JP2008227049A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008227049A JP2008227049A JP2007061520A JP2007061520A JP2008227049A JP 2008227049 A JP2008227049 A JP 2008227049A JP 2007061520 A JP2007061520 A JP 2007061520A JP 2007061520 A JP2007061520 A JP 2007061520A JP 2008227049 A JP2008227049 A JP 2008227049A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gate electrode
- film
- insulating film
- antifuse
- antifuse element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
【課題】プログラムが容易で、必要なスペースが少なく、かつ製造工程を簡略化できるアンチヒューズ素子を有する半導体装置を提供する。
【解決手段】アンチヒューズ素子は、第1の端子部22aと、第2の端子部22bと、第1の端子部22aと第2の端子部22bとの間に設けられたヒューズ本体部23とを備えている。第1の端子部22aに接続された部分と第2の端子部22bに接続された部分とで構成される。ヒューズ本体部23は、第1の端子部22aに接続された部分と、第2の端子部22bに接続された部分と、両部分の間に配置され、第1の端子部22aと第2の端子部とを実質的に絶縁状態にするアンチヒューズ接続部24とで構成されている。アンチヒューズ24は、第1の端子部22aと第2の端子部22bとの間に電圧を印加することにより不可逆的に導通させることができる。
【選択図】図1A semiconductor device having an antifuse element that is easy to program, requires less space, and can simplify the manufacturing process.
An antifuse element includes a first terminal portion 22a, a second terminal portion 22b, a fuse main body portion 23 provided between the first terminal portion 22a and the second terminal portion 22b, and It has. It consists of a portion connected to the first terminal portion 22a and a portion connected to the second terminal portion 22b. The fuse body portion 23 is disposed between the portion connected to the first terminal portion 22a, the portion connected to the second terminal portion 22b, and the first terminal portion 22a and the second terminal portion 22b. An antifuse connection portion 24 that substantially insulates the terminal portion. The antifuse 24 can be turned on irreversibly by applying a voltage between the first terminal portion 22a and the second terminal portion 22b.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に、シリサイド膜を有する半導体装置における電気的にプログラム可能なアンチヒューズ素子及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to an electrically programmable antifuse element in a semiconductor device having a silicide film and a method for manufacturing the same.
アンチヒューズ素子は、一般に導電体間の接続部に設けられ、初期状態が非導通であって、必要に応じてその非導通部分を電気的に導通状態に遷移させることが可能なスイッチ素子である。 The antifuse element is a switch element that is generally provided at a connection portion between conductors and is in an initial state of non-conduction, and can switch the non-conduction portion to an electric conduction state as necessary. .
図23は、配線接続部における従来のアンチヒューズ素子を示す断面図である。同図に示す半導体装置において、下部配線2上に層間絶縁膜4を介して上部配線1が形成されている。下部配線2上であって且つコンタクトプラグ5の下に、絶縁膜からなるヒューズ膜3が形成される。プログラミングは、上部配線1に高電圧を印加してヒューズ膜3を絶縁破壊させ、非導通状態から導通状態へと遷移させることにより行う。この結果、上部配線1と下部配線2とを電気的に接続させる。例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)において、セルキャパシタと同一構造を有する様に作製されたキャパシタに対して、キャパシタ絶縁膜を電気的に破壊してキャパシタ電極間を導通させることにより、情報を書き込むタイプのアンチヒューズ素子が検討されてきた。
FIG. 23 is a cross-sectional view showing a conventional antifuse element in a wiring connection portion. In the semiconductor device shown in the figure, an
一方、電気ヒューズ素子の他の例として、配線部に過大電流を通すことにより溶融切断させるヒューズ素子も検討されている(特許文献1)。これは、ポリシリコン膜上にシリサイド膜を形成したヒューズ本体において、ヒューズ切断部のみ高融点金属よりも融点の低いポリシリコン膜単層のみにして切断し易いようにしている。
上述したように、従来の半導体装置に形成されるアンチヒューズ素子は、DRAM製品以外には適用できず、しかもセルキャパシタサイズのスペースが必要となってしまう。また、セルキャパシタと同一工程によりアンチヒューズ用のキャパシタを作製するために、その絶縁破壊に要する電圧を印加する際に電圧降下が大きくなり、必要以上に大きなプログラム電源回路が必要になってしまう。 As described above, the antifuse element formed in the conventional semiconductor device cannot be applied to other than DRAM products, and a space of cell capacitor size is required. In addition, in order to produce an antifuse capacitor in the same process as the cell capacitor, a voltage drop increases when a voltage required for the dielectric breakdown is applied, and a larger program power supply circuit than necessary is required.
また、従来の半導体装置に形成される配線溶融切断タイプのヒューズ素子では、ヒューズ抵抗が大きくなりがちであり、大電圧を印加しないと溶融しないという不具合が生じる。 Also, in the conventional fuse-cutting type fuse element formed in a semiconductor device, the fuse resistance tends to increase, and there is a problem that the fuse does not melt unless a large voltage is applied.
本発明は、トランジスタを有する半導体装置と共通の工程を用いて形成でき、必要なスペースが少なくてすみ、且つプログラミングが容易なヒューズ素子およびその製造方法を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a fuse element that can be formed using a process common to a semiconductor device having a transistor, requires less space, and is easy to program, and a method for manufacturing the same.
本発明の半導体装置は、半導体基板の上または上方に設けられたポリシリコン膜と、前記ポリシリコン膜上に設けられた金属シリサイド層とを有するアンチヒューズ素子を有する半導体装置であって、前記アンチヒューズ素子は、共に前記ポリシリコン膜と前記シリサイド層とを有する第1の端子部および第2の端子部と、前記第1の端子部と前記第2の端子部との間に設けられ、前記第1の端子部と前記第2の端子部とを絶縁するアンチヒューズ接続部が一部に形成され、前記ポリシリコン膜と前記シリサイド層とを有するヒューズ本体部とを有し、前記金属シリサイド層は、前記アンチヒューズ接続部を挟むように間隔を空けて配置されている。 The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device having an antifuse element having a polysilicon film provided on or above a semiconductor substrate and a metal silicide layer provided on the polysilicon film, The fuse element is provided between the first terminal portion and the second terminal portion both having the polysilicon film and the silicide layer, and between the first terminal portion and the second terminal portion, An antifuse connecting portion that insulates the first terminal portion from the second terminal portion, the fuse body portion including the polysilicon film and the silicide layer; and the metal silicide layer Are arranged at intervals so as to sandwich the antifuse connecting portion.
この構成により、2つの端子部間に電圧を印加して、金属シリサイド層をエレクトロマイグレーションによりアンチヒューズ素子を比較的低電圧で導通させることができる。そのため、ポリシリコン膜が電圧印加時に溶断しにくくなっている。また、従来のアンチヒューズ素子に比べて面積を小さくすることが可能になっている。 With this configuration, a voltage is applied between the two terminal portions, and the antifuse element can be conducted at a relatively low voltage by electromigration of the metal silicide layer. For this reason, the polysilicon film is less likely to be melted when a voltage is applied. Further, the area can be reduced as compared with the conventional antifuse element.
なお、アンチヒューズ素子はゲート電極を有する電解効果トランジスタと同一基板上に形成でき、例えばFPGA中のロジックセル間に配置されたり、不揮発性記憶装置のメモリセルに利用されたりすることが可能である。また、アンチヒューズ素子は、全体がシリサイド化されたいわゆるFUSIゲートを有するMISトランジスタとも同一基板上に好ましく設けられる。 Note that the anti-fuse element can be formed on the same substrate as the field effect transistor having the gate electrode, and can be disposed between logic cells in the FPGA or used as a memory cell of a nonvolatile memory device, for example. . The antifuse element is preferably provided on the same substrate as the MIS transistor having a so-called FUSI gate which is entirely silicided.
本発明の半導体装置の第1の製造方法は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してポリシリコン膜からなるゲート電極およびアンチヒューズ素子用ゲート電極を形成する工程(a)と、前記ゲート電極、前記アンチヒューズ用ゲート電極、および前記半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程(b)と、前記第1の絶縁膜のうち、前記アンチヒューズ素子用ゲート電極の上に設けられた部分の一部上に第1のフォトレジスト膜を形成する工程(c)と、前記第1のフォトレジスト膜をマスクとして前記第1の絶縁膜をエッチングし、前記ゲート電極および前記アンチヒューズ素子用ゲート電極の側面上にサイドウォールを形成するとともに、前記アンチヒューズ素子用ゲート電極の一部上に前記第1の絶縁膜を残した後、前記第1のフォトレジスト膜を除去する工程(d)と、前記工程(d)の後、少なくとも前記半導体基板上と前記アンチヒューズ素子用ゲート電極の露出部分上とに金属シリサイド層を形成する工程(e)とを備えている。 A first manufacturing method of a semiconductor device of the present invention includes a step (a) of forming a gate electrode made of a polysilicon film and a gate electrode for an antifuse element on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and the gate electrode, A step (b) of forming a first insulating film on the antifuse gate electrode and the semiconductor substrate, and a portion of the first insulating film provided on the antifuse element gate electrode; A step (c) of forming a first photoresist film on a part of the first insulating film; and etching the first insulating film using the first photoresist film as a mask to form the gate electrode and the gate for the antifuse element A sidewall is formed on a side surface of the electrode, and the first insulating film is left on a part of the gate electrode for the antifuse element, and then the first photoresist is formed. A step (d) of removing the strike film, and a step (e) of forming a metal silicide layer on at least the semiconductor substrate and the exposed portion of the gate electrode for the antifuse element after the step (d). I have.
また、本発明の半導体装置の第2の製造方法は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してポリシリコン膜からなるゲート電極およびアンチヒューズ素子用ゲート電極を形成する工程(a)と、前記ゲート電極、前記アンチヒューズ用ゲート電極、および前記半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程(b)と、前記第1の絶縁膜のうち、前記アンチヒューズ素子用ゲート電極の上に設けられた部分の一部上に第1のフォトレジスト膜を形成する工程(c)と、前記第1のフォトレジスト膜をマスクとして前記第1の絶縁膜をエッチングし、前記アンチヒューズ素子用ゲート電極の一部上に前記第1の絶縁膜を残した後、前記第1のフォトレジスト膜を除去する工程(d)と、前記工程(d)の後、少なくとも前記半導体基板上と前記アンチヒューズ素子用ゲート電極の露出部分上とに金属シリサイド層を形成する工程(e)とを備えている。 According to a second method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step (a) of forming a gate electrode made of a polysilicon film and an antifuse element gate electrode on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and the gate A step (b) of forming a first insulating film on the electrode, the antifuse gate electrode, and the semiconductor substrate; and being provided on the antifuse element gate electrode in the first insulating film. A step (c) of forming a first photoresist film on a part of the etched portion, and etching the first insulating film using the first photoresist film as a mask to form the antifuse element gate electrode (D) removing the first photoresist film after leaving the first insulating film on a part thereof; and after the step (d), at least on the semiconductor substrate and the anti-resistance. And a step (e) forming a metal silicide layer and on the exposed portion of the gate electrode over's elements.
また、本発明の半導体装置の第3の製造方法は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してポリシリコン膜からなるゲート電極およびアンチヒューズ素子用ゲート電極を形成する工程(a)と、前記アンチヒューズ用ゲート電極のうち一部の領域を開口する第1のフォトレジスト膜を形成する工程(b)と、前記第1のフォトレジスト膜をマスクとして前記アンチヒューズ素子用ゲート電極の露出部分の上部に窒素イオンまたは酸素イオンを注入する工程(c)と、前記第1のフォトレジスト膜を除去した後、少なくとも前記半導体基板上と前記アンチヒューズ素子用ゲート電極のうち前記窒素イオンまたは前記酸素イオンが注入された部分を除く部分上とに金属シリサイド層を形成する工程(d)とを備えている。 According to a third method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step (a) of forming a gate electrode made of a polysilicon film and an antifuse element gate electrode on a semiconductor substrate via a gate insulating film, A step (b) of forming a first photoresist film opening a part of the fuse gate electrode; and an upper portion of the exposed portion of the gate electrode for the antifuse element using the first photoresist film as a mask. (C) implanting nitrogen ions or oxygen ions into the substrate, and after removing the first photoresist film, at least the nitrogen ions or the oxygen ions on the semiconductor substrate and the gate electrode for the antifuse element are A step (d) of forming a metal silicide layer on the portion excluding the implanted portion.
また、本発明の半導体装置の第4の製造方法は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してポリシリコン膜からなるゲート電極およびアンチヒューズ素子用ゲート電極を形成する工程(a)と、少なくとも前記半導体基板上と前記アンチヒューズ素子用ゲート電極上に金属シリサイド層を形成する工程(b)と、前記アンチヒューズ素子用ゲート電極上に形成された前記金属シリサイド層のうち、一部を除去する工程(c)とを備えている。 According to a fourth method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step (a) of forming a gate electrode made of a polysilicon film and a gate electrode for an antifuse element on a semiconductor substrate via a gate insulating film, A step (b) of forming a metal silicide layer on the semiconductor substrate and the gate electrode for the antifuse element, and a step of removing a part of the metal silicide layer formed on the gate electrode for the antifuse element (C).
以上のような方法によれば、アンチヒューズ素子をゲート電極を有する電界効果トランジスタと共通の工程により作製することができる。 According to the method as described above, the antifuse element can be manufactured by a process common to the field effect transistor having the gate electrode.
本発明の半導体装置およびその製造方法によれば、ポリシリコン層と金属シリサイド層とで構成されたアンチヒューズ素子が形成されているので、従来のアンチヒューズ素子に比べて面積を小さくすることができ、且つゲート電極を有するトランジスタと共通の工程により容易に作製される。また、エレクトロマイグレーションを利用してアンチヒューズ素子を導通させるので、低電圧で書き込むことが可能となる。 According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention, since the antifuse element composed of the polysilicon layer and the metal silicide layer is formed, the area can be reduced as compared with the conventional antifuse element. In addition, the transistor can be easily manufactured by a process common to a transistor having a gate electrode. In addition, since the antifuse element is conducted using electromigration, writing can be performed at a low voltage.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1(a)は、初期状態の本発明の第1の実施形態に係るアンチヒューズ素子を示す平面図、断面図および等価回路であり、(b)は、導通後の第1の実施形態に係るアンチヒューズ素子の平面図、断面図および等価回路である。
(First embodiment)
FIG. 1A is a plan view, a cross-sectional view, and an equivalent circuit showing an antifuse element according to the first embodiment of the present invention in an initial state, and FIG. 1B shows the first embodiment after conduction. FIG. 4 is a plan view, a cross-sectional view, and an equivalent circuit of the antifuse element.
図1(a)に示すように、本実施形態のアンチヒューズ素子は、第1の端子部22aと、第2の端子部22bと、第1の端子部22aと第2の端子部22bとの間に設けられたヒューズ本体部23とを備えている。等価回路から分かるように、ヒューズ本体部23は、第1の端子部22aに接続された部分と、第2の端子部22bに接続された部分と、両部分の間に配置され、第1の端子部22aと第2の端子部とを実質的に絶縁状態にするアンチヒューズ接続部24とで構成されている。
As shown in FIG. 1A, the antifuse element of the present embodiment includes a
具体構成としては、本実施形態のアンチヒューズ素子は、シリコンなどからなる半導体基板上にゲート絶縁膜を挟んで形成された厚さが例えば60nm〜160nm程度のポリシリコン膜20と、アンチヒューズ接続部24を除く部分のポリシリコン膜20上に形成された厚さが15nm〜50nm程度であるNiSi膜21などの金属シリサイド膜とで構成されている。ポリシリコン膜20中の不純物濃度は、1×1021cm−3以下であり、ポリシリコン膜20は非常に高抵抗(実質的に絶縁状態)になっている。なお、図1(a)に示す例では、NiSi膜21が形成されていないアンチヒューズ接続部24はヒューズ本体部23のほぼ中央に設けられている。また、ヒューズ本体部23の幅は、第1の端子部22aおよび第2の端子部22bよりも狭くなっている。
Specifically, the antifuse element of the present embodiment includes a
ヒューズ本体部23の長さLは例えば1μm、幅Wは100nm〜500nmの範囲であり、アンチヒューズ接続部24のスペースSは100nm以上500nm以下の範囲で形成されることが好ましい。これは、スペースSが100nm未満であると初期状態において十分な絶縁性を保てなくなり、500nmを越えるとエレクトロマイグレーションによって導通させることが難しくなるためである。ポリシリコン膜20のシート抵抗は、不純物濃度に応じて4kΩ/□〜400kΩ/□の間で調節可能であるが、アンチヒューズ接続部24を実質的に絶縁状態にするため、10kΩ/□以上であることが好ましい。
The length L of the
本実施形態のアンチヒューズ素子は、絶縁破壊を利用する従来のアンチヒューズ素子に比べて低電圧で導通させることができるので、容易にプログラミング(導通させる操作)を行うことができる。また、本実施形態のアンチヒューズ素子は、セルキャパシタを利用する従来のアンチヒューズ素子に比べて面積を小さくすることができる。また、ポリシリコンとシリサイドで構成されているため、ゲート電極を有するトランジスタと共通の工程により容易に作製することができる。 Since the antifuse element of this embodiment can be conducted at a lower voltage than a conventional antifuse element utilizing dielectric breakdown, programming (operation for conducting) can be easily performed. In addition, the antifuse element of this embodiment can have a smaller area than a conventional antifuse element that uses a cell capacitor. Further, since it is made of polysilicon and silicide, it can be easily manufactured by a process common to a transistor having a gate electrode.
次に、本実施形態のアンチヒューズ素子の使用方法および用途等について説明する。今後の説明は、L=1μm、W=100nm、S=100nmであるアンチヒューズ素子に対して行う。 Next, a method for using the antifuse element of the present embodiment, its use, and the like will be described. In the following description, an antifuse element having L = 1 μm, W = 100 nm, and S = 100 nm will be described.
図1(b)には、図1(a)に示すアンチヒューズ素子中のNiにエレクトロマイグレーションを起こさせて、アンチヒューズ接続部24をショートさせた状態を示す。この状態は、例えば第1の端子部22aに0V、第2の端子部22bに3。3Vの電圧を印加することで、第1の端子部22aから第2の端子部22bの方向に流れる電子風の摩擦により、Niを第2の端子部22bに向かう方向にエレクトロマイグレーションさせることで実現できる。この操作によりアンチヒューズ接続部24は、絶縁膜破壊型のアンチヒューズ素子と同様に不可逆的にショートするが、このショートは絶縁破壊よりも低い印加電圧で実現することができる。アンチヒューズ素子のサイズ等にもよるが、アンチヒューズ素子を導通させるために第1の端子部22aと第2の端子部との間に印加する電圧は1V〜5V程度である。本実施形態のように、端子間に印加される電圧が3.3V程度であれば、ポリシリコン膜20に流れる電流も10mA以下であるので、ポリシリコン膜20自体の溶断は発生し得ない。
FIG. 1B shows a state where the
なお、本実施形態のアンチヒューズ素子においては金属シリサイドが用いられるが、その中でもNiシリサイドが最も好ましく用いられる。これは、例えばシリサイド金属であるTiやCoに比べて,Niがシリコン中を拡散しやすい特性を有するからである。例えば、Niのシリコンへの固溶度は、Coよりも10の4乗から6乗も大きい。しかも、自己拡散係数は、Tiが2×10−4、Coが2.3×10−1であるのに対してNiは1.27と非常に大きい。さらに、シリコンの融点1410℃に対して最も近いのがNiで1455℃、Coは1495℃でNiに次いで融点が近いが、Tiは1668℃と非常に高いため、Siの方が先に動き始める。つまり、自己拡散係数が大きく、融点がシリコンと同等以下である金属が,Niと同様にポリシリコン中でエレクトロマイグレーションを起こしやすいと考えられる。従って、Ca(自己拡散係数8.3、融点893℃)とMg(自己拡散係数1.5、融点650℃)のシリサイド膜を利用してもNiを用いる場合と同様な効果が得られるものと考えられる。 In the antifuse element of the present embodiment, metal silicide is used, and Ni silicide is most preferably used among them. This is because, for example, Ni has a characteristic of easily diffusing in silicon as compared with Ti and Co which are silicide metals. For example, the solid solubility of Ni in silicon is 10 4 to 6 6 greater than Co. In addition, the self-diffusion coefficient is 2 × 10 −4 for Ti and 2.3 × 10 −1 for Co, whereas Ni is very large at 1.27. Furthermore, the closest melting point to 1410 ° C. for silicon is 1455 ° C. for Ni, and 1495 ° C. for Co. The melting point is the second closest to Ni, but Ti is 1668 ° C., so Si starts to move first. . That is, it is considered that a metal having a large self-diffusion coefficient and a melting point equal to or lower than that of silicon is likely to cause electromigration in polysilicon like Ni. Therefore, even if a silicide film of Ca (self-diffusion coefficient 8.3, melting point 893 ° C.) and Mg (self-diffusion coefficient 1.5, melting point 650 ° C.) is used, the same effect as in the case of using Ni can be obtained. Conceivable.
次に、図2を参照して、半導体基板に他の回路とともに組み込まれたアンチヒューズ素子によって、論理設計が可能なマスクROMを説明する。図2(a)、(b)は、マスクROMの回路構成例を示す図であり、(c)は、マスクROMにおいて本発明のアンチヒューズ素子を用いた回路構成例を示す図である。 Next, with reference to FIG. 2, a mask ROM capable of logical design using an antifuse element incorporated in a semiconductor substrate together with other circuits will be described. 2A and 2B are diagrams showing circuit configuration examples of the mask ROM, and FIG. 2C is a diagram showing a circuit configuration example using the antifuse element of the present invention in the mask ROM.
マスクROMは、製造段階で情報を回路パターンに書き込むため、1度作ってしまうと記憶情報の変更ができない。主な情報書き込み法は2つあり、1つは図2(a)に示すように、各アドレスにおけるメモリトランジスタの有無でROMコード(1,0パターン)を決める方法である。メモリトランジスタがあるアドレス30は1を記憶し、メモリトランジスタが無いアドレス31は0を記憶する。もう1つの方法は、図2(b)に示すように、メモリトランジスタを全アドレスに作り込んでおいて、ビット線にトランジスタを接続するか否かで記憶される情報を決める方法である。ビット線に接続したアドレス32は「1」を記憶し、ビット線に接続しないアドレス33は「0」を記憶する。
Since the mask ROM writes information to the circuit pattern at the manufacturing stage, the memory information cannot be changed once it is produced. There are two main information writing methods, and one is a method of determining a ROM code (1,0 pattern) based on the presence or absence of a memory transistor at each address, as shown in FIG.
そこで、図2(b)に示すマスクROMの製造段階において、メモリトランジスタとビット線の間に本発明のアンチヒューズを形成しておき、全アドレスを「0」の状態にしておく。出荷後に、所望のアドレスのアンチヒューズを接続する事で「1」を記憶させる事ができ、ユーザーが自由に論理設計を行うことが可能となる。図2(c)に示すように、出荷時ヒューズ34は0記憶で、出荷後のショートヒューズ35で1を記憶させるのである。
Therefore, in the manufacturing stage of the mask ROM shown in FIG. 2B, the antifuse of the present invention is formed between the memory transistor and the bit line, and all addresses are set to “0”. After shipment, “1” can be stored by connecting an antifuse of a desired address, and the user can freely perform logic design. As shown in FIG. 2C, the
さらに、図3(a)、(b)を参照して、半導体基板上に他の回路とともに組み込まれたアンチヒューズ素子によってプログラムが可能となるFPGA(Field Programmable Gate Array)を説明する。FPGAはプログラム可能なロジックセルを規則的に並べてその間に配線領域を用意し、各ロジックセルと配線領域をプログラムする事で論理回路を実現するものである。図3(a)は、FPGAの回路構成例を示す図である。内部配線1と内部配線2が交差した部分に、本発明のアンチヒューズ素子が組み込んである。
Further, with reference to FIGS. 3A and 3B, an FPGA (Field Programmable Gate Array) that can be programmed by an antifuse element incorporated together with other circuits on a semiconductor substrate will be described. The FPGA regularly arranges programmable logic cells, prepares a wiring area between them, and implements a logic circuit by programming each logic cell and the wiring area. FIG. 3A is a diagram illustrating a circuit configuration example of the FPGA. The antifuse element of the present invention is incorporated in a portion where the
具体的には、図3(b)に示すように、例えばアンチヒューズ素子の第1の端子部をコンタクトプラグ54を介して第1の内部配線50に接続し、アンチヒューズ素子の第2の端子部を第2の内部配線52に接続する。
Specifically, as shown in FIG. 3B, for example, the first terminal portion of the antifuse element is connected to the first
以上の構成にすることで、従来よりも低電圧でプログラム可能なFPGAを実現することができ、省電力化を図ることができる。また、図23に示す従来のアンチヒューズ素子を用いる場合に比べて配線領域を小さくすることが可能になり、集積度の向上を図ることができる。 With the above configuration, an FPGA that can be programmed with a lower voltage than the conventional one can be realized, and power saving can be achieved. In addition, the wiring area can be reduced as compared with the case of using the conventional antifuse element shown in FIG. 23, and the degree of integration can be improved.
また、本実施形態のアンチヒューズ素子は、MISトランジスタのゲート電極と同一材料であるポリシリコンと、金属シリサイド層とで構成されているため、ゲート電極を有する素子(電界効果型トランジスタなど)が形成された半導体装置と同一基板上に、共通のプロセスによって容易に形成することができる。 In addition, since the antifuse element of this embodiment is composed of polysilicon, which is the same material as the gate electrode of the MIS transistor, and a metal silicide layer, an element having a gate electrode (such as a field effect transistor) is formed. It can be easily formed on the same substrate as the manufactured semiconductor device by a common process.
なお、本実施形態で説明したアンチヒューズ素子のサイズは、一例であって、上述の値に限定されるものではない。 Note that the size of the antifuse element described in the present embodiment is an example, and is not limited to the above values.
(第2の実施形態)
図4(a)、(b)は、本発明の第2の実施形態に係るアンチヒューズ素子を示す構造図である。図4(a)は、ヒューズ本体部23の幅を段階的に広げたアンチヒューズ素子を表している。ここでは、ヒューズ本体部23の幅が3段階になっており、幅が異なるそれぞれの部分には、シリサイド層が形成されないアンチヒューズ接続部が設けられている。等価回路においては、幅の狭い方から順にF1,F2,F3とした3つのアンチヒューズ素子が、互いに直列に接続されていることになる。
(Second Embodiment)
FIGS. 4A and 4B are structural views showing an antifuse element according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4A shows an anti-fuse element in which the width of the
端子間に電圧を印加すると、幅の狭いアンチヒューズF1から順にアンチヒューズF2、アンチヒューズF3と接続される。初期状態は等価回路に示すようにアンチヒューズF1〜F3の全部がオープンである。図4(b)は、パッド間に電圧を印加させて,F1の両端間にかかる電位差が3.3Vになった時にヒューズが接続された状態を示している。アンチヒューズF1、F2、F3におけるポリシリコン膜およびシリサイド膜の幅は第1の端子部および第2の端子部の幅より狭ければ任意でよく、アンチヒューズ接続部の間隔は100nm以上500nm以下程度である。アンチヒューズF1、F2、F3の長さはそれぞれ任意でよい。また、ポリシリコン膜のシート抵抗は、不純物濃度に応じて4kΩ/□〜400kΩ/□の間で調節可能であるが、アンチヒューズ接続部を実質的に絶縁状態にするため、10kΩ/□以上であることが好ましい。 When a voltage is applied between the terminals, the antifuse F2 and the antifuse F3 are connected in order from the narrow antifuse F1. In the initial state, as shown in the equivalent circuit, all of the antifuses F1 to F3 are open. FIG. 4B shows a state in which a fuse is connected when a voltage is applied between the pads and the potential difference between both ends of F1 becomes 3.3V. The widths of the polysilicon film and the silicide film in the antifuses F1, F2, and F3 may be arbitrary as long as they are narrower than the widths of the first terminal portion and the second terminal portion, and the interval between the antifuse connection portions is about 100 nm to 500 nm. It is. The lengths of the antifuses F1, F2, and F3 may be arbitrary. Further, the sheet resistance of the polysilicon film can be adjusted between 4 kΩ / □ and 400 kΩ / □ depending on the impurity concentration. However, in order to make the antifuse connection portion substantially insulated, the sheet resistance is 10 kΩ / □ or more. Preferably there is.
次に、図5を参照して、本実施形態に係るアンチヒューズ素子の働きを詳しく説明する。図5(a)は、標準的なサイズの本実施形態に係るアンチヒューズ素子を示す平面図である。ここでは、ヒューズ本体部の長さがそれぞれ1μmで、アンチヒューズ接続部のスペースがいずれも100nmであるアンチヒューズF1、F2、F3が互いに直列に接続されている例を示す。また、アンチヒューズF1、F2、F3の幅は、順に100nm、125nm、167nmとし、各アンチヒューズの長さは1μmとし、アンチヒューズ素子を構成するポリシリコン膜のシート抵抗は500Ω/□とする。電圧の印加は左端子(第1の端子部)を0Vにして右端子(第2の端子部)を可変にした。 Next, the operation of the antifuse element according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 5A is a plan view showing an antifuse element according to this embodiment having a standard size. Here, an example is shown in which antifuses F1, F2, and F3, each having a fuse body length of 1 μm and an antifuse connection space of 100 nm, are connected in series. The widths of the antifuses F1, F2, and F3 are 100 nm, 125 nm, and 167 nm in this order, the length of each antifuse is 1 μm, and the sheet resistance of the polysilicon film constituting the antifuse element is 500Ω / □. The voltage application was such that the left terminal (first terminal part) was 0 V and the right terminal (second terminal part) was variable.
図5(b)は、右端子への印加電圧とヒューズに流れる電流の関係を表すグラフである。まず最初に、F1がショートするまでのグラフに示すように、第1の端子部と第2の端子部との間に7.92Vの電圧を印加するとF1にかかる電位差が3.3Vになり、6.6mAの電流が流れF1がショートする。なお、F1に流れる電流は10mA以下なので、ポリシリコン膜が溶断することはない。続いて、第1の端子部と第2の端子部との間に5.78Vの電圧を印加するとF2にかかる電位差が3.3Vになり8.3mAの電流が流れF2がショートする。やはり、10mA以下の電流に抑えているので、ポリシリコン膜は溶断することはない。つまり、ヒューズの幅、ポリシリコン膜のシート抵抗を調整することにより、互いに直列に接続された複数のアンチヒューズのアンチヒューズ接続部を選択的にショートすることができるようになる。また、各アンチヒューズををショートさせるための電圧を制御することが可能となる。 FIG. 5B is a graph showing the relationship between the voltage applied to the right terminal and the current flowing through the fuse. First, as shown in the graph until F1 is short-circuited, when a voltage of 7.92 V is applied between the first terminal portion and the second terminal portion, the potential difference applied to F1 becomes 3.3 V, A current of 6.6 mA flows and F1 is short-circuited. Since the current flowing through F1 is 10 mA or less, the polysilicon film does not melt. Subsequently, when a voltage of 5.78 V is applied between the first terminal portion and the second terminal portion, the potential difference applied to F2 becomes 3.3 V, a current of 8.3 mA flows, and F2 is short-circuited. Again, since the current is suppressed to 10 mA or less, the polysilicon film does not melt. In other words, by adjusting the width of the fuse and the sheet resistance of the polysilicon film, the antifuse connection portions of a plurality of antifuses connected in series can be selectively short-circuited. It is also possible to control the voltage for short-circuiting each antifuse.
図6(a)、(b)を参照して、本実施形態のアンチヒューズ素子を利用した抵抗のトリミング法を説明する。 With reference to FIGS. 6A and 6B, a resistance trimming method using the antifuse element of this embodiment will be described.
図6(a)は、アンチヒューズを3本と4端子を使用した従来のトリミング回路図である。初期状態でのアンチヒューズ素子全体の抵抗値Rはr1+r2+r3で表される。デバイス特性の評価を行った結果、抵抗値を下げる必要が起った時、F1をショートさせて抵抗Rをr2+r3に下げるか、あるいはF1とF2をショートさせて抵抗Rをr3に下げる。このように適宜トリミングする。アンチヒューズ素子のショートは、アンチヒューズF1〜F3を挟む2つ端子間に電圧を印加させて行う。図6(b)は、図5(a)に示した本実施形態のアンチヒューズ素子を使用したトリミング回路である。このトリミング回路を用いて、所望の幅のアンチヒューズまで接続させると、図6(a)に示す従来のトリミング回路と同様な抵抗調節機能を実現できる。 FIG. 6A is a conventional trimming circuit diagram using three antifuses and four terminals. The resistance value R of the entire antifuse element in the initial state is represented by r1 + r2 + r3. As a result of evaluating the device characteristics, when it is necessary to lower the resistance value, F1 is short-circuited to lower resistance R to r2 + r3, or F1 and F2 are short-circuited to lower resistance R to r3. Trimming is performed as appropriate. The antifuse element is short-circuited by applying a voltage between two terminals sandwiching the antifuses F1 to F3. FIG. 6B is a trimming circuit using the antifuse element of the present embodiment shown in FIG. When this trimming circuit is used to connect even an antifuse having a desired width, a resistance adjustment function similar to that of the conventional trimming circuit shown in FIG.
本実施形態のトリミング回路によれば、アンチヒューズに電圧を印加するための端子数が2個のみでよいため、従来のトリミング回路に比べて端子数を減らすことができる。そのため、トリミング回路の省スペース化を図ることができる。このようなトリミング回路は、例えば論理回路など、種々の回路に用いられる。 According to the trimming circuit of the present embodiment, the number of terminals for applying a voltage to the antifuse is only two, so the number of terminals can be reduced as compared with the conventional trimming circuit. Therefore, space saving of the trimming circuit can be achieved. Such a trimming circuit is used for various circuits such as a logic circuit.
なお、1つのアンチヒューズ素子内に設けられるアンチヒューズの数は、互いに異なる幅を有していれば4つ以上であってもよいし、2個であってもよい。 The number of antifuses provided in one antifuse element may be four or more as long as they have different widths, or may be two.
(第3の実施形態)
図7(a)〜(h)、図8(a)〜(h)は、本発明の第3の実施形態に係る、MOSトランジスタと本発明のアンチヒューズ素子とを有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。ここでは、MOSトランジスタが金属シリサイドからなるゲート電極(FUSIゲート)を有する場合を例にとって説明する。
(Third embodiment)
FIGS. 7A to 7H and FIGS. 8A to 8H illustrate a method of manufacturing a semiconductor device having a MOS transistor and the antifuse element of the present invention according to the third embodiment of the present invention. It is sectional drawing shown. Here, a case where the MOS transistor has a gate electrode (FUSI gate) made of metal silicide will be described as an example.
まず、図7(a)に示すように、シリコンからなる半導体基板上に、3つの素子形成領域201、202及び203を区画するSTIなどの素子分離領域101を形成後、熱酸化などにより、半導体基板上に厚さが約1.6nmのゲート絶縁膜102を形成する。ここで、素子形成領域201、202、203にはそれぞれ後工程でNチャネル型MOSトランジスタ、Pチャネル型MOSトランジスタ、および本発明のアンチヒューズ素子が形成される。次いで、ゲート絶縁膜102上に、ポリシリコン膜103、シリコン酸化膜104をCVD法などにより順次半導体基板上に形成する。ポリシリコン膜103の厚さは例えば100nmであり、シリコン酸化膜104の厚さは25nmである。
First, as shown in FIG. 7A, an
次に、図7(b)に示すように、所定のパターンを有するフォトレジスト膜105を形成する。その後、図7(c)に示すように、当該フォトレジスト膜105をマスクとしてシリコン酸化膜104の異方性ドライエッチングを行ってハードマスク106を形成する。次いで、フォトレジスト膜105を除去する。
Next, as shown in FIG. 7B, a
続いて、図7(d)に示すように、アンチヒューズ素子用のゲート電極パターンとして、素子形成領域203上にフォトレジスト膜105aを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 7D, a
次いで、図7(e)に示すように、ハードマスク106及びフォトレジスト膜105aをマスクとして、ポリシリコン膜103とゲート絶縁膜102を順次異方性ドライエッチングすることによりパターニングを行い、ゲート電極107aとアンチヒューズ素子用ゲート電極107bを形成する。さらに、半導体基板のうち、ゲート電極107aおよびアンチヒューズ素子用ゲート電極107bの側方に位置する領域に低濃度不純物層108を形成する。ここで、低濃度不純物層108は、イオン注入法により、ゲート電極107aおよびアンチヒューズ素子用ゲート電極107bに対して自己整合的に形成する。
Next, as shown in FIG. 7E, the
次に、図7(f)に示すように、各素子形成領域において、CVD法などにより、それぞれのMOSトランジスタおよびアンチヒューズ素子用ゲート電極107bを覆うように、厚さ40nmのシリコン窒化膜109を形成する。
Next, as shown in FIG. 7F, in each element formation region, a
次いで、図7(g)に示すように、アンチヒューズ素子用ゲート電極107b上の接続部のパターンとして、フォトレジスト膜105bを形成する。このフォトレジスト膜105bを形成した状態のアンチヒューズ素子用ゲート電極107bを図9(a)に示す。
Next, as shown in FIG. 7G, a
次に、図7(h)に示すように、フォトレジスト膜105bをマスクとして、シリコン窒化膜109を異方性ドライエッチングすることによりパターニングし、ゲート電極107aおよびアンチヒューズ素子用ゲート電極107bの側面上にサイドウォール110を形成するとともに、アンチヒューズ素子用ゲート電極107bの一部上にアンチヒューズ接続部111を形成する。本工程は、サイドウォール形成用のシリコン窒化膜を利用してアンチヒューズ接続部111を形成するものである。本工程完了時の半導体装置の状態を図9(b)に示す。
Next, as shown in FIG. 7H, the
次いで、図8(a)に示すように、イオン注入法により、ゲート電極107a、アンチヒューズ素子用ゲート電極107b、およびサイドウォール110をマスクとして自己整合的に高濃度不純物層112を形成する。
Next, as shown in FIG. 8A, a high-
次に、図8(b)に示すように、スパッタ法などにより、厚さ10nmのNi膜113を半導体装置の全面上に形成し、さらにNi膜113の上に、厚さ15nmのTiN膜114を形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, a
次に、図8(c)に示すように、300℃、30秒の条件で1回目のRTA(Rapid Thermal Annealing)処理を行った後、未反応のNi膜113及びTiN膜114を除去する。余分なNi膜113およびTiN膜114を除去する際には、例えば、硫酸又は塩酸と過酸化水素水とを混合した酸性溶液を用いてもよいし、水酸化アンモニウムと過酸化水素水とを混合したアルカリ性溶液を用いることもできる。続いて、500℃、30秒の条件で2回目のRTA処理を行って、高濃度不純物層112及びアンチヒューズ素子用ゲート電極107b上にNiSi膜115を形成する。ここで、本工程完了時の半導体装置の状態を図9(c)に示す。
Next, as shown in FIG. 8C, after the first RTA (Rapid Thermal Annealing) process is performed under the conditions of 300 ° C. and 30 seconds, the
次に、図8(d)に示すように、アンチヒューズ接続部111に残るシリコン窒化膜109を除去してから、CVD法などにより、MOSトランジスタを含む半導体装置の全面上に厚さ20nmのライナー窒化膜116を形成した後、ライナー窒化膜116上にシリコン酸化物からなる層間絶縁膜117を形成する。
Next, as shown in FIG. 8D, after removing the
次いで、図8(e)に示すように、FUSI化が行われないアンチヒューズ素子用ゲート電極107bが設けられた素子形成領域203を除く領域において、層間絶縁膜117をエッチングしてライナー窒化膜116の上部を露出させる。
Next, as shown in FIG. 8E, the
続いて、図8(f)に示すように、ゲート電極107a上を開口してポリシリコン膜からなるゲート電極107aの上面を露出させる。この際に、アンチヒューズ素子用ゲート電極107bの上方には層間絶縁膜117が設けられたままとなっている。
Subsequently, as shown in FIG. 8F, the upper surface of the
図8(g)に示すように、Pチャネル型のMOSトランジスタを形成するための素子形成領域202において、ポリシリコン膜からなるゲート電極107aの上部をフッ酸系ウェットエッチングにより除去し、ゲート上トレンチ118を形成する。このとき、Nチャネル型MOSトランジスタを形成するための素子形成領域201においてゲート電極107aの厚さは100nm、Pチャネル型MOSトランジスタを形成するための素子形成領域202においてゲート電極107aの厚さは50nmである。次に、層間絶縁膜117を除去する。
As shown in FIG. 8G, in the
次いで、図8(h)に示すように、FUSI工程として、厚さ60nmのNi膜と厚さ15nmのTiN膜をこの順に形成し、300℃、30秒の条件で1回目のRTA処理を行う。さらに、未反応のNi膜及びTiN膜を除去する。未反応のNi膜およびTiN膜を除去するためには、例えば、硫酸又は塩酸と過酸化水素水とを混合した酸性溶液を用いてもよいし、水酸化アンモニウムと過酸化水素水とを混合したアルカリ性溶液を用いることもできる。次に、500℃、30秒の条件で2回目のRTA処理を行ない、これによって、Nチャネル型MOSトランジスタのゲート電極107a全体をNiSi膜115に変換し、Pチャネル型MOSトランジスタのゲート電極全体をNi2Si膜119に変換する。
Next, as shown in FIG. 8 (h), as the FUSI process, a Ni film having a thickness of 60 nm and a TiN film having a thickness of 15 nm are formed in this order, and the first RTA process is performed at 300 ° C. for 30 seconds. . Further, the unreacted Ni film and TiN film are removed. In order to remove the unreacted Ni film and TiN film, for example, an acidic solution in which sulfuric acid or hydrochloric acid and hydrogen peroxide solution are mixed may be used, or ammonium hydroxide and hydrogen peroxide solution are mixed. Alkaline solutions can also be used. Next, the second RTA process is performed at 500 ° C. for 30 seconds, thereby converting the
このように、FUSIゲートを有するMOSトランジスタと共通のプロセスにより本発明のアンチヒューズ素子を形成すると、ヒューズプログラム時にMOSトランジスタゲートが溶断するという不測の事態は回避できる。これは、ヒューズプログラム用電圧(3V〜8V)を印加しても、MOSトランジスタゲートが高融点金属シリサイドのみで形成されているからである。 As described above, when the antifuse element of the present invention is formed by a process common to the MOS transistor having the FUSI gate, it is possible to avoid the unexpected situation that the MOS transistor gate is blown during the fuse programming. This is because the MOS transistor gate is formed of only the refractory metal silicide even when the fuse program voltage (3V to 8V) is applied.
また、本発明の第2の実施形態に示したアンチヒューズ素子も、この第3の実施形態に示した製造方法によって実現できる。具体的には、図7(d)に示す工程で、フォトレジスト膜105aによってアンチヒューズ素子用ゲート電極のパターンを所望の形状にさせるだけである。
The antifuse element shown in the second embodiment of the present invention can also be realized by the manufacturing method shown in the third embodiment. Specifically, in the process shown in FIG. 7D, the antifuse element gate electrode pattern is simply formed into a desired shape by the
なお、本実施形態でのアンチヒューズ素子はNiSi膜を使用したが、Ca2Si膜またはMg2Si膜を使用しても、本実施形態のアンチヒューズ素子と同じ効果を発揮することができる。ただし、アンチヒューズ素子に用いるシリサイド金属がFUSIゲート材料と異なる場合は、図8(a)に示す工程の後に、アンチヒューズ素子にのみシリサイド膜を形成しておき、それ以降の工程ではアンチヒューズ素子上にマスクを形成しておくことで実現できる。
Incidentally, the anti-fuse element of the present embodiment is using NiSi film, the use of
−第3の実施形態の変形例−
第3の実施形態の変形例として、本発明のアンチヒューズ素子を、上部のみがシリサイド化されたゲート電極を有するMOSトランジスタと共通のプロセスによって作製する方法について説明する。
-Modification of the third embodiment-
As a modified example of the third embodiment, a method of manufacturing the antifuse element of the present invention by a process common to a MOS transistor having a gate electrode whose upper part is silicided will be described.
図10(a)〜(g)、図11(a)〜(c)は、本発明の第3の実施形態の変形例に係る、MOSトランジスタとアンチヒューズ素子とを有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。MOSトランジスタと本発明のアンチヒューズ素子とを有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。 FIGS. 10A to 10G and FIGS. 11A to 11C illustrate a method for manufacturing a semiconductor device having a MOS transistor and an antifuse element according to a modification of the third embodiment of the present invention. It is sectional drawing shown. It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which has a MOS transistor and the antifuse element of this invention.
まず、図10(a)に示すように、半導体基板上に、2つの素子形成領域201及び203を区画するSTIなどの素子分離領域101を形成後、熱酸化などにより、半導体基板上にゲート絶縁膜102を形成し、これに続いてゲート絶縁膜102上に厚さ100nm程度のポリシリコン膜103を形成する。なお、素子形成領域201、203には、それぞれ後工程でNチャネル型MOSトランジスタおよび本発明のアンチヒューズ素子が形成される。
First, as shown in FIG. 10A, after forming an
次に、図10(b)に示すように、素子形成領域201、203の所定の領域上に所定のパターンを有するフォトレジスト膜105aを形成する。そして、図10(c)に示すように、フォトレジスト膜105aを用いてポリシリコン膜103およびゲート絶縁膜102の異方性エッチングを行い、ゲート絶縁膜102を所定の形状にするとともに、ゲート電極107a、アンチヒューズ素子用ゲート電極107bを形成する。さらに、フォトレジスト膜105aを除去した後、半導体基板のうち、ゲート電極107aおよびアンチヒューズ素子用ゲート電極107bの両側方に位置する領域に低濃度不純物層108を形成する。
Next, as shown in FIG. 10B, a
次に、図10(d)に示すように、半導体基板、ゲート電極107a、およびアンチヒューズ素子用ゲート電極107bの上に厚さ40nm程度のシリコン窒化膜109を形成する。
Next, as shown in FIG. 10D, a
次いで、図10(e)に示すように、シリコン窒化膜109のうちアンチヒューズ素子用ゲート電極107bの上に位置する部分の一部上にフォトレジスト膜105bを形成する。本工程完了後の半導体装置は、図9(a)のようになっている。
Next, as shown in FIG. 10E, a
次に、図10(f)に示すように、フォトレジスト膜105bを用いてシリコン窒化膜109を異方性ドライエッチングにより除去する。これにより、ゲート電極107aおよびアンチヒューズ素子用ゲート電極107bの両側面上にサイドウォール110を形成するのと同時にアンチヒューズ接続部111を形成することができる。本工程完了後の半導体装置は、図9(b)のようになっている。
Next, as shown in FIG. 10F, the
次に、図10(g)に示すように、ゲート電極107a、アンチヒューズ素子用ゲート電極107bおよびサイドウォールをマスクとしてイオン注入法により高濃度不純物層112を自己整合的に形成する。
Next, as shown in FIG. 10G, the high-
次に、図11(a)に示すように、スパッタ法などにより、厚さ10nm程度のNi膜113を半導体装置の全面上に形成し、さらにNi膜113の上に、厚さ15nm程度のTiN膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 11A, a
次いで、図11(b)に示すように、300℃、30秒の条件で1回目のRTA処理を行った後、未反応のNi膜113及びTiN膜114を除去する。余分なNi膜113およびTiN膜114を除去する際には、例えば、硫酸又は塩酸と過酸化水素水とを混合した酸性溶液を用いてもよいし、水酸化アンモニウムと過酸化水素水とを混合したアルカリ性溶液を用いることもできる。続いて、500℃、30秒の条件で2回目のRTA処理を行って、高濃度不純物層112上、ゲート電極107a上、及びアンチヒューズ接続部111を除くアンチヒューズ素子用ゲート電極107b上にそれぞれNiSi膜115を形成する。ここで、本工程完了時の半導体装置の状態を図9(c)に示す。
Next, as shown in FIG. 11B, after the first RTA treatment is performed at 300 ° C. for 30 seconds, the
次に、図11(c)に示すように、CVD法などにより、MOSトランジスタを含む半導体装置の全面上に厚さ20nmのライナー窒化膜116を形成した後、ライナー窒化膜116上にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜117を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 11C, a
以上のように、MOSトランジスタのゲート電極がFUSIゲートでない場合でも、本発明のアンチヒューズと共通のプロセスを用いて製造することができる。 As described above, even when the gate electrode of the MOS transistor is not a FUSI gate, it can be manufactured using a process common to the antifuse of the present invention.
(第4の実施形態)
図12(a)〜(i)、図13(a)〜(h)は、本発明の第4の実施形態に係る、MOSトランジスタと本発明のアンチヒューズ素子とを有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。ここでは、MOSトランジスタが金属シリサイドからなるゲート電極(FUSI)を有する場合を例にとって説明する。
(Fourth embodiment)
12 (a) to 12 (i) and FIGS. 13 (a) to 13 (h) show a method of manufacturing a semiconductor device having a MOS transistor and the antifuse element of the present invention according to the fourth embodiment of the present invention. It is sectional drawing shown. Here, a case where the MOS transistor has a gate electrode (FUSI) made of metal silicide will be described as an example.
まず、図12(a)〜(f)に示す工程により、半導体基板上にゲート絶縁膜102、ゲート電極107a、アンチヒューズ素子用ゲート電極107b、シリコン窒化膜109を形成する。ここまでの工程は図7(a)〜(f)で説明した工程と同一である。
First, the
次に、図12(g)に示すように、シリコン窒化膜109を異方性ドライエッチングすることによりパターニングし、ゲート電極107aおよびアンチヒューズ素子用ゲート電極107bの両側面上にサイドウォール110を形成する。続いて、イオン注入法により、ゲート電極107a、アンチヒューズ素子用ゲート電極107b、およびサイドウォール110をマスクとして自己整合的に高濃度不純物層112を形成する。
Next, as shown in FIG. 12G, the
次いで、図12(h)に示すように、CVD法などにより、半導体装置の全面上に厚さ30nmのシリコン酸化膜120を形成する。
Next, as shown in FIG. 12H, a
次に、図12(i)に示すように、シリコン酸化膜120のうちアンチヒューズ素子用ゲート電極107bの上に設けられた部分の一部上にフォトレジスト膜105cを形成する。本工程終了時の半導体装置を図14(a)に示す。
Next, as shown in FIG. 12I, a
次に、図13(a)に示すように、フォトレジスト膜105cをマスクとして、シリコン酸化膜120を異方性ドライエッチングすることによりパターニングを行い、アンチヒューズ接続部111を形成する。非シリサイド領域形成用のシリコン酸化膜120の形成工程を利用して作成されたアンチヒューズ接続部111を図14(b)に示す。
Next, as shown in FIG. 13A, the
次に、図13(b)に示すように、厚さ10nmのNi膜113を形成し、さらにその上に、厚さ15nmのTiN膜114を形成する。
Next, as shown in FIG. 13B, a
次に、図13(c)に示すように、300℃、30秒の条件で1回目のRTA(Rapid Thermal Annealing)処理を行った後、未反応のNi膜113及びTiN膜114を除去する。余分なNi膜113およびTiN膜114を除去する際には、例えば、硫酸又は塩酸と過酸化水素水とを混合した酸性溶液を用いてもよいし、水酸化アンモニウムと過酸化水素水とを混合したアルカリ性溶液を用いることもできる。続いて、500℃、30秒の条件で2回目のRTA処理を行って、高濃度不純物層112及びアンチヒューズ素子用ゲート電極107b上にNiSi膜115を形成する。ここで、本工程完了時の半導体装置の状態を図14(c)に示す。
Next, as shown in FIG. 13C, after the first RTA (Rapid Thermal Annealing) process is performed under the conditions of 300 ° C. and 30 seconds, the
次に、図13(d)に示すように、CVD法などにより、MOSトランジスタを含む半導体装置の全面上に厚さ20nmのライナー窒化膜116を形成した後、ライナー窒化膜116上にシリコン酸化物からなる層間絶縁膜117を形成する。
Next, as shown in FIG. 13D, a
次に、図13(e)に示すように、FUSI化が行われないアンチヒューズ素子用ゲート電極107bが設けられた素子形成領域203を除く領域において、層間絶縁膜117をエッチングしてライナー窒化膜116の上部を露出させる。
Next, as shown in FIG. 13E, the
次に、図13(f)に示すように、ゲート電極107a上を開口してポリシリコン膜からなるゲート電極107aの上面を露出させる。続いて、図13(g)に示すように、Pチャネル型MOSトランジスタを形成するための素子形成領域202において、ポリシリコン膜からなるゲート電極107aの上部をフッ酸系ウェットエッチングにより除去し、ゲート上トレンチ118を形成する。このとき、Nチャネル型MOSトランジスタを形成するための素子形成領域201においてゲート電極の厚さは100nm、Pチャネル型MOSトランジスタを形成するための素子形成領域202においてゲート電極107aの厚さは50nmである。次に、層間絶縁膜117を除去する。
Next, as shown in FIG. 13F, the upper surface of the
次に、図13(h)に示すように、FUSI工程として、厚さ60nmのNi膜とその上に厚さ15nmのTiN膜を形成し、300℃、30秒の条件で1回目のRTA処理を行う。更に、未反応のNi膜及びTiN膜を除去する。このためには、例えば、硫酸又は塩酸と過酸化水素水とを混合した酸性溶液を用いてもよいし、水酸化アンモニウムと過酸化水素水とを混合したアルカリ性溶液を用いることもできる。続いて、500℃、30秒の条件で2回目のRTA処理を行ない、これによって、ポリシリコン膜を、Nチャネル型MOSトランジスタを形成するための素子形成領域201のゲート電極についてはNiSi膜115、Pチャネル型MOSトランジスタを形成するための素子形成領域202のゲート電極107aについてはNi2Si膜119に変換させ、FUSI化の処理を行う。
Next, as shown in FIG. 13 (h), as the FUSI process, a Ni film having a thickness of 60 nm and a TiN film having a thickness of 15 nm are formed thereon, and the first RTA treatment is performed at 300 ° C. for 30 seconds. I do. Further, the unreacted Ni film and TiN film are removed. For this purpose, for example, an acidic solution obtained by mixing sulfuric acid or hydrochloric acid and hydrogen peroxide solution may be used, or an alkaline solution obtained by mixing ammonium hydroxide and hydrogen peroxide solution may be used. Subsequently, a second RTA process is performed at 500 ° C. for 30 seconds, whereby the polysilicon film is formed as the
このように、FUSIゲートを有するMOSトランジスタと共通のプロセスにより本発明のアンチヒューズ素子を形成すると、ヒューズプログラム時にMOSトランジスタゲートを溶断する不測の事態は回避できる。これは、ヒューズプログラム用電圧(3V〜8V)を印加しても、MOSトランジスタゲートが低抵抗の高融点金属シリサイドのみで形成されているため、発熱しにくいからである。また、本実施形態の方法において、アンチヒューズ接続部111を形成するための図12(i)に示す工程は、シリサイド化しない領域を保護するためのマスクを作成する工程と同時に行うことができる。そのため、第3の実施形態に係る方法に比べて少ない工程数で本発明のアンチヒューズ素子を形成することができる。
As described above, when the antifuse element of the present invention is formed by a process common to the MOS transistor having the FUSI gate, an unexpected situation in which the MOS transistor gate is blown during fuse programming can be avoided. This is because even when a fuse program voltage (3V to 8V) is applied, the MOS transistor gate is formed only of a low-resistance refractory metal silicide, so that it is difficult to generate heat. In the method of the present embodiment, the step shown in FIG. 12I for forming the
また、本発明の第2の実施形態に係るアンチヒューズ素子も、本実施形態に示した製造方法によって実現できる。具体的には、図12(d)に示す工程で、フォトレジスト膜105aによってアンチヒューズ素子用ゲート電極のパターンを所望の形状にさせるだけである。
Further, the antifuse element according to the second embodiment of the present invention can also be realized by the manufacturing method shown in the present embodiment. Specifically, in the step shown in FIG. 12D, the antifuse element gate electrode pattern is simply formed into a desired shape by the
なお、本実施形態でのアンチヒューズ素子はNiSi膜を使用したが、Ca2Si膜またはMg2Si膜を使用しても、本実施形態のアンチヒューズ素子と同じ効果を発揮することができる。
Incidentally, the anti-fuse element of the present embodiment is using NiSi film, the use of
−第4の実施形態の変形例−
第4の実施形態の変形例として、本発明のアンチヒューズ素子を、上部のみがシリサイド化されたゲート電極を有するMOSトランジスタと共通のプロセスによって作製する方法について説明する。
-Modification of the fourth embodiment-
As a modification of the fourth embodiment, a method for manufacturing the antifuse element of the present invention by a process common to a MOS transistor having a gate electrode whose upper part is silicided will be described.
図15(a)〜(h)、図16(a)〜(c)は、本発明の第4の実施形態の変形例に係る、MOSトランジスタとアンチヒューズ素子とを有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。 FIGS. 15A to 15H and FIGS. 16A to 16C show a method of manufacturing a semiconductor device having a MOS transistor and an antifuse element according to a modification of the fourth embodiment of the present invention. It is sectional drawing shown.
まず、図15(a)〜(d)に示すように、半導体基板上にゲート絶縁膜102、ゲート電極107a、アンチヒューズ素子用ゲート電極107b、シリコン窒化膜109を形成した後、半導体基板内に低濃度不純物層108を形成する。ここまでの工程は、図10(a)〜(d)に示す第3の実施形態の変形例に係る方法と同一である。
First, as shown in FIGS. 15A to 15D, a
次に、図15(e)に示すように、シリコン窒化膜109のエッチバックを行うことにより、シリコン窒化膜109で構成されたサイドウォール110をゲート電極107aおよびアンチヒューズ素子用ゲート電極107bの両側面上に形成する。
Next, as shown in FIG. 15E, by performing etch back of the
次に、図15(f)に示すように、ゲート電極107a、アンチヒューズ素子用ゲート電極107b、およびサイドウォール110をマスクとしてイオン注入を行い、半導体基板内に低濃度不純物層を形成した後、半導体装置の全面上に厚さ30nmのシリコン酸化膜120を形成する。
Next, as shown in FIG. 15F, ion implantation is performed using the
次に、図15(g)に示すように、シリコン酸化膜120のうちアンチヒューズ素子用ゲート電極107b上に設けられた部分の一部上にフォトレジスト膜105cを形成する。本工程終了時の半導体装置を図14(a)に示す。
Next, as shown in FIG. 15G, a
次に、図15(h)に示すように、フォトレジスト膜105cをマスクとしてシリコン酸化膜120を異方性ドライエッチングにより除去した後、フォトレジスト膜105cを除去する。これにより、アンチヒューズ接続部111が形成される。本工程終了時の半導体装置を図14(b)に示す。
Next, as shown in FIG. 15H, after the
次に、図16(a)に示すように、スパッタ法などにより、厚さ10nm程度のNi膜113を半導体装置の全面上に形成し、さらにNi膜113の上に、厚さ15nm程度のTiN膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 16A, a
次に、図16(b)に示すように、300℃、30秒の条件で1回目のRTA処理を行った後、未反応のNi膜113及びTiN膜114を除去する。余分なNi膜113およびTiN膜114を除去する際には、例えば、硫酸又は塩酸と過酸化水素水とを混合した酸性溶液を用いてもよいし、水酸化アンモニウムと過酸化水素水とを混合したアルカリ性溶液を用いることもできる。続いて、500℃、30秒の条件で2回目のRTA処理を行って、高濃度不純物層112上、ゲート電極107a上、及びアンチヒューズ接続部111を除くアンチヒューズ素子用ゲート電極107b上にそれぞれNiSi膜115を形成する。
Next, as shown in FIG. 16B, after the first RTA treatment is performed at 300 ° C. for 30 seconds, the
次に、図16(c)に示すように、CVD法などにより、MOSトランジスタを含む半導体装置の全面上に厚さ20nmのライナー窒化膜116を形成した後、ライナー窒化膜116上にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜117を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 16C, a
以上のように、MOSトランジスタのゲート電極がFUSIゲートでない場合でも、本発明のアンチヒューズと共通のプロセスを用いて製造することができる。 As described above, even when the gate electrode of the MOS transistor is not a FUSI gate, it can be manufactured using a process common to the antifuse of the present invention.
(第5の実施形態)
図17(a)〜(h)、図18(a)〜(h)は、本発明の第5の実施形態に係る、MOSトランジスタと本発明のアンチヒューズ素子とを有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。ここでは、MOSトランジスタが金属シリサイドからなるゲート電極(FUSI)を有する場合を例にとって説明する。
(Fifth embodiment)
17A to 17H and FIGS. 18A to 18H show a method of manufacturing a semiconductor device having a MOS transistor and the antifuse element of the present invention according to the fifth embodiment of the present invention. It is sectional drawing shown. Here, a case where the MOS transistor has a gate electrode (FUSI) made of metal silicide will be described as an example.
まず、図17(a)〜(g)に示す工程により、半導体基板上にゲート絶縁膜102、ゲート電極107a、アンチヒューズ素子用ゲート電極107b、サイドウォール110などを形成し、半導体基板内に低濃度不純物層108および高濃度不純物層112を形成する。ここまでの工程は図12(a)〜(g)で説明した工程と同一である。
First, the
図17(h)に示すように、アンチヒューズ素子用ゲート電極107bの一部(後にアンチヒューズ接続部111となる部分)の上方のみを開口するフォトレジスト膜105dを半導体装置上に形成する。続いて、イオン注入法により、アンチヒューズ素子用ゲート電極107b上の接続部のみに、加速電圧1keVで注入量1.3×1015/cm2の条件で窒素イオンを、アンチヒューズ素子用ゲート電極107bの上面近傍に注入する。この接続部パターンを形成した状態のアンチヒューズ素子用ゲート電極107bを図19(a)に示す。
As shown in FIG. 17H, a
次に、図18(a)に示すように、フォトレジスト膜105dの除去を行う。なお、図17(h)に示すイオン注入工程により、アンチヒューズ素子用ゲート電極107bの一部の上面近傍には窒素注入層131が形成される。このときのアンチヒューズ素子用ゲート電極107bを図19(b)に示す。本工程が、本実施形態の製造方法に特徴的な工程である。なお、窒素注入層131を形成する工程は、例えばサイドウォール110の形成前に行うこともできるが、ドライエッチングによる窒素注入層131の膜減りを防ぐために、シリサイド形成工程の直前に行うことが好ましい。
Next, as shown in FIG. 18A, the
次に、図18(b)に示すように、半導体装置の全面上に厚さ10nmのNi膜113を形成し、さらにその上に、厚さ15nmのTiN膜114を形成する。
Next, as shown in FIG. 18B, a
続いて、図18(c)に示すように、300℃、30秒の条件で1回目のRTA処理を行った後、未反応のNi膜113及びTiN膜114を除去する。余分なNi膜113およびTiN膜114を除去する際には、例えば、硫酸又は塩酸と過酸化水素水とを混合した酸性溶液を用いてもよいし、水酸化アンモニウムと過酸化水素水とを混合したアルカリ性溶液を用いることもできる。続いて、500℃、30秒の条件で2回目のRTA処理を行って、高濃度不純物層112及びアンチヒューズ素子用ゲート電極107b上にNiSi膜115を形成する。本工程終了時のアンチヒューズ素子用ゲート電極107bを図19(c)に示す。同図に示すように、窒素イオンが注入された領域ではポリシリコンとNiが反応しないため、シリサイド(NiSi)が形成されない。このシリサイドが形成されない部分がアンチヒューズ接続部111となる。
Subsequently, as shown in FIG. 18C, after the first RTA treatment is performed at 300 ° C. for 30 seconds, the
次に、図18(d)に示すように、CVD法などにより、MOSトランジスタを含む半導体装置の全面上に厚さ20nmのライナー窒化膜116を形成した後、ライナー窒化膜116上にシリコン酸化物からなる層間絶縁膜117を形成する。次いで、図18(e)に示すように、FUSI化が行われないアンチヒューズ素子用ゲート電極107bが設けられた素子形成領域203を除く領域において、層間絶縁膜117をエッチングしてライナー窒化膜116の上部を露出させる。
Next, as shown in FIG. 18D, a
次に、図18(f)に示すように、ゲート電極107a上を開口してポリシリコン膜からなるゲート電極107aの上面を露出させる。続いて、図18(g)に示すように、Pチャネル型MOSトランジスタを形成するための素子形成領域202において、ポリシリコン膜からなるゲート電極107aの上部をフッ酸系ウェットエッチングにより除去し、ゲート上トレンチ118を形成する。このとき、Nチャネル型MOSトランジスタを形成するための素子形成領域201においてゲート電極の厚さは100nm、Pチャネル型MOSトランジスタを形成するための素子形成領域202においてゲート電極107aの厚さは50nmである。次に、層間絶縁膜117を除去する。
Next, as shown in FIG. 18F, the upper surface of the
次いで、図18(h)に示すように、FUSI工程として、厚さ60nmのNi膜とその上に厚さ15nmのTiN膜を形成し、300℃、30秒の条件で1回目のRTA処理を行う。さらに、未反応のNi膜及びTiN膜を除去する。このためには、例えば、硫酸又は塩酸と過酸化水素水とを混合した酸性溶液を用いてもよいし、水酸化アンモニウムと過酸化水素水とを混合したアルカリ性溶液を用いることもできる。続いて、500℃、30秒の条件で2回目のRTA処理を行ない、これによって、ポリシリコン膜を、Nチャネル型MOSトランジスタを形成するための素子形成領域201のゲート電極についてはNiSi膜115、Pチャネル型MOSトランジスタを形成するための素子形成領域202のゲート電極107aについてはNi2Si膜119に変換させ、FUSI化の処理を行う。
Next, as shown in FIG. 18 (h), as the FUSI process, a Ni film having a thickness of 60 nm and a TiN film having a thickness of 15 nm are formed thereon, and the first RTA treatment is performed at 300 ° C. for 30 seconds. Do. Further, the unreacted Ni film and TiN film are removed. For this purpose, for example, an acidic solution obtained by mixing sulfuric acid or hydrochloric acid and hydrogen peroxide solution may be used, or an alkaline solution obtained by mixing ammonium hydroxide and hydrogen peroxide solution may be used. Subsequently, a second RTA process is performed at 500 ° C. for 30 seconds, whereby the polysilicon film is formed as the
このように、FUSIゲートを有するMOSトランジスタと共通のプロセスにより本発明のアンチヒューズ素子を形成すると、ヒューズプログラム時にMOSトランジスタゲートを溶断する不測の事態は回避できる。これは、ヒューズプログラム用電圧(3V〜8V)を印加しても、MOSトランジスタゲートが低抵抗の高融点金属シリサイドのみで形成されているため、発熱しにくいからである。 As described above, when the antifuse element of the present invention is formed by a process common to the MOS transistor having the FUSI gate, an unexpected situation in which the MOS transistor gate is blown during fuse programming can be avoided. This is because even when a fuse program voltage (3V to 8V) is applied, the MOS transistor gate is formed only of a low-resistance refractory metal silicide, so that it is difficult to generate heat.
なお、本実施形態では図17(h)に示す工程で窒素を注入したが、酸素を注入しても本実施形態と同じ効果を発揮することができる。 In this embodiment, nitrogen is implanted in the step shown in FIG. 17H. However, even if oxygen is implanted, the same effect as this embodiment can be exhibited.
また、本発明の第2の実施形態に係るアンチヒューズ素子も、本実施形態で示した製造方法によって実現できる。具体的には、図17(d)に示す工程で、フォトレジスト膜105aによってアンチヒューズ素子用ゲート電極のパターンを所望の形状をにさせるだけである。
Further, the antifuse element according to the second embodiment of the present invention can also be realized by the manufacturing method shown in the present embodiment. Specifically, in the step shown in FIG. 17D, the antifuse element gate electrode pattern is merely formed into a desired shape by the
なお、本実施形態でのアンチヒューズ素子はNiSi膜を使用したが、Ca2Si膜またはMg2Si膜を使用しても、本実施形態のアンチヒューズ素子と同じ効果を発揮することができる。
Incidentally, the anti-fuse element of the present embodiment is using NiSi film, the use of
また、図17(h)および図18(a)に示す工程で作成される窒素注入層131を利用してアンチヒューズ接続部111を形成する方法を、本発明のアンチヒューズ素子とゲート電極の上部のみがシリサイド化されたMOSトランジスタとを備える半導体装置の製造方法に適用することも可能である。
Further, a method of forming the
(第6の実施形態)
図20(a)〜(h)、図21(a)〜(h)は、本発明の第6の実施形態に係る、MOSトランジスタと本発明のアンチヒューズ素子とを有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。ここでは、MOSトランジスタが金属シリサイドからなるゲート電極(FUSI)を有する場合を例にとって説明する。
(Sixth embodiment)
20A to 20H and FIGS. 21A to 21H show a method of manufacturing a semiconductor device having a MOS transistor and the antifuse element of the present invention according to the sixth embodiment of the present invention. It is sectional drawing shown. Here, a case where the MOS transistor has a gate electrode (FUSI) made of metal silicide will be described as an example.
まず、図20(a)〜(g)に示す工程により、半導体基板上にゲート絶縁膜102、ゲート電極107a、アンチヒューズ素子用ゲート電極107b、サイドウォール110などを形成し、半導体基板内に低濃度不純物層108および高濃度不純物層112を形成する。ここまでの工程は図12(a)〜(g)で説明した工程と同一である。
20A to 20G, a
図20(h)に示すように、半導体装置の全面上に厚さ10nmのNi膜113を形成し、さらにその上に、厚さ15nmのTiN膜114を形成する。
As shown in FIG. 20H, a
図21(a)に示すように、300℃、30秒の条件で1回目のRTA処理を行った後、未反応のNi膜113及びTiN膜114を除去する。余分なNi膜113およびTiN膜114を除去する際には、例えば、硫酸又は塩酸と過酸化水素水とを混合した酸性溶液を用いてもよいし、水酸化アンモニウムと過酸化水素水とを混合したアルカリ性溶液を用いることもできる。続いて、500℃、30秒の条件で2回目のRTA処理を行って、高濃度不純物層112及びアンチヒューズ素子用ゲート電極107b上にNiSi膜115を形成する。本工程終了時のアンチヒューズ素子用ゲート電極107bの状態を図22(a)に示す。
As shown in FIG. 21A, after the first RTA treatment is performed at 300 ° C. for 30 seconds, the
次に、図21(b)に示すように、アンチヒューズ素子用ゲート電極107bの一部(後にアンチヒューズ接続部111となる部分)の上方のみを開口するフォトレジスト膜105eを半導体装置上に形成する。本工程終了時のアンチヒューズ素子用ゲート電極107bの状態を図22(b)に示す。
Next, as shown in FIG. 21B, a
次いで、図21(c)に示すように、フォトレジスト膜105eをマスクとして、アンチヒューズ素子用ゲート電極107b上のNiSi膜115を異方性ドライエッチングにより除去することによりNiSi膜115のパターニングを行い、アンチヒューズ接続部111を形成する。その後、フォトレジスト膜105eを除去する。本工程終了時のアンチヒューズ素子用ゲート電極107bの状態を図22(c)に示す。
Next, as shown in FIG. 21C, the
次に、図21(d)に示すように、CVD法などにより、MOSトランジスタを含む半導体装置の全面上に厚さ20nmのライナー窒化膜116を形成した後、ライナー窒化膜116上にシリコン酸化物からなる層間絶縁膜117を形成する。
Next, as shown in FIG. 21D, a
次に、図21(e)に示すように、FUSI化が行われないアンチヒューズ素子用ゲート電極107bが設けられた素子形成領域203を除く領域において、層間絶縁膜117をエッチングしてライナー窒化膜116の上部を露出させる。
Next, as shown in FIG. 21E, the
次に、図21(f)に示すように、ゲート電極107a上を開口してポリシリコン膜からなるゲート電極107aの上面を露出させる。続いて、図21(g)に示すように、Pチャネル型MOSトランジスタを形成するための素子形成領域202において、ポリシリコン膜からなるゲート電極107aの上部をフッ酸系ウェットエッチングにより除去し、ゲート上トレンチ118を形成する。このとき、Nチャネル型MOSトランジスタを形成するための素子形成領域201においてゲート電極の厚さは100nm、Pチャネル型MOSトランジスタを形成するための素子形成領域202においてゲート電極107aの厚さは50nmである。次に、層間絶縁膜117を除去する。
Next, as shown in FIG. 21F, the upper surface of the
次に、図21(h)に示すように、FUSI工程として、厚さ60nmのNi膜とその上に厚さ15nmのTiN膜を形成し、300℃、30秒の条件で1回目のRTA処理を行う。さらに、未反応のNi膜及びTiN膜を除去する。このためには、例えば、硫酸又は塩酸と過酸化水素水とを混合した酸性溶液を用いてもよいし、水酸化アンモニウムと過酸化水素水とを混合したアルカリ性溶液を用いることもできる。続いて、500℃、30秒の条件で2回目のRTA処理を行ない、これによって、ポリシリコン膜を、Nチャネル型MOSトランジスタを形成するための素子形成領域201のゲート電極についてはNiSi膜115、Pチャネル型MOSトランジスタを形成するための素子形成領域202のゲート電極107aについてはNi2Si膜119に変換させ、FUSI化の処理を行う。
Next, as shown in FIG. 21 (h), as the FUSI process, a Ni film having a thickness of 60 nm and a TiN film having a thickness of 15 nm are formed thereon, and the first RTA treatment is performed at 300 ° C. for 30 seconds. I do. Further, the unreacted Ni film and TiN film are removed. For this purpose, for example, an acidic solution obtained by mixing sulfuric acid or hydrochloric acid and hydrogen peroxide solution may be used, or an alkaline solution obtained by mixing ammonium hydroxide and hydrogen peroxide solution may be used. Subsequently, a second RTA process is performed at 500 ° C. for 30 seconds, whereby the polysilicon film is formed as the
このように、FUSIゲートを有するMOSトランジスタと共通のプロセスにより本発明のアンチヒューズ素子を形成すると、ヒューズプログラム時にMOSトランジスタゲートを溶断する不測の事態は回避できる。これは、ヒューズプログラム用電圧(3V〜8V)を印加しても、MOSトランジスタゲートが低抵抗の高融点金属シリサイドのみで形成されているため、発熱しにくいからである。 As described above, when the antifuse element of the present invention is formed by a process common to the MOS transistor having the FUSI gate, an unexpected situation in which the MOS transistor gate is blown during fuse programming can be avoided. This is because even when a fuse program voltage (3V to 8V) is applied, the MOS transistor gate is formed only of a low-resistance refractory metal silicide, so that it is difficult to generate heat.
また、本発明の第2の実施形態に係るアンチヒューズ素子も、この第6の実施形態に示した製造方法によって実現できる。具体的には、図20(d)に示す工程で、フォトレジスト膜105aによってアンチヒューズ素子用ゲート電極のパターンを所望の形状にさせるだけである。
The antifuse element according to the second embodiment of the present invention can also be realized by the manufacturing method shown in the sixth embodiment. Specifically, in the step shown in FIG. 20D, the antifuse element gate electrode pattern is simply formed into a desired shape by the
なお、本実施形態でのアンチヒューズ素子はNiSi膜を使用したが、Ca2Si膜またはMg2Si膜を使用しても、本実施形態のアンチヒューズ素子と同じ効果を発揮することができる。ただし、アンチヒューズ素子に用いるシリサイド金属がFUSIゲート材料と異なる場合は、図20(g)に示す工程の後に、アンチヒューズ素子領域以外はマスキングして、それ以降図21(c)に示す工程まで行う。それ以降は非シリサイド領域として、再度図20(h)〜図21(a)に示す工程までを繰り返した後、図21(d)から始めることで実現できる。
Incidentally, the anti-fuse element of the present embodiment is using NiSi film, the use of
以上で説明したように、本発明のアンチヒューズ素子は、シリサイド膜を有する半導体装置の製造方法等に有用である。 As described above, the antifuse element of the present invention is useful for a method for manufacturing a semiconductor device having a silicide film.
20 ポリシリコン膜
21 NiSi膜
22a 第1の端子部
22b 第2の端子部
23 ヒューズ本体部
24 アンチヒューズ接続部
30、31、32、33 アドレス
34 出荷時ヒューズ
35 ショートヒューズ
50 第1の内部配線
52 第2の内部配線
54 コンタクトプラグ
F1、F2、F3 アンチヒューズ
101 素子分離領域
102 ゲート絶縁膜
103 ポリシリコン膜
104 シリコン酸化膜
105、105a、105b、105c、105d、105e フォトレジスト膜
106 ハードマスク
107a ゲート電極
107b アンチヒューズ素子用ゲート電極
108 低濃度不純物層
109 シリコン窒化膜
110 サイドウォール
111 アンチヒューズ接続部
112 高濃度不純物層
113 Ni膜
114 TiN膜
115 NiSi膜
116 ライナー窒化膜
117 層間絶縁膜
118 ゲート上トレンチ
119 Ni2Si膜
120 シリコン酸化膜
131 窒素注入層
201、202、203 素子形成領域
20 Polysilicon film
21 NiSi film
22a 1st terminal part
22b Second terminal portion
23 Fuse body
24 Antifuse connection
30, 31, 32, 33 addresses
34 Fuse at the time of shipment
35 short fuse
50 First internal wiring
52 Second internal wiring
54 Contact plug
F1, F2, F3 Antifuse
101 Element isolation region
102 Gate insulation film
103 Polysilicon film
104 Silicon oxide film
105, 105a, 105b, 105c, 105d, 105e Photoresist film
106 hard mask
107a gate electrode
107b Gate electrode for antifuse element
108 Low-concentration impurity layer
109 Silicon nitride film
110 sidewall
111 Antifuse connection
112 High concentration impurity layer
113 Ni film
114 TiN film
115 NiSi film
116 Liner nitride film
117 Interlayer insulation film
118 Trench on gate
119 Ni 2 Si film
120 Silicon oxide film
131 Nitrogen injection layer
201, 202, 203 Element formation region
Claims (17)
前記アンチヒューズ素子は、
共に前記ポリシリコン膜と前記シリサイド層とを有する第1の端子部および第2の端子部と、
前記第1の端子部と前記第2の端子部との間に設けられ、前記第1の端子部と前記第2の端子部とを絶縁するアンチヒューズ接続部が一部に形成され、前記ポリシリコン膜と前記シリサイド層とを有するヒューズ本体部とを有し、
前記金属シリサイド層は、前記アンチヒューズ接続部を挟むように間隔を空けて配置されている半導体装置。 A semiconductor device having an antifuse element having a polysilicon film provided on or above a semiconductor substrate and a metal silicide layer provided on the polysilicon film,
The antifuse element is
A first terminal portion and a second terminal portion both having the polysilicon film and the silicide layer;
An antifuse connecting portion provided between the first terminal portion and the second terminal portion and insulating the first terminal portion and the second terminal portion is formed in part; A fuse body having a silicon film and the silicide layer;
The semiconductor device, wherein the metal silicide layers are arranged with an interval so as to sandwich the antifuse connection portion.
前記複数のアンチヒューズの各々には、前記アンチヒューズ接続部が1つずつ形成されていることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。 The fuse body is formed by arranging a plurality of antifuses having different widths so that the width gradually increases.
The semiconductor device according to claim 5, wherein each of the plurality of antifuses is provided with one antifuse connection portion.
前記ゲート電極、前記アンチヒューズ用ゲート電極、および前記半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程(b)と、
前記第1の絶縁膜のうち、前記アンチヒューズ素子用ゲート電極の上に設けられた部分の一部上に第1のフォトレジスト膜を形成する工程(c)と、
前記第1のフォトレジスト膜をマスクとして前記第1の絶縁膜をエッチングし、前記ゲート電極および前記アンチヒューズ素子用ゲート電極の側面上にサイドウォールを形成するとともに、前記アンチヒューズ素子用ゲート電極の一部上に前記第1の絶縁膜を残した後、前記第1のフォトレジスト膜を除去する工程(d)と、
前記工程(d)の後、少なくとも前記半導体基板上と前記アンチヒューズ素子用ゲート電極の露出部分上とに金属シリサイド層を形成する工程(e)とを備えている半導体装置の製造方法。 Forming a gate electrode made of a polysilicon film and an antifuse element gate electrode on a semiconductor substrate via a gate insulating film;
A step (b) of forming a first insulating film on the gate electrode, the antifuse gate electrode, and the semiconductor substrate;
A step (c) of forming a first photoresist film on a part of the first insulating film provided on the antifuse element gate electrode;
The first insulating film is etched using the first photoresist film as a mask to form sidewalls on the side surfaces of the gate electrode and the antifuse element gate electrode, and the antifuse element gate electrode (D) removing the first photoresist film after leaving the first insulating film on a part thereof;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step (e) of forming a metal silicide layer on at least the semiconductor substrate and on the exposed portion of the gate electrode for the antifuse element after the step (d).
前記ゲート絶縁膜と、前記ポリシリコン膜と、第2の絶縁膜とを順次前記半導体基板上に形成する工程(a1)と、
上面上に前記第2の絶縁膜を残した状態で前記ゲート電極を形成する工程(a2)とを含んでおり、
前記第1の絶縁膜を除去した後、前記ゲート電極、前記アンチヒューズ素子用ゲート電極、および前記半導体基板上に第3の絶縁膜を形成する工程(f)と、
前記第3の絶縁膜および前記第2の絶縁膜を除去して前記ゲート電極を露出させる工程(g)と、
前記工程(g)の後に前記ゲート電極全体をシリサイド化する工程(h)とをさらに備えていることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 The step (a)
A step (a1) of sequentially forming the gate insulating film, the polysilicon film, and a second insulating film on the semiconductor substrate;
And (a2) forming the gate electrode with the second insulating film left on the upper surface,
(F) forming a third insulating film on the gate electrode, the antifuse element gate electrode, and the semiconductor substrate after removing the first insulating film;
Removing the third insulating film and the second insulating film to expose the gate electrode (g);
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, further comprising a step (h) of siliciding the entire gate electrode after the step (g).
前記ゲート電極、前記アンチヒューズ用ゲート電極、および前記半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程(b)と、
前記第1の絶縁膜のうち、前記アンチヒューズ素子用ゲート電極の上に設けられた部分の一部上に第1のフォトレジスト膜を形成する工程(c)と、
前記第1のフォトレジスト膜をマスクとして前記第1の絶縁膜をエッチングし、前記アンチヒューズ素子用ゲート電極の一部上に前記第1の絶縁膜を残した後、前記第1のフォトレジスト膜を除去する工程(d)と、
前記工程(d)の後、少なくとも前記半導体基板上と前記アンチヒューズ素子用ゲート電極の露出部分上とに金属シリサイド層を形成する工程(e)とを備えている半導体装置の製造方法。 Forming a gate electrode made of a polysilicon film and an antifuse element gate electrode on a semiconductor substrate via a gate insulating film;
A step (b) of forming a first insulating film on the gate electrode, the antifuse gate electrode, and the semiconductor substrate;
A step (c) of forming a first photoresist film on a part of the first insulating film provided on the antifuse element gate electrode;
The first insulating film is etched using the first photoresist film as a mask to leave the first insulating film on a part of the gate electrode for the antifuse element, and then the first photoresist film Removing step (d);
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step (e) of forming a metal silicide layer on at least the semiconductor substrate and on the exposed portion of the gate electrode for the antifuse element after the step (d).
前記ゲート絶縁膜と、前記ポリシリコン膜と、第2の絶縁膜とを順次前記半導体基板上に形成する工程(a1)と、
上面上に前記第2の絶縁膜を残した状態で前記ゲート電極を形成する工程(a2)とを含んでおり、
前記第1の絶縁膜を除去した後、前記ゲート電極、前記アンチヒューズ素子用ゲート電極、および前記半導体基板上に第3の絶縁膜を形成する工程(f)と、
前記第3の絶縁膜および前記第2の絶縁膜を除去して前記ゲート電極を露出させる工程(g)と、
前記工程(g)の後に前記ゲート電極全体をシリサイド化する工程(h)とをさらに備えていることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。 The step (a)
A step (a1) of sequentially forming the gate insulating film, the polysilicon film, and a second insulating film on the semiconductor substrate;
And (a2) forming the gate electrode with the second insulating film left on the upper surface,
(F) forming a third insulating film on the gate electrode, the antifuse element gate electrode, and the semiconductor substrate after removing the first insulating film;
Removing the third insulating film and the second insulating film to expose the gate electrode (g);
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, further comprising a step (h) of siliciding the entire gate electrode after the step (g).
前記工程(b)では、前記非シリサイド領域内の前記半導体基板上および前記第2のゲート電極上にも前記第1の絶縁膜を形成し、
前記工程(c)では、前記非シリサイド領域内の前記半導体基板上および前記第2のゲート電極上に設けられた前記第1の絶縁膜の上にも前記第1のフォトレジスト膜を形成し、
前記工程(d)では、前記非シリサイド領域内の前記半導体基板上および前記第2のゲート電極上にも前記第1の絶縁膜を残し、
前記工程(g)では、前記非シリサイド領域内の前記半導体基板および前記第2のゲート電極の上面は前記第1の絶縁膜で覆われており、
前記工程(h)では、前記非シリサイド領域内の前記半導体基板および前記第2のゲート電極はシリサイド化されないことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。 In the step (a), a second gate electrode made of the polysilicon film is further formed on the non-silicide region of the semiconductor substrate via the gate insulating film,
In the step (b), the first insulating film is also formed on the semiconductor substrate and the second gate electrode in the non-silicide region,
In the step (c), the first photoresist film is formed also on the first insulating film provided on the semiconductor substrate and the second gate electrode in the non-silicide region,
In the step (d), the first insulating film is also left on the semiconductor substrate and the second gate electrode in the non-silicide region,
In the step (g), upper surfaces of the semiconductor substrate and the second gate electrode in the non-silicide region are covered with the first insulating film,
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein in the step (h), the semiconductor substrate and the second gate electrode in the non-silicide region are not silicided.
前記アンチヒューズ用ゲート電極のうち一部の領域を開口する第1のフォトレジスト膜を形成する工程(b)と、
前記第1のフォトレジスト膜をマスクとして前記アンチヒューズ素子用ゲート電極の露出部分の上部に窒素イオンまたは酸素イオンを注入する工程(c)と、
前記第1のフォトレジスト膜を除去した後、少なくとも前記半導体基板上と前記アンチヒューズ素子用ゲート電極のうち前記窒素イオンまたは前記酸素イオンが注入された部分を除く部分上とに金属シリサイド層を形成する工程(d)とを備えている半導体装置の製造方法。 Forming a gate electrode made of a polysilicon film and an antifuse element gate electrode on a semiconductor substrate via a gate insulating film;
A step (b) of forming a first photoresist film opening a part of the antifuse gate electrode;
(C) implanting nitrogen ions or oxygen ions into the upper part of the exposed portion of the gate electrode for the antifuse element using the first photoresist film as a mask;
After removing the first photoresist film, a metal silicide layer is formed at least on the semiconductor substrate and on a portion of the antifuse element gate electrode excluding a portion where the nitrogen ions or oxygen ions are implanted. And (d) a semiconductor device manufacturing method.
前記ゲート絶縁膜と、前記ポリシリコン膜と、第1の絶縁膜とを順次前記半導体基板上に形成する工程(a1)と、
上面上に前記第1の絶縁膜を残した状態で前記ゲート電極を形成する工程(a2)とを含んでおり、
前記工程(d)の後、前記ゲート電極、前記アンチヒューズ素子用ゲート電極、および前記半導体基板上に第2の絶縁膜を形成する工程(e)と、
前記第2の絶縁膜および前記第1の絶縁膜を除去して前記ゲート電極を露出させる工程(f)と、
前記工程(f)の後に前記ゲート電極全体をシリサイド化する工程(g)とをさらに備えていることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の製造方法。 The step (a)
A step (a1) of sequentially forming the gate insulating film, the polysilicon film, and the first insulating film on the semiconductor substrate;
And (a2) forming the gate electrode with the first insulating film left on the upper surface,
After the step (d), a step (e) of forming a second insulating film on the gate electrode, the antifuse element gate electrode, and the semiconductor substrate;
Removing the second insulating film and the first insulating film to expose the gate electrode (f);
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, further comprising a step (g) of siliciding the entire gate electrode after the step (f).
少なくとも前記半導体基板上と前記アンチヒューズ素子用ゲート電極上に金属シリサイド層を形成する工程(b)と、
前記アンチヒューズ素子用ゲート電極上に形成された前記金属シリサイド層のうち、一部を除去する工程(c)とを備えている半導体装置の製造方法。 Forming a gate electrode made of a polysilicon film and an antifuse element gate electrode on a semiconductor substrate via a gate insulating film;
A step (b) of forming a metal silicide layer on at least the semiconductor substrate and the antifuse element gate electrode;
A step (c) of removing a part of the metal silicide layer formed on the gate electrode for the antifuse element.
前記ゲート絶縁膜と、前記ポリシリコン膜と、第1の絶縁膜とを順次前記半導体基板上に形成する工程(a1)と、
上面上に前記第1の絶縁膜を残した状態で前記ゲート電極を形成する工程(a2)とを含んでおり、
前記工程(c)の後、前記ゲート電極、前記アンチヒューズ素子用ゲート電極、および前記半導体基板上に第2の絶縁膜を形成する工程(d)と、
前記第2の絶縁膜を除去して前記ゲート電極を露出させる工程(e)と、
前記工程(e)の後に前記ゲート電極全体をシリサイド化する工程(f)とをさらに備えていることを特徴とする請求項14に記載の半導体装置の製造方法。 The step (a)
A step (a1) of sequentially forming the gate insulating film, the polysilicon film, and the first insulating film on the semiconductor substrate;
And (a2) forming the gate electrode with the first insulating film left on the upper surface,
After the step (c), a step (d) of forming a second insulating film on the gate electrode, the antifuse element gate electrode, and the semiconductor substrate;
Removing the second insulating film to expose the gate electrode (e);
15. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14, further comprising a step (f) of siliciding the entire gate electrode after the step (e).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007061520A JP2008227049A (en) | 2007-03-12 | 2007-03-12 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007061520A JP2008227049A (en) | 2007-03-12 | 2007-03-12 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008227049A true JP2008227049A (en) | 2008-09-25 |
Family
ID=39845333
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007061520A Withdrawn JP2008227049A (en) | 2007-03-12 | 2007-03-12 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008227049A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010157704A (en) * | 2008-12-29 | 2010-07-15 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | Vertical metal-insulator-metal (mim) capacitor using gate stack, gate spacer and contact via |
JP2012009669A (en) * | 2010-06-25 | 2012-01-12 | Fujitsu Semiconductor Ltd | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
WO2014043566A1 (en) * | 2012-09-13 | 2014-03-20 | Qualcomm Incorporated | Anti-fuse device |
JP2014157642A (en) * | 2013-02-14 | 2014-08-28 | Fujitsu Semiconductor Ltd | Semiconductor device, semiconductor storage device, and control method of semiconductor device |
-
2007
- 2007-03-12 JP JP2007061520A patent/JP2008227049A/en not_active Withdrawn
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010157704A (en) * | 2008-12-29 | 2010-07-15 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | Vertical metal-insulator-metal (mim) capacitor using gate stack, gate spacer and contact via |
JP2012009669A (en) * | 2010-06-25 | 2012-01-12 | Fujitsu Semiconductor Ltd | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
US8836076B2 (en) | 2010-06-25 | 2014-09-16 | Fujitsu Semiconductor Limited | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
WO2014043566A1 (en) * | 2012-09-13 | 2014-03-20 | Qualcomm Incorporated | Anti-fuse device |
US8975724B2 (en) | 2012-09-13 | 2015-03-10 | Qualcomm Incorporated | Anti-fuse device |
JP2014157642A (en) * | 2013-02-14 | 2014-08-28 | Fujitsu Semiconductor Ltd | Semiconductor device, semiconductor storage device, and control method of semiconductor device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6727557B2 (en) | Semiconductor device having well tap provided in memory cell | |
US20080277756A1 (en) | Electronic device and method for operating a memory circuit | |
US9865536B2 (en) | Electrical fuse structure and method of formation | |
KR20020011317A (en) | Semiconductor memory device and manufacturing method thereof | |
JPH1197649A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP3629187B2 (en) | ELECTRIC FUSE, SEMICONDUCTOR DEVICE HAVING THE ELECTRIC FUSE, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME | |
WO2006107384A1 (en) | Antifuse element and electrically redundant antifuse array for controlled rupture location | |
JP2008177606A (en) | Semiconductor memory device and manufacturing method thereof | |
JP3588622B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US7928515B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method of the semiconductor device | |
KR20030076443A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
US20050087836A1 (en) | Electrically programmable polysilicon fuse with multiple level resistance and programming | |
US20130134519A1 (en) | Semiconductor device | |
US20080280407A1 (en) | Cmos device with dual polycide gates and method of manufacturing the same | |
US20080036033A1 (en) | One-time programmable memory | |
JP2008227049A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2009267229A (en) | Semiconductor device and method for manufacturing same | |
JP2012009669A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
KR20040104404A (en) | Method of manufacturing semiconductor integrated circuit device, and semiconductor integrated circuit device made by its method | |
US20070215944A1 (en) | Semiconductor device | |
US6818489B2 (en) | Semiconductor device having LDD-type source/drain regions and fabrication method thereof | |
US6448112B2 (en) | Cell array region of a NOR-type mask ROM device and fabricating method therefor | |
JP4493596B2 (en) | Semiconductor device | |
JP4181284B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
US20090029541A1 (en) | Method of fabricating anti-fuse and method of programming anti-fuse |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20091009 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20110914 |