JPH0387061A - Semiconductor device - Google Patents
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- JPH0387061A JPH0387061A JP1175167A JP17516789A JPH0387061A JP H0387061 A JPH0387061 A JP H0387061A JP 1175167 A JP1175167 A JP 1175167A JP 17516789 A JP17516789 A JP 17516789A JP H0387061 A JPH0387061 A JP H0387061A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、抵抗値が印加電界により不可逆的に、高抵抗
より低抵抗へ変化する半導体装置で、特に電気的にプロ
グラム可能な読み出し専用記憶素子を有する半導体装置
に関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device whose resistance value changes irreversibly from a high resistance to a low resistance due to an applied electric field, and particularly to an electrically programmable read-only memory. The present invention relates to a semiconductor device having an element.
[従来の技術]
従来、抵抗値が印加電界により不可逆的に、高抵抗より
低抵抗へ変化する半導体装置として、アモルファスシリ
コン層を電極間に挿入した、いわゆる、アンクイフユー
ズ素子が用いられてきた。[Prior Art] Conventionally, a so-called uncuff use element, in which an amorphous silicon layer is inserted between electrodes, has been used as a semiconductor device whose resistance value irreversibly changes from high resistance to low resistance due to an applied electric field. .
特に、電気的にプログラム可能な読み出し専用記憶素子
に、アンタイフユーズ素子を用いる場合、読み出し専用
記憶素子回路を簡単に構成する為、各々の記憶素子部に
ダイオードを付加する方法が用いられてきた。そのダイ
オードの形成の方法は、不純物濃度の薄いN形半導体層
上に、プラチナを用いたショットキー接合層を形成する
ちのであった。In particular, when an untied fuse element is used in an electrically programmable read-only memory element, a method of adding a diode to each memory element has been used in order to easily configure a read-only memory element circuit. . The method for forming the diode was to form a Schottky junction layer using platinum on an N-type semiconductor layer with a low impurity concentration.
第1の従来例として、シリコン基板内に設けられた拡散
層を、記憶素子の一方の電極として用いる場合について
、第2図を用いて、説明する。第2図は、従来の半導体
装置を示す主要断面図を示し、図において、201はシ
リコン等からなるP形半導体基板、202はフィールド
絶縁膜となる選択酸化膜、203はN゛形拡散層、20
4はジノコン酸化膜等からなる層間絶縁膜、205はN
−形拡敢層、206はプラチナシリサイド層、207は
アモルファスシリコン膜、208は金属配線膜を示す。As a first conventional example, a case where a diffusion layer provided in a silicon substrate is used as one electrode of a memory element will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a main cross-sectional view of a conventional semiconductor device. In the figure, 201 is a P-type semiconductor substrate made of silicon or the like, 202 is a selective oxide film that becomes a field insulating film, 203 is an N-type diffusion layer, 20
4 is an interlayer insulating film made of a Zinocon oxide film, etc., 205 is N
206 is a platinum silicide layer, 207 is an amorphous silicon film, and 208 is a metal wiring film.
この素子は、下部電極として、N゛形拡散層203と接
触しているN−形拡散層205の上に、プラチナシリサ
イド層206、アモルファスシリコン膜207及び上部
電極である金属配線層208が積層されているものであ
る。この様に構成することによって、電極間に、アモル
ファスシリコン膜がなだれ降伏をおこす以上の電界を印
加し、その時、発生するジュール熱【、こより、アモル
ファスシリコン膜の一部が変化する。このような事によ
って、形成された低抵抗領域、かつ、プラチナシリサイ
ド層とN−形拡散層間のショットキーダイオードの整流
性により、従来の電気的にプログラム可能な読み出し専
用記憶素子がつくられていた。In this element, a platinum silicide layer 206, an amorphous silicon film 207, and a metal wiring layer 208 as an upper electrode are stacked on an N-type diffusion layer 205, which serves as a lower electrode and is in contact with an N-type diffusion layer 203. It is something that With this configuration, an electric field greater than that which causes avalanche breakdown of the amorphous silicon film is applied between the electrodes, and a part of the amorphous silicon film changes due to the Joule heat generated at that time. As a result, a conventional electrically programmable read-only memory element was created due to the low resistance region formed and the rectifying properties of the Schottky diode between the platinum silicide layer and the N-type diffusion layer. .
第2の従来例として、U、S、PAT’ENTNo、
4442507の様に、シリコン基板上に設けられた多
結晶シリコン層を、記憶素子の一方の電極として用いる
場合について説明する。この素子は、不純物濃度の高い
N形にドープされた多結晶シリコン層上に、不純物濃度
の低いN形にドープされた多結晶シリコン層を設け、そ
の上に、プラチナシリサイド層、アモルファスシリコン
膜、及び、上部電極である金属配線を積層したものであ
り、プラチナシリサイド層と不純物濃度の低いN形ドー
プされた多結晶シリコン層間のショットキーダイオード
を用いるちのであった。As a second conventional example, U, S, PAT'ENTNo,
A case will be described in which a polycrystalline silicon layer provided on a silicon substrate is used as one electrode of a memory element, as in No. 4442507. In this device, an N-type doped polycrystalline silicon layer with a low impurity concentration is provided on an N-type doped polycrystalline silicon layer with a high impurity concentration, and a platinum silicide layer, an amorphous silicon film, It is a stack of metal interconnects serving as the upper electrode, and uses a Schottky diode between a platinum silicide layer and an N-type doped polycrystalline silicon layer with a low impurity concentration.
[発明が解決しようとする課題]
しかし、前述の従来技術では、ショットキー接合をつく
るために、不純物濃度の薄いN形拡散層を設けている事
により、下記の問題点を有している。[Problems to be Solved by the Invention] However, the above-mentioned conventional technology has the following problems due to the provision of an N-type diffusion layer with a low impurity concentration in order to create a Schottky junction.
■ プログラム後の抵抗値が、不純物濃度の薄いN形拡
散層の抵抗の分だけ高くなる事。(実施例1及び2)
■ 同一下部電極上に、直列にプログラム素子を形成し
た場合に、下部電極抵抗が、不純物濃度の薄いN形拡敢
層の分だけ、さらに抵抗値が高くなる事。(実施例1)
■ 薄いN形拡散層の抵抗値は、電圧変調を受けやすい
ため、動作状態において、プログラム後の抵抗値が変動
し易い事、(実施例1)■ ショットキー接合をつくる
ための薄いN形拡散層を設ける際、合わせ余辛谷を見込
む必要があり、パターン面積が広くなる事、(実施例1
)そこで、本発明は、このような問題点を解決するもの
で、その目的とするところは、プログラム後の抵抗値を
低く、安定していて、かつ、パターン面積が狭い、抵抗
値が印加電界により不可逆的に、高抵抗より低抵抗へ変
化し、がっ、変化後に、整流性を有する半導体装置を提
供するところにある。■ The resistance value after programming increases by the resistance of the N-type diffusion layer with a low impurity concentration. (Examples 1 and 2) ■ When programming elements are formed in series on the same lower electrode, the lower electrode resistance becomes higher by the amount of the N-type expansion layer with a lower impurity concentration. (Example 1) ■ The resistance value of the thin N-type diffusion layer is easily subject to voltage modulation, so the resistance value after programming tends to fluctuate in the operating state. (Example 1) ■ To create a Schottky junction When providing a thin N-type diffusion layer, it is necessary to take into account the overlapping valley, which increases the pattern area (Example 1).
) Therefore, the present invention aims to solve these problems, and its purpose is to make the resistance value after programming low and stable, the pattern area is narrow, and the resistance value is low and stable in the applied electric field. The object of the present invention is to provide a semiconductor device which irreversibly changes from high resistance to low resistance and has rectifying properties after the change.
[課題を解決するための手段]
本発明の半導体装置は、第一導電形を有する半導体層上
に積層された第一導電形と異なる第二導電形の不純物を
格子間に含む半導体層と、上部電極層とからなる事を特
徴とする。[Means for Solving the Problems] A semiconductor device of the present invention includes: a semiconductor layer laminated on a semiconductor layer having a first conductivity type and containing an impurity of a second conductivity type different from the first conductivity type in the lattice; It is characterized by consisting of an upper electrode layer.
[作 用1
本発明の上記の構成によれば1例えば、N形の半導体上
に積層された、不純物濃度の薄いP形不純物を含む、ア
モルファス半導体膜ないしは多結晶半導体膜ないしは、
イオン打ち込みなどにより結晶破壊された半導体膜は、
プログラム前は、非結晶あるいは多結晶の半導体膜の格
子間にP形不純物が存在し、電気的に不活性である。こ
のために、電圧印加方向によらず高抵抗を示す、しかし
、−世、上記積層膜に高電界を印加し、なだれ降伏を生
じさせ、過大な電流を流す事によって発生するジュール
熱により、不純物濃度の薄いP形不純物を含むプログラ
ム膜の一部の結晶構造が変化するとともに、P形不純物
が活性化し、高抵抗体であった上記積層膜は、順方向特
性の抵抗値の低いダイオードへと転するものである。[Function 1 According to the above structure of the present invention 1 For example, an amorphous semiconductor film or a polycrystalline semiconductor film or a polycrystalline semiconductor film containing a P-type impurity with a low impurity concentration, laminated on an N-type semiconductor,
Semiconductor films whose crystals have been destroyed by ion implantation, etc.
Before programming, P-type impurities exist between the lattices of the amorphous or polycrystalline semiconductor film, and it is electrically inactive. For this reason, it exhibits high resistance regardless of the direction of voltage application. As the crystal structure of a part of the program film containing a low concentration of P-type impurities changes, the P-type impurities become activated, and the above-mentioned laminated film, which was a high resistance element, becomes a diode with a low resistance value of forward characteristics. It is something that changes.
第1図は、本発明の第1の実施例における半導体装置の
主要断面図を示し、101はシリコン等からなるP形半
導体基板、102はフィールド絶縁膜を示し、シリコン
酸化膜等からなる選択酸化膜、103はNo形拡散層、
104はシリコン酸化膜等からなる層間絶縁膜、105
は、P形不純物を含むアモルファスシリコン膜、106
はアルミニウム、Mo、Ti、W等の高融点金属あるい
はその高融点金属のシリサイド等の単層または積層から
なる金属配線膜である。このように下部電極であるN″
″形拡散拡散層103上形不純物を含むアモルファスシ
リコン膜105、及び上部電極である金属配線膜106
を積層した構造をとる事により、作用で説明した様に、
プログラム前に高抵抗であったプログラム素子が、プロ
グラムする事によって、整流性を持つ素子となる6次に
、本実施例の製造方法について、詳細な説明を行なう。FIG. 1 shows a main cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, in which 101 is a P-type semiconductor substrate made of silicon or the like, 102 is a field insulating film, and selective oxidation film made of silicon oxide film or the like is shown. membrane, 103 is a No type diffusion layer,
104 is an interlayer insulating film made of silicon oxide film or the like; 105
is an amorphous silicon film containing P-type impurities, 106
is a metal wiring film made of a single layer or a laminated layer of a high melting point metal such as aluminum, Mo, Ti, W, etc. or a silicide of the high melting point metal. In this way, the lower electrode N″
”-shaped diffusion layer 103, an amorphous silicon film 105 containing impurities, and a metal wiring film 106 serving as an upper electrode.
By adopting a laminated structure, as explained in the action,
A program element that has a high resistance before programming becomes an element with rectifying properties by programming.6 Next, a detailed explanation will be given of the manufacturing method of this embodiment.
まず、P形半導体基板101上に、選択酸化膜102を
形成後、プログラム素子の下部電極となるN3形拡散層
103を、イオン打ち込み法により、燐を60keyで
、4×10口cm−”、ジノコンからなるP形半導体基
板101に打ち込み、熱アニールな行なう事によって形
成する6次に、CVD法により、シリコン酸化膜を堆積
し、層間絶縁II! 104をつくり、N0形拡散層1
03と直接、接続をとるために必要な開口部、及び、プ
ログラム素子の主要部であるP形不純物を含むアモルフ
ァスシリコンIt! 105を介して接続をとるために
必要な開口部を形成したのち、CVD法により560℃
の低温状態でSiH+を分解することによって、アモル
ファスシリコン膜を1500人堆積し、次に、イオン打
ち込み法により、所望のダイオード特性が得られる様に
、濃化硼素を、60kevで、l O” 〜101″c
m−”の範囲で打ち込むことにより、P形不純物を含む
アモルファスシリコン膜l○5を形成する。最後に、所
望のパターンにアモルファスシリコン膜を加工したのち
、バリアメタルとアルミニウムの積層膜を、スパッター
法により埋積し、所望のパターンに加工し、金属配線膜
106を形成する。First, after forming a selective oxide film 102 on a P-type semiconductor substrate 101, an N3-type diffusion layer 103, which will become the lower electrode of the program element, is formed by ion implantation using 60 keys of phosphorus to form a 4×10 cm-” Next, a silicon oxide film is deposited by the CVD method to form an interlayer insulation II! 104, and an N0 type diffusion layer 1 is formed by implanting into a P type semiconductor substrate 101 made of Zinocon and performing thermal annealing.
03 and the amorphous silicon It! containing P-type impurities, which is the main part of the program element. After forming the openings necessary to make the connection through the
An amorphous silicon film was deposited by decomposing SiH+ at a low temperature of 1,500 mL, and then enriched boron was added at 60 keV by ion implantation to obtain the desired diode characteristics. 101″c
m-", an amorphous silicon film l○5 containing P-type impurities is formed.Finally, after processing the amorphous silicon film into a desired pattern, a laminated film of barrier metal and aluminum is sputtered. The metal wiring film 106 is formed by filling the metal wiring film 106 using a method and processing it into a desired pattern.
以上の工程を経て、本発明の抵抗値が印加電界により不
可逆的に、高抵抗より低抵抗へ変化し、かつ、整流性を
持つ素子が形成される。Through the above steps, an element of the present invention whose resistance value irreversibly changes from high resistance to low resistance due to an applied electric field and has rectifying properties is formed.
ここで、選択酸化膜102は、いわゆるLOCO3法に
より形成される以外に、半導体基板に溝を形成して、そ
の溝に絶縁物等を埋め込んだ、いわゆる溝掘り素子分離
領域に用いられる構造としてもよい、さらに、バリアメ
タルとはMo、Ti、W等の高融点金属、その高融点金
属のシリサイドまたはその高融点金属の窒化物等を用い
るものである。そして、このバリアメタルは通常アルミ
ニウムの下側に位置する。Here, the selective oxide film 102 is formed not only by the so-called LOCO3 method, but also by forming a groove in a semiconductor substrate and filling the groove with an insulator, which is a structure used in a so-called grooved element isolation region. Furthermore, the barrier metal is one using a high melting point metal such as Mo, Ti, or W, a silicide of the high melting point metal, or a nitride of the high melting point metal. This barrier metal is usually located below the aluminum.
次に、上記素子の電気特性について説明する。Next, the electrical characteristics of the above element will be explained.
試作例として、濃化硼素を60keyで1×10110
1fi”打ち込んだP形不純物を含むアモルファスシリ
コン膜を使用し、かつ、アモルファスシリコン膜を被着
している箇所のスルーホール径が1.2μm1の場合に
ついて述べる。第3図(a)は、プログラム前の電気特
性を示し、第3図(b)は、電界を印加しなだれ降伏を
生じさせ、2〜3mA電流を流す事によりプログラムし
たプログラム後の電気特性を示す、プログラム前の電気
特性は、電圧印加方向に対して、はぼ対称で、5Vで、
1OnAの電流が流れる程度の高抵抗体である。しかし
、−担、電圧を印加してプログラムすると、アモルファ
スシリコン膜上のアルミニウム膜である上部電極に正電
圧を印加した場合、順方向特性を示し、負電圧を印加し
た場合、逆方向特性を示す、ちなみに、不純物を含まな
いアモルファスシリコン膜の場合は、プログラム後、電
圧印加方向に対して、はぼ対称な低抵抗体となる0以上
の電気特性の変化は、作用で説明した様に、アモルファ
スシリコン膜の一部が、電流によって発生したジュール
熱により、構造変化が生じ、かつ、P形不純物が活性化
し、下部電極であるN′″拡散層との間にP−Nのダイ
オードが形成されたためであると考えられる。As a prototype example, concentrated boron is 1×10110 with 60 keys.
A case will be described in which an amorphous silicon film containing P-type impurities implanted with 1fi" is used, and the diameter of the through hole at the location covered with the amorphous silicon film is 1.2 μm1. Figure 3 (a) shows the program Figure 3(b) shows the electrical characteristics after programming by applying an electric field to cause avalanche breakdown and flowing a current of 2 to 3 mA.The electrical characteristics before programming are as follows: Almost symmetrical with respect to the direction of application, at 5V,
It is a high resistance material that allows a current of 1 OnA to flow through it. However, when programmed by applying a negative voltage, it exhibits forward characteristics when a positive voltage is applied to the upper electrode, which is an aluminum film on an amorphous silicon film, and reverse characteristics when a negative voltage is applied. , Incidentally, in the case of an amorphous silicon film that does not contain impurities, after programming, a change in electrical properties of 0 or more that becomes a low resistance object that is almost symmetrical with respect to the direction of voltage application is due to the amorphous silicon film, as explained in the operation. A part of the silicon film undergoes a structural change due to the Joule heat generated by the current, and the P-type impurity is activated, forming a P-N diode between it and the N''' diffusion layer that is the lower electrode. This is thought to be due to
本発明の第2の実施例は、下部電極として、N0形拡散
層のかわりに、酸化膜上のN0形多結晶シリコン膜を使
用するものである。第4図は、本発明の第2の実施例に
おける半導体装置の主要断面図を示し、401はP形半
導体基板、402は選択酸化膜、403はN3形多結晶
シリコン膜、404は層間絶縁膜、405はP形不純物
を含むアモルファスシリコン膜、406は前述の実施例
のように、例えばパリアメクル上にアルミニウムを設け
た2層構造の金属配線膜である。この様に、酸化膜上の
N“形番結晶シリコン膜を用いる事によって、パターン
レイアウト上の自由度が増えるのみならず、下部電極と
してのN′″形多結晶シリコンがシリコン酸化膜等の絶
縁膜により周囲を囲まれているのでプログラム時に発生
したジュール熱かにげにくいため、より低い電流で、プ
ログラムする事ができる。A second embodiment of the present invention uses an N0 type polycrystalline silicon film on an oxide film as the lower electrode instead of the N0 type diffusion layer. FIG. 4 shows a main cross-sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, in which 401 is a P-type semiconductor substrate, 402 is a selective oxide film, 403 is an N3-type polycrystalline silicon film, and 404 is an interlayer insulating film. , 405 is an amorphous silicon film containing P-type impurities, and 406 is a metal interconnection film having a two-layer structure in which, for example, aluminum is provided on a pariah layer, as in the previous embodiment. In this way, by using an N'' type crystalline silicon film on an oxide film, not only does the degree of freedom in pattern layout increase, but also the N''' type polycrystalline silicon as the lower electrode can be used as an insulator such as a silicon oxide film. Since it is surrounded by a membrane, the Joule heat generated during programming is less likely to be dissipated, so it can be programmed with a lower current.
本発明の第3の実施例は、下部電極として、抵抗の低い
Mo、Ti、’W等の金属あるいはそれら金属の硅化物
である例えばMo5ia上にスルーホールを介し、その
上に、N0形多結晶シリコン及びP形アモルファスシリ
コン膜を設けたものである。第5図は、本発明の第3の
実施例における主要断面図を示し、501はP形半導体
基板、502は選択酸化膜等からなる絶縁膜、503は
MoSix膜、504は層間絶縁膜、505はN′″多
結晶シリコン膜、506はP形不純物を含むアモルファ
スシリコン膜、507は、金属配線膜である。In the third embodiment of the present invention, the lower electrode is made of a low-resistance metal such as Mo, Ti, or 'W, or a silicide of these metals, such as Mo5ia, through a through hole, and an N0 type polyamide It is provided with crystalline silicon and P-type amorphous silicon films. FIG. 5 shows a main cross-sectional view of the third embodiment of the present invention, in which 501 is a P-type semiconductor substrate, 502 is an insulating film made of a selective oxide film, 503 is a MoSix film, 504 is an interlayer insulating film, 505 506 is an amorphous silicon film containing P-type impurities, and 507 is a metal wiring film.
次に、製造方法について説明を行なう、まず、シリコン
等からなる半導体基板501上に、シリコン酸化膜から
なる絶縁膜502を形成後、プログラム素子の下部電極
となる金属膜503、例えば、M o S i zをス
パッターで、0.2μm形成し、所望のパターンに加工
する0次にCVD法によりシリコン酸化膜を堆積し、眉
間絶縁膜504をつくり、P形不純物を含むアモルファ
スシリコン膜506を被着する箇所に、スルーホールを
形成する0次に、多結晶シリコンを0.2μm形成した
後、燐を60keyで4 x 10 ”cm−”イオン
打ち込みを行ない、電気炉でアニールし、活性化し、N
形番結晶シリコン膜505を形成する0次に、CVD法
により、560℃の低温状態で、S I H4を分解す
る事により、アモルファスシリコン層を1500人形成
し、イオン打ち込み法により、所望のダイオード特性が
得られる様に、消化硼素を80keyでl X 10”
cm−” 〜1 x 10”cm−”の範囲で打ち込む
ことにより、P形不純物を含むアモルファスシリコンl
l@506を形成する。その後、上記、N形番結晶シリ
コン1!505’及びP形不純物を含むアモルファスシ
リコン膜506を、同時にエツチングする事によって、
所望のパターンに加工する。最後に、下部電極の金属膜
503と直接接続をとる箇所に、スルーホールを形成し
、バリアメタル膜及びアルミニウム膜を順に、スパック
−法により蒸着して金属配線膜507を形成したのち、
所望のパターンに加工する。Next, the manufacturing method will be explained. First, an insulating film 502 made of a silicon oxide film is formed on a semiconductor substrate 501 made of silicon or the like, and then a metal film 503, for example, MoS, which will become the lower electrode of the program element is formed. Form i z with a thickness of 0.2 μm by sputtering and process into the desired pattern. 0th order. Deposit a silicon oxide film by CVD method to create an insulating film 504 between the eyebrows, and deposit an amorphous silicon film 506 containing P-type impurities. After forming a 0.2 μm thick layer of polycrystalline silicon to form a through hole at the location where it will be formed, phosphorus is ion-implanted to a depth of 4 x 10 cm with a 60 key, annealed and activated in an electric furnace, and N
Forming a crystalline silicon film 505 Next, an amorphous silicon layer of 1,500 layers is formed by decomposing S I H4 at a low temperature of 560° C. using the CVD method, and a desired diode is formed using an ion implantation method. In order to obtain the characteristics, digested boron is 80 keys x 10”
cm-" to 1 x 10"cm-", amorphous silicon l containing P-type impurities is implanted.
Form l@506. After that, by simultaneously etching the N-type crystalline silicon 1!505' and the amorphous silicon film 506 containing P-type impurities,
Process into desired pattern. Finally, a through hole is formed at a location where a direct connection is made to the metal film 503 of the lower electrode, and a barrier metal film and an aluminum film are sequentially deposited by the sppack method to form a metal wiring film 507.
Process into desired pattern.
以上の工程を経て、本発明の絶縁破壊によるプログラム
可能な読み出し専用記憶素子が形成される。Through the above steps, the dielectric breakdown programmable read-only storage element of the present invention is formed.
本実施例は、P形半導体膜の製造方法として、CVD法
とイオン打ち込み法を用いたが、これはスパッタ法でも
構わない、又、CVD法ないしは、スパッタ中に不純物
を添加しても構わない。In this example, the CVD method and the ion implantation method were used as the method for manufacturing the P-type semiconductor film, but the sputtering method may also be used, or impurities may be added during the CVD method or sputtering. .
又、P形の多結晶シリコンないしは、イオン打ち込みな
どにより結晶破壊された多結晶シリコンや結晶シリコン
でも構わない、さらには、P形半導体膜を用いたが、下
部電極がP”散拡散層の場合は、N形半導体膜でも構わ
ない。Also, P-type polycrystalline silicon, polycrystalline silicon whose crystals have been destroyed by ion implantation, etc., or crystalline silicon may be used.Furthermore, although a P-type semiconductor film is used, if the lower electrode is a P'' diffused layer may be an N-type semiconductor film.
下部電極の金属膜として、Mo5itを用いたが、T
i S i zやW S i gでも構わない、またP
a l yc i de槽構造ち構わない、また、本実
施例において半導体基板はP形シリコンでもN形シリコ
ンでもどちらで6かまわない。Mo5it was used as the metal film of the lower electrode, but T
It doesn't matter if it's i S i z or W S i g, or P
Any alycide tank structure may be used, and in this embodiment, the semiconductor substrate may be either P-type silicon or N-type silicon.
本発明の第4の実施例は、下部電極として、抵抗の低い
金属あるいは硅化金属である例えばM。In a fourth embodiment of the present invention, the lower electrode is made of a low resistance metal or a metal silicide, such as M.
Si2上にN9多結晶シリコン膜を積層したものに、ス
ルーホールを介し、アモルファスシリコン膜を設けたも
のである。第6図は、本発明の第4の実施例における主
要断面図を示し、601はP形半導体基板、602は選
択酸化膜等からなる絶縁膜、603はMoSix膜、6
04はN4形多結晶シリコン膜、605は層間絶縁膜、
606は、P形不純物を含むアモルファスシリコン膜、
607は金属配線膜である。The N9 polycrystalline silicon film is laminated on Si2, and an amorphous silicon film is provided through a through hole. FIG. 6 shows a main sectional view in the fourth embodiment of the present invention, in which 601 is a P-type semiconductor substrate, 602 is an insulating film made of a selective oxide film, etc., 603 is a MoSix film, 6
04 is an N4 type polycrystalline silicon film, 605 is an interlayer insulating film,
606 is an amorphous silicon film containing P-type impurities;
607 is a metal wiring film.
次に、製造方法について説明を行なう、まず、シリコン
等からなる半導体基板601上に、シリコン酸化膜等か
らなる絶縁膜602を形成後、プログラム素子の下部電
極となる金属膜、例えば、Mo5iz 603をスパッ
ターで、0.2構m形成する。その上に、多結晶シリコ
ンを0.2μm形成した後、燐を60keyで4X10
’″cm−”イオン打ち込みを行ない、電気炉でアニー
ルし、N形番結晶シリコン膜604を形成する。次に、
金属111603及びN形番結晶シリコンll! 60
4を、所望の形状に、ホトエツチング技術により、加工
する。その後、CVD法により、シリコン酸化膜を堆積
し、層間絶縁膜605をつくり、P形不純物を含むアモ
ルファスシリコン膜606を被着する箇所に、スルーホ
ールを形成する0次に、CVD法により、560℃の低
温状態でS i H4を分解する事により、アモルファ
スシリコン層を1500^形成する。その後、イオン打
ち込み法により、所望のダイオード特性が得られる様に
、消化硼素を80keyでl X l o”am−”
〜I Xl○”cm−”の範囲で打ち込むことにより、
P形不純物を含むアモルファスシリコン膜606を形成
し、所望のパターンに加工する。最後に、下部電極の一
部であるN形番結晶シリコンII! 604と直接接続
をとる箇所に、スルーホールを形成し、バリアメタル膜
及びアルミニウム膜を順にスパッター法により蒸着して
金属配線膜607を形成したのち、所望のパターンに加
工する。Next, the manufacturing method will be explained. First, an insulating film 602 made of a silicon oxide film or the like is formed on a semiconductor substrate 601 made of silicon or the like, and then a metal film such as Mo5iz 603, which will become the lower electrode of the program element, is formed. Form 0.2 m by sputtering. After forming polycrystalline silicon to a thickness of 0.2 μm on top of that, 4×10 phosphorus was applied with 60 keys.
'cm-' ion implantation is performed and annealing is performed in an electric furnace to form an N-type crystalline silicon film 604. next,
Metal 111603 and N type crystal silicon ll! 60
4 is processed into a desired shape by photo-etching technology. Thereafter, a silicon oxide film is deposited by the CVD method to form an interlayer insulating film 605, and a through hole is formed at the location where the amorphous silicon film 606 containing P-type impurities is to be deposited. By decomposing S i H4 at a low temperature of 1500 °C, an amorphous silicon layer is formed. After that, by ion implantation method, digested boron was added with 80 keys to obtain the desired diode characteristics.
By typing in the range of ~I Xl○"cm-",
An amorphous silicon film 606 containing P-type impurities is formed and processed into a desired pattern. Finally, N-type crystalline silicon II, which is part of the lower electrode! A through hole is formed at a location to be directly connected to 604, and a barrier metal film and an aluminum film are sequentially deposited by sputtering to form a metal wiring film 607, which is then processed into a desired pattern.
以上の工程を経て、本発明の絶縁破壊によるプログラム
可能な読み出し専用記憶素子が形成される。Through the above steps, the dielectric breakdown programmable read-only storage element of the present invention is formed.
本実施例は、P形半導体膜の製造方法として、CVD法
とイオン打ち込み法を用いたが、これはスパッタ法で6
構わない。又、CVD法ないしは、スパッタ中に不純物
を添加しても構わない。In this example, the CVD method and the ion implantation method were used as the manufacturing method of the P-type semiconductor film, but this was replaced by the sputtering method.
I do not care. Further, impurities may be added during the CVD method or sputtering.
又、P形の多結晶シリコンないしは、イオン打ち込みな
どにより結晶破壊された多結晶シリコンや結晶シリコン
でも構わない、さらには、P形半導体膜を用いたが、下
部電極がP″″形拡散拡散層合は、N形半導体膜で6構
わない。Also, P-type polycrystalline silicon, polycrystalline silicon whose crystals have been destroyed by ion implantation, etc. or crystalline silicon may be used.Furthermore, although a P-type semiconductor film is used, the lower electrode may be a P'''' type diffusion layer. In that case, an N-type semiconductor film may be used.
下部電極の金属膜として、M o S i 2を用いた
が、T iS i aやW S i xでち構わない、
またPo l yc i de槽構造も構・わない、ま
た、本実施例において半導体基板はP形シリコンでもN
形シリコンでもどちらでもかまわない。Although M o S i 2 was used as the metal film of the lower electrode, TiS i a or W S i x may also be used.
In addition, a polycrystalline silicon tank structure may also be used. In this embodiment, the semiconductor substrate may be either P-type silicon or N-type silicon.
It doesn't matter if it's silicone or not.
第3及び第4の実施例のように、下部電極にMo、Ti
、W等の金属ないしはそれら金属の硅化物を用いること
によって、下部電極の抵抗値が下がり、直列にプログラ
ム領域を配列したりする場合に、少ないプログラム電流
でプログラムを行なう事ができる。As in the third and fourth embodiments, Mo and Ti are used in the lower electrode.
By using metals such as , W, or silicides of these metals, the resistance value of the lower electrode is lowered, and when programming areas are arranged in series, programming can be performed with a small programming current.
以上、本実施例の第1乃至第4は、P形不純物を格子間
に含む半導体膜として、CVD法とイオン打ち込み法に
よって形成された膜を用いたが、この膜の形成はスパッ
ター法で6構わない、又、P形不純物をイオン打ち込み
した多結晶シリコン膜ないしは、イオン打ち込みなどに
より結晶破壊された多結晶シリコンや結晶シリコンでも
構わない、さらには、P形不純物を格子間に含む半導体
膜を用いたが、下部電極がP4形散拡層の場合は、N形
不純物を格子間に含む半導体膜でも構わない。また、第
3及び第4の実施例において、下部電極の金属膜として
、Mo5iaを用いたが、TiSi2やW S i 2
やWやMoなどでち構わない、さらに、本実施例の第1
乃至第4において上部電極となる金属配線Ml 106
.406.507及び607はアルミニウム、W、Ti
、Mo等の高融点金属、それら高融点金属の硅化物(シ
リサイド)、それら高融点金属の窒化物の単層または積
層の膜を使えることは言うまで6ない0以上のように1
本発明は、上記実施例の第1乃至第4に限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
あることは、いうまでもない。As described above, in the first to fourth embodiments, films formed by the CVD method and the ion implantation method were used as the semiconductor films containing P-type impurities between the lattices, but this film was formed by the sputtering method. It does not matter, or it may be a polycrystalline silicon film into which P-type impurities are ion-implanted, or polycrystalline silicon or crystalline silicon whose crystals have been destroyed by ion implantation, or even a semiconductor film containing P-type impurities between the lattices. However, if the lower electrode is a P4 type diffusion layer, a semiconductor film containing an N type impurity between the lattices may be used. Further, in the third and fourth embodiments, Mo5ia was used as the metal film of the lower electrode, but TiSi2 or WSi2
, W, Mo, etc. may be used.Furthermore, the first
Metal wiring Ml 106 which becomes the upper electrode in the fourth to fourth
.. 406.507 and 607 are aluminum, W, Ti
It goes without saying that single or multilayer films of high melting point metals such as Mo, silicides of these high melting point metals, and nitrides of these high melting point metals can be used.
It goes without saying that the present invention is not limited to the first to fourth embodiments described above, and can be modified in various ways without departing from the gist thereof.
〔発明の効果]
以上述べたように本発明によれば、第一導電形を有する
半導体層上に積層された第一導電形と異なる第二導電形
の不純物を格子間に含む半導体層と、上部電極層からな
る構造であることにより。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a semiconductor layer laminated on a semiconductor layer having a first conductivity type and containing an impurity of a second conductivity type different from the first conductivity type in the lattice; Due to the structure consisting of an upper electrode layer.
プログラム膜の直下の第1導電形を有する半導体膜の抵
抗値が低く、かつ、電圧変調を受けず、構造が単純な為
、パターン面積が少なくてすみ、かつ、工程が簡単であ
るという効果を有する。The semiconductor film of the first conductivity type directly under the programming film has a low resistance value, is not subject to voltage modulation, and has a simple structure, so the pattern area is small and the process is simple. have
また、下部電極を基板上に設けた配線とすれば、ジュー
ル熱が有効に使われるため、より低い電流でプログラム
が可能である。さらには、下部電極としてMo、Ti、
W等の高融点金属やこの高融点金属の硅化物、例えばM
o5iz、Ti5ia、WSiiを用いれば、下部電極
の配線抵抗が低くなるため、高速動作が可能な読み出し
専用メモリ素子が得られるという効果がある。Furthermore, if the lower electrode is a wiring provided on the substrate, Joule heat is used effectively, so programming can be performed with a lower current. Furthermore, Mo, Ti,
High melting point metals such as W and silicides of these high melting point metals, such as M
If o5iz, Ti5ia, or WSii is used, the wiring resistance of the lower electrode is reduced, so there is an effect that a read-only memory element capable of high-speed operation can be obtained.
第1図は、本発明の半導体装置の第1の実施例を示す主
要断面図。
第2図は、従来の半導体装置を示す主要断面図。
第3図(a)、(b)は、本発明の半導体装置の電気特
性を示すグラフであり、第3図(a)は、プログラム前
の電気特性を示すグラフであり、第3図(b)はプログ
ラム後の電気特性を示すグラフである。
第4図は、本発明の半導体装置の第2の実施例を示す主
要断面図。
第5図は、本発明の半導体装置の第3の実施例を示す主
要断面図。
第6図は、本発明の半導体装置の第4の実施例を示す主
要断面図。
101 、401゜
102、402.
103 ・ ・ ・ ・ ・
501 、601
・・P形半導体基板
502.602
・・選択酸化膜
・・N′″形拡散拡
散層4、404、504、605
・・・・・・・層間絶縁膜
105、405、506、606
・・・・・・・P形不純物を含む
アモルファスシリコン
106.406.507.607
・・・・・・・金属配線膜
403.505,604
・・・・・・・N0形多結晶シリコン膜503.603
・・・Mo51□膜
201・・・・・・・P形半導体基板
202・・・・・・・選択酸化膜
203・・・・・・・N′″形拡散拡
散層204・・・・・層間絶縁膜
205・・・・・・・N−散拡散層
206・・・・・・・プラチナシリサイド層207・・
・・・・・アモルファスシリコン膜208・・・・・・
・金属配線層
以上
106
第
恥
(α)
(b)
予
記
算4凪
手続補正書
(自発)FIG. 1 is a main cross-sectional view showing a first embodiment of a semiconductor device of the present invention. FIG. 2 is a main cross-sectional view showing a conventional semiconductor device. 3(a) and 3(b) are graphs showing the electrical characteristics of the semiconductor device of the present invention, FIG. 3(a) is a graph showing the electrical characteristics before programming, and FIG. 3(b) is a graph showing the electrical characteristics before programming. ) is a graph showing the electrical characteristics after programming. FIG. 4 is a main sectional view showing a second embodiment of the semiconductor device of the present invention. FIG. 5 is a main cross-sectional view showing a third embodiment of the semiconductor device of the present invention. FIG. 6 is a main cross-sectional view showing a fourth embodiment of the semiconductor device of the present invention. 101, 401°102, 402. 103 ・ ・ ・ ・ 501 , 601 ・・P-type semiconductor substrate 502, 602 ・・・Selective oxide film ・・N′″ type diffusion layer 4, 404, 504, 605 ・・・・・Interlayer insulating film 105 , 405, 506, 606 ...... Amorphous silicon containing P-type impurities 106.406.507.607 ...... Metal wiring film 403.505, 604 ...... N0 Type polycrystalline silicon film 503.603
...Mo51□ film 201...P-type semiconductor substrate 202...Selective oxide film 203...N''' type diffusion layer 204... Interlayer insulating film 205...N-diffusion layer 206...Platinum silicide layer 207...
...Amorphous silicon film 208...
・Metal wiring layer and above 106th shame (α) (b) Budget 4 Nagi procedure amendment (voluntary)
Claims (5)
導電形と異なる第二導電形の不純物を格子間に含む半導
体層と、上部電極層からなる事を特徴とする半導体装置
。(1) A semiconductor device comprising a semiconductor layer laminated on a semiconductor layer having a first conductivity type and containing an impurity of a second conductivity type different from the first conductivity type in its lattice, and an upper electrode layer.
って、前記第二導電形の不純物を格子間に含む半導体層
が多結晶シリコンあるいはアモルファスシリコンあるい
は結晶破壊されたシリコンからなる事を特徴とする請求
項1記載の半導体装置。(2) The semiconductor layer having the first conductivity type is a diffusion layer, and the semiconductor layer containing impurities of the second conductivity type in the lattice is made of polycrystalline silicon, amorphous silicon, or crystal-destructed silicon. The semiconductor device according to claim 1, characterized in that:
された多結晶シリコン層であって、前記第二導電形の不
純物を格子間に含む半導体層が、多結晶シリコンあるい
はアモルファスシリコンあるいは結晶破壊されたシリコ
ンからなる事を特徴とする請求項1記載の半導体装置。(3) The semiconductor layer having the first conductivity type is a polycrystalline silicon layer doped with an impurity, and the semiconductor layer containing the impurity of the second conductivity type is polycrystalline silicon, amorphous silicon, or crystalline silicon. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is made of destroyed silicon.
された多結晶シリコン層であって、スルーホールを介し
て、下部にある金属層あるいは金属化合物層に接続して
いて、該第一導電形を有する半導体層上に、積層された
前記第二導電形の不純物を格子間に含む半導体層が、多
結晶シリコンあるいはアモルファスシリコンあるいは結
晶破壊されたシリコンからなる事を特徴とする請求項1
記載の半導体装置。(4) The semiconductor layer having the first conductivity type is a polycrystalline silicon layer doped with impurities, and is connected to the underlying metal layer or metal compound layer via a through hole, and the semiconductor layer has the first conductivity type. Claim 1, wherein the semiconductor layer laminated on the semiconductor layer having a conductivity type and containing an impurity of the second conductivity type in the lattice is made of polycrystalline silicon, amorphous silicon, or crystal-destructed silicon.
The semiconductor device described.
された多結晶シリコン層であって、該多結晶シリコン層
は、金属あるいは硅化金属層上に形成されていて、かつ
、スルーホールを介して、接続された前記第二導電形の
不純物を格子間に含む半導体層が、多結晶シリコンある
いはアモルファスシリコンあるいは結晶破壊されたシリ
コンからなる事を特徴とする請求項1記載の半導体装置
。(5) The semiconductor layer having the first conductivity type is an impurity-doped polycrystalline silicon layer, and the polycrystalline silicon layer is formed on a metal or metal silicide layer, and has through holes. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor layer including the impurity of the second conductivity type connected therebetween is made of polycrystalline silicon, amorphous silicon, or crystal-destructed silicon.
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| US07/419,657 US5093711A (en) | 1988-10-14 | 1989-10-11 | Semiconductor device |
| EP89118999A EP0365932B1 (en) | 1988-10-14 | 1989-10-12 | Semiconductor device |
| DE68917848T DE68917848T2 (en) | 1988-10-14 | 1989-10-12 | Semiconductor device. |
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- 1989-07-06 JP JP1175167A patent/JP2525672B2/en not_active Expired - Fee Related
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| KR950001758B1 (en) | 1995-02-28 |
| KR900007107A (en) | 1990-05-09 |
| JP2525672B2 (en) | 1996-08-21 |
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