膜28の間に、絶縁膜30が介在する点以外は、NチャネルMOSFET、PチャネルMOSFETと同様の構成を有するため、ヒューズ素子とMOSFETの高さは略同一であり、その後の工程に与える影響はない。   On the other hand, the fuse element 100 according to the present embodiment has the same configuration as the N-channel MOSFET and the P-channel MOSFET except that the insulating film 30 is interposed between the silicon layer 34 and the metal film 28. The height of the element and the MOSFET is substantially the same, and there is no influence on subsequent processes.

本発明による半導体装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態でヒューズ素子のシリコン層34をノンドープとした例を示したが、本発明の構成は、ヒューズ素子100にヒューズとして機能するために必要な抵抗差を与えられる範囲内であれば、P型またはN型の不純物がドーピングされていてもよい。   The semiconductor device according to the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, in the above-described embodiment, an example in which the silicon layer 34 of the fuse element is non-doped has been shown. , P-type or N-type impurities may be doped.

1 半導体装置
10 半導体基板
12 素子分離絶縁膜(STI)
14 素子分離絶縁膜(STI)
16 P型ウエル
18 N型ウエル
20 界面絶縁膜
22 La膜
24、32、42、46、50、56、60 レジストマスク
26 高誘電率ゲート絶縁膜
27 La含有高誘電率ゲート絶縁膜
28 金属膜
30 絶縁膜
35 シリコン層
34 シリコン電極
37 シリコン電極
40 ハードマスク
44 オフセットスペーサー膜
48 エクステンション領域
52 エクステンション領域
54 サイドウォールスペーサー膜
58 Deep SD領域
62 Deep SD領域
64 ゲート絶縁膜
65 ゲート絶縁膜
66 ゲート電極
67 ゲート電極
68 NiPt膜
72、73 シリサイド層
74 コンタクトエッチングストッパー膜
76 層間絶縁膜
78 コンタクトプラグ
80 コンタクトプラグ
82 コンタクトプラグ
100 ヒューズ素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 10 Semiconductor substrate 12 Element isolation insulating film (STI)
14 Device isolation insulating film (STI)
16 P-type well 18 N-type well 20 Interfacial insulating film 22 La film 24, 32, 42, 46, 50, 56, 60 Resist mask 26 High dielectric constant gate insulating film 27 La-containing high dielectric constant gate insulating film 28 Metal film 30 Insulating film 35 Silicon layer 34 Silicon electrode 37 Silicon electrode 40 Hard mask 44 Offset spacer film 48 Extension region 52 Extension region 54 Side wall spacer film 58 Deep SD region 62 Deep SD region 64 Gate insulating film 65 Gate insulating film 66 Gate electrode 67 Gate Electrode 68 NiPt film 72, 73 Silicide layer 74 Contact etching stopper film 76 Interlayer insulating film 78 Contact plug 80 Contact plug 82 Contact plug 100 Fuse element

Claims (11)

基板上にヒューズ素子を備える半導体装置であって、
前記ヒューズ素子は、
金属膜と、
前記金属膜の上に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に設けられたシリコン層と、
前記シリコン層の上の少なくとも一部を覆うシリサイド層と、
からなることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device comprising a fuse element on a substrate,
The fuse element is:
A metal film,
An insulating film provided on the metal film;
A silicon layer provided on the insulating film;
A silicide layer covering at least a part of the silicon layer;
A semiconductor device comprising:
請求項1に記載の半導体装置において、
前記絶縁膜はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、HfSiON、HfO、ZrO、HfAlO、Alから選ばれる少なくとも一つを有する半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device has at least one selected from a silicon oxide film, a silicon nitride film, HfSiON, HfO 2 , ZrO 2 , HfAlO, and Al 2 O 3 as the insulating film.
請求項1または2に記載の半導体装置において、
前記ヒューズ素子は、前記基板と前記金属膜との間に位置するゲート絶縁膜をさらに含むことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The fuse device further includes a gate insulating film located between the substrate and the metal film.
請求項1乃至3いずれかに記載の半導体装置において、
前記基板は、素子分離領域と素子形成領域とに区画されており、
前記素子分離領域の少なくとも一部に前記ヒューズ素子を備え、
前記素子形成領域には、金属ゲート電極を有するMOSトランジスタをさらに備えることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The substrate is partitioned into an element isolation region and an element formation region,
The fuse element is provided in at least a part of the element isolation region,
The device forming region further includes a MOS transistor having a metal gate electrode.
請求項4に記載の半導体装置において、
前記MOSトランジスタは、
前記基板の上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の上に設けられた前記金属ゲート電極と、
前記金属ゲート電極の上に設けられたシリコン電極と、
前記シリコン電極の上に設けられたシリサイド層と、
を含む半導体装置。
The semiconductor device according to claim 4,
The MOS transistor is
A gate insulating film provided on the substrate;
The metal gate electrode provided on the gate insulating film;
A silicon electrode provided on the metal gate electrode;
A silicide layer provided on the silicon electrode;
A semiconductor device including:
請求項1乃至5いずれかに記載の半導体装置において、
前記ヒューズ素子の前記シリサイド層上に、互いに間隔を隔てて配置された第1のコンタクトプラグおよび第2のコンタクトプラグを有し、
前記第1のコンタクトプラグと前記第2のコンタクトプラグは、前記シリサイド層により電気的に接続されている半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A first contact plug and a second contact plug which are spaced apart from each other on the silicide layer of the fuse element;
The semiconductor device in which the first contact plug and the second contact plug are electrically connected by the silicide layer.
請求項1乃至5いずれかに記載の半導体装置において、
前記ヒューズ素子のシリサイド層上に、互いに間隔を隔てて配置された第1のコンタクトプラグおよび第2のコンタクトプラグを有し、
前記第1のコンタクトプラグと前記第2のコンタクトプラグの間において、前記シリサイド層がダイシリサイド化又は断絶した領域を有している半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A first contact plug and a second contact plug which are spaced apart from each other on the silicide layer of the fuse element;
A semiconductor device in which the silicide layer has a disilicided or disconnected region between the first contact plug and the second contact plug.
基板上にヒューズ素子を備える半導体装置の製造方法であって、
前記基板の上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜の上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上にシリコン層を形成する工程と、
前記シリコン層の上にシリサイド層を形成する工程と、を含み、
前記ヒューズ素子は、前記金属膜、前記絶縁膜、前記シリコン層、及び前記シリサイド層を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device comprising a fuse element on a substrate,
Forming a metal film on the substrate;
Forming an insulating film on the metal film;
Forming a silicon layer on the insulating film;
Forming a silicide layer on the silicon layer,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the fuse element includes the metal film, the insulating film, the silicon layer, and the silicide layer.
請求項8に記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板は、前記ヒューズ素子が少なくとも一部に形成される素子分離領域と、MOSトランジスタが形成される素子形成領域とに区画されており、
前記基板の上に前記金属膜を形成する工程は、前記素子分離領域において前記ヒューズ素子の前記金属膜を形成すると同時に、前記素子形成領域において前記MOSトランジスタの金属ゲート電極を形成する工程を含み、
前記金属膜の上に前記絶縁膜を形成する工程において、前記素子分離領域において前記ヒューズ素子の前記金属膜の上に前記絶縁膜を形成し、かつ前記金属ゲート電極の上に前記絶縁膜を形成せず、
前記絶縁膜の上に前記シリコン層を形成する工程は、前記素子分離領域において前記ヒューズ素子の前記絶縁膜の上にシリコン層を形成すると同時に、前記素子形成領域において前記MOSトランジスタの前記金属ゲート電極の上にシリコン電極を形成する工程と、を含む半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 8,
The substrate is partitioned into an element isolation region in which the fuse element is formed at least in part and an element formation region in which a MOS transistor is formed,
Forming the metal film on the substrate includes forming the metal film of the fuse element in the element isolation region and simultaneously forming the metal gate electrode of the MOS transistor in the element formation region;
In the step of forming the insulating film on the metal film, the insulating film is formed on the metal film of the fuse element and the insulating film is formed on the metal gate electrode in the element isolation region. Without
The step of forming the silicon layer on the insulating film forms a silicon layer on the insulating film of the fuse element in the element isolation region, and at the same time, forms the metal gate electrode of the MOS transistor in the element forming region. Forming a silicon electrode on the substrate. A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項8または9に記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板の上に前記金属膜を形成する工程の前に、前記基板の上にゲート絶縁膜を形成する工程をさらに含む、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 8 or 9,
A method of manufacturing a semiconductor device, further comprising a step of forming a gate insulating film on the substrate before the step of forming the metal film on the substrate.
請求項10に記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板の上に前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、前記素子分離領域に前記金属層の下に位置するゲート絶縁膜を形成すると同時に、前記素子形成領域に前記MOSトランジスタのゲート絶縁膜を形成する工程を含む、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 10,
The step of forming the gate insulating film on the substrate forms a gate insulating film located below the metal layer in the element isolation region and simultaneously forms a gate insulating film of the MOS transistor in the element forming region. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012086104A1 (en) * 2010-12-22 2012-06-28 パナソニック株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing same

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