JPH06310687A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents
Semiconductor device and its manufactureInfo
- Publication number
- JPH06310687A JPH06310687A JP9296093A JP9296093A JPH06310687A JP H06310687 A JPH06310687 A JP H06310687A JP 9296093 A JP9296093 A JP 9296093A JP 9296093 A JP9296093 A JP 9296093A JP H06310687 A JPH06310687 A JP H06310687A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- metal
- forming
- metal wiring
- semiconductor device
- 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 低電圧でアンチフューズが絶縁破壊されない
ようにして、これが用いられる半導体装置の信頼性を高
める。
【構成】 半導体装置のアンチフューズを、第一の金属
配線11と第二の金属配線13の間に形成された絶縁層
14と、この絶縁層14に形成された複数の接続孔15
と、この接続孔15に形成され第一の金属配線11と第
二の金属配線13の間を絶縁する絶縁膜17とで構成
し、かつ絶縁膜17を、気相成長させたシリコン膜17
aと、このシリコン膜17a上に積層される酸化シリコ
ン膜17b及び酸化タンタル膜17cからなる積層膜と
で構成する。このように、第一の金属配線11の金属表
面にシリコン膜17aを気相成長させることによって、
金属表面の凹凸が緩和される。そして、この上に金属酸
化膜を形成することにより極めて均一な金属酸化物を形
成することができる。このため、金属表面の凹凸の影響
による局所の過電圧がかからなくなり、装置の信頼性が
向上する。
(57) [Abstract] [Purpose] To prevent the breakdown of the antifuse at a low voltage and improve the reliability of the semiconductor device in which it is used. An antifuse of a semiconductor device is provided with an insulating layer 14 formed between a first metal wiring 11 and a second metal wiring 13, and a plurality of connection holes 15 formed in the insulating layer 14.
And an insulating film 17 formed in the connection hole 15 for insulating between the first metal wiring 11 and the second metal wiring 13, and the insulating film 17 is formed by vapor phase growth of the silicon film 17.
a and a laminated film composed of a silicon oxide film 17b and a tantalum oxide film 17c laminated on the silicon film 17a. Thus, by vapor-depositing the silicon film 17a on the metal surface of the first metal wiring 11,
The irregularities on the metal surface are alleviated. Then, by forming a metal oxide film on this, an extremely uniform metal oxide can be formed. For this reason, local overvoltage due to the influence of the unevenness of the metal surface is not applied, and the reliability of the device is improved.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ユーザーが現場でプロ
グラムすることが可能なゲートアレイであるフィールド
プログラマブルゲートアレイの配線に適するアンチフュ
ーズの改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improved antifuse suitable for wiring a field programmable gate array which is a field programmable gate array for a user.
【0002】[0002]
【従来の技術】フィールドプログラマブルゲートアレイ
(以下FPGA)は、ゲートアレイの中でも、ユーザー
が現場でプログラムすることが可能なゲートアレイであ
る。プログラムは、FPGAの配線の一部を導通させる
ことによって行われる。2. Description of the Related Art A field programmable gate array (hereinafter referred to as "FPGA") is a gate array that can be programmed in the field by a user among the gate arrays. The programming is performed by making a part of the FPGA wiring conductive.
【0003】FPGAの配線を形成する方法としては、
金属配線間に薄い絶縁膜を設けた接続孔によりいわゆる
アンチフューズ構造を形成する方法が提案されている
(IEEE Electron Device Let
ter,Vol.13,No.9,September
1992 pp.488-490 )。より具体的に説明する
と、アンチフューズは、第一の金属配線と第二の金属配
線の間に形成された絶縁層と、この絶縁層に形成された
接続孔と、この接続孔に形成され前記第一の金属配線と
第二の金属配線の間を絶縁する絶縁膜と、から構成され
ている。アンチフューズは、電気を流して絶縁破壊をす
ることによって金属配線間の接続を得ることを特徴とす
る。As a method for forming FPGA wiring,
A method of forming a so-called antifuse structure by a connection hole provided with a thin insulating film between metal wirings has been proposed (IEEE Electron Device Let).
ter, Vol. 13, No. 9, September
1992 pp. 488-490). More specifically, the antifuse includes an insulating layer formed between the first metal wiring and the second metal wiring, a connection hole formed in the insulation layer, and the connection hole formed in the connection hole. And an insulating film that insulates between the first metal wiring and the second metal wiring. The antifuse is characterized in that a connection between metal wirings is obtained by applying electricity to cause dielectric breakdown.
【0004】FPGA配線は上記したようなアンチフュ
ーズを複数個有しており、このうちのいくつかの接続孔
を選択的に絶縁破壊することにより、所望のプログラム
を組むことができる。すなわち、このようなFPGA配
線では、複数個の接続孔に選択的に電圧を印加すること
により絶縁膜の絶縁破壊が行われ、これにより配線の導
通が得られる。この一方で、絶縁破壊が行われなかった
接続孔においては上下層の配線どうしは導通しないの
で、前記接続孔に選択的に電圧を印加することによりプ
ログラムを行うことができる。なお、絶縁膜を絶縁破壊
するために印加される電圧はプログラム電圧あるいは書
き込み電圧と呼ばれているが、本明細書では書き込み電
圧と呼ぶ。The FPGA wiring has a plurality of antifuses as described above, and a desired program can be built by selectively subjecting some of the connection holes to dielectric breakdown. That is, in such an FPGA wiring, the insulation breakdown of the insulating film is performed by selectively applying a voltage to the plurality of connection holes, so that the wiring is electrically connected. On the other hand, in the connection hole in which the dielectric breakdown has not been performed, the wirings in the upper and lower layers are not electrically connected to each other, so that programming can be performed by selectively applying a voltage to the connection hole. Note that the voltage applied for dielectric breakdown of the insulating film is called a program voltage or a write voltage, but is called a write voltage in this specification.
【0005】ここで、FPGAのアンチフューズ構造を
形成する方法としては、例えば米国特許番号5070384 に
記載されているような方法がある。この米国特許には、
上記のようなアンチフューズ構造を形成するために、金
属配線表面上に金属膜を形成し、この金属配線表面上に
形成された金属膜を酸化して形成した金属酸化膜とこの
酸化膜上に形成したシリコン膜で絶縁膜を形成し、この
絶縁膜の上に金属配線を形成する方法が記載されてい
る。Here, as a method for forming the antifuse structure of the FPGA, there is a method described in, for example, US Pat. No. 5,070,384. This US patent contains
In order to form the antifuse structure as described above, a metal film is formed on the surface of the metal wiring, and the metal oxide film formed by oxidizing the metal film formed on the surface of the metal wiring and the metal oxide film on the oxide film are formed. It describes a method of forming an insulating film from the formed silicon film and forming metal wiring on the insulating film.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ここで、FPGAの配
線としてアンチフューズ構造のものを採用した場合に
は、接続孔の絶縁膜は所定の電圧で絶縁破壊されること
が必要である反面、絶縁破壊をしない場合の電圧(例え
ば、素子の動作時に発生する電圧)では絶縁破壊されな
いことが必要である。When an antifuse structure is used as the FPGA wiring, the insulating film in the connection hole must be dielectrically broken down at a predetermined voltage, while the insulating film must be insulated. It is necessary that the breakdown voltage does not cause dielectric breakdown (for example, the voltage generated when the device operates).
【0007】ところが、上記従来技術の絶縁膜は、これ
に近接する金属表面の結晶粒の影響により極めて絶縁破
壊しやすいという問題があった。これは、金属膜上に金
属酸化膜を形成する際にその接触面に凹凸が生じてしま
うため、局所的に高電圧が印加されてしまうからであ
る。このように、金属表面の結晶粒の影響により極めて
絶縁破壊しやすいため、上記従来技術では十分な絶縁耐
性を有する薄い絶縁膜を形成するのは困難であった。However, the above-mentioned conventional insulating film has a problem that it is extremely susceptible to dielectric breakdown due to the influence of the crystal grains on the metal surface adjacent thereto. This is because when the metal oxide film is formed on the metal film, unevenness is generated on the contact surface, so that a high voltage is locally applied. As described above, since the dielectric breakdown is extremely likely to occur due to the influence of the crystal grains on the metal surface, it has been difficult to form a thin insulating film having sufficient insulation resistance with the above-mentioned conventional technique.
【0008】この問題は、素子の動作電圧が次第に低電
圧化される現在の傾向に伴って絶縁膜が薄膜化された場
合には、より顕著になる。すなわち、素子の動作電圧の
低電圧化を行った場合には、これに伴ってアンチフュー
ズの絶縁膜の破壊電圧も低電圧化する必要がある。この
破壊電圧を低電圧化するためには絶縁膜を薄膜化する必
要があり、この薄膜化に従って金属表面の凹凸の影響は
大きくなるのである。よって、動作電圧の低下に伴い、
絶縁破壊を意図しない素子の微弱な動作電圧によってア
ンチフューズが破壊されることとなってしまい、アンチ
フューズの信頼性が低下する。This problem becomes more remarkable when the insulating film is thinned in accordance with the present tendency that the operating voltage of the element is gradually lowered. That is, when the operating voltage of the device is lowered, the breakdown voltage of the insulating film of the antifuse needs to be lowered accordingly. In order to reduce the breakdown voltage, it is necessary to reduce the thickness of the insulating film, and the influence of the unevenness on the metal surface increases as the thickness decreases. Therefore, as the operating voltage decreases,
The antifuse is destroyed by the weak operating voltage of the element that is not intended for insulation breakdown, and the reliability of the antifuse is reduced.
【0009】本発明は以上のような課題に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、所定の電圧よりも低い電圧
により絶縁破壊されない信頼性の高いアンチフューズを
提供し、これを用いたFPGA(半導体装置)の信頼性
を高めることにある。The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a highly reliable antifuse which is not broken down by a voltage lower than a predetermined voltage, and an FPGA using the same. It is to improve the reliability of the (semiconductor device).
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するために本発明においては、金属表面の凹凸上にシリ
コン膜を気相成長させることによってこの凹凸を緩和
し、それからこの上に絶縁体を積層して絶縁膜を構成す
ることを特徴とする。In order to solve the above problems, in the present invention, the unevenness is alleviated by vapor-depositing a silicon film on the unevenness of the metal surface, and then the insulating film is formed thereon. It is characterized in that the body is laminated to form an insulating film.
【0011】すなわち本発明においては、気相成長させ
たシリコン膜とこのシリコン膜上に積層される酸化シリ
コン膜と誘電率が高い物質で構成される積層膜とでアン
チフューズの絶縁膜を構成することを特徴とする。That is, in the present invention, the antifuse insulating film is composed of the vapor-grown silicon film, the silicon oxide film laminated on this silicon film, and the laminated film made of a substance having a high dielectric constant. It is characterized by
【0012】より具体的には、本発明においては、第一
の金属配線と第二の金属配線の間に形成された絶縁層
と、この絶縁層に形成された接続孔と、この接続孔に形
成され前記第一の金属配線と第二の金属配線の間を絶縁
する絶縁膜と、で構成されるアンチフューズを複数有す
る半導体装置において、前記絶縁膜は、気相成長させた
シリコン膜と、このシリコン膜上に積層される酸化シリ
コンと少なくともTi,Ta,Nb,Zr,Y,Hf,
Alより選ばれる元素の酸化物からなる積層膜と、から
なることを特徴とする。More specifically, in the present invention, an insulating layer formed between the first metal wiring and the second metal wiring, a connection hole formed in the insulation layer, and a connection hole formed in the connection hole. In a semiconductor device having a plurality of antifuses formed of an insulating film for insulating between the first metal wiring and the second metal wiring, the insulating film is a vapor-grown silicon film, Silicon oxide laminated on this silicon film and at least Ti, Ta, Nb, Zr, Y, Hf,
And a laminated film made of an oxide of an element selected from Al.
【0013】また、上記半導体装置において、前記第一
の金属配線と前記絶縁膜の間には、Ti,Ta,Nb,
Zr,Y,Hfより選ばれた元素の窒化物、あるいはT
iBあるいはTiCからなる介在層が介在していること
を特徴とする。Further, in the above semiconductor device, Ti, Ta, Nb, and
A nitride of an element selected from Zr, Y, and Hf, or T
It is characterized in that an intervening layer made of iB or TiC is interposed.
【0014】更に、上記いずれかの半導体装置におい
て、前記絶縁膜においては、前記積層膜が複数積層され
ていることを特徴とする。Further, in any one of the above semiconductor devices, a plurality of the laminated films are laminated in the insulating film.
【0015】このような半導体装置においては、半導体
装置が有する複数の接続孔の内、所定の接続孔の絶縁膜
を短絡させることにより、所望の前記第一の金属配線と
第二の金属配線の間を導通させることができる。In such a semiconductor device, the desired first metal wiring and second metal wiring can be formed by short-circuiting the insulating film of a predetermined connection hole among the plurality of connection holes of the semiconductor device. It is possible to establish continuity between them.
【0016】[0016]
【作用】本発明においては、金属表面に非晶質シリコン
層を形成することにより、金属表面の凹凸を緩和し、こ
のシリコン層上に気相化学成長により金属酸化膜を形成
することにより極めて均一な金属酸化物を形成すること
ができる。即ち、シリコン層は非晶質であるので、結晶
に特有の結晶粒界がなく極めてスムーズな表面を得るこ
とができるのである。In the present invention, the amorphous silicon layer is formed on the metal surface to alleviate the irregularities on the metal surface, and the metal oxide film is formed on the silicon layer by vapor phase chemical growth to achieve a very uniform surface. It is possible to form various metal oxides. That is, since the silicon layer is amorphous, it is possible to obtain an extremely smooth surface without crystal grain boundaries peculiar to crystals.
【0017】また、金属酸化物形成後に酸化雰囲気での
熱処理を行なうことにより、金属酸化物の絶縁性は飛躍
的に改善し、優れた信頼性を得ることができる。この
際、酸化シリコン層がシリコン層と金属酸化物の界面に
成長する。この酸化により欠陥密度は飛躍的に減少す
る。Further, by performing heat treatment in an oxidizing atmosphere after forming the metal oxide, the insulating property of the metal oxide is dramatically improved, and excellent reliability can be obtained. At this time, a silicon oxide layer grows on the interface between the silicon layer and the metal oxide. This oxidation dramatically reduces the defect density.
【0018】この構造によれば、接続孔に書き込み電圧
が印加されると、酸化シリコン層と金属酸化物層を絶縁
破壊した後、薄いシリコン層から供給されるシリコンに
より金属シリサイドが形成され、低抵抗の導通路が形成
される。よって、本発明においては、絶縁破壊後の電気
抵抗を小さくすることができる。According to this structure, when the write voltage is applied to the connection hole, the silicon oxide layer and the metal oxide layer are dielectrically broken down, and then the metal silicide is formed by the silicon supplied from the thin silicon layer. A resistance conduction path is formed. Therefore, in the present invention, the electric resistance after dielectric breakdown can be reduced.
【0019】また、シリコン層、金属酸化物層の膜厚を
薄膜化して積層することにより、より確実に絶縁破壊さ
せることができ、低抵抗の導通路をすみやかに形成する
ことができる。Further, by thinning and stacking the silicon layer and the metal oxide layer, the dielectric breakdown can be more surely performed and the low resistance conductive path can be promptly formed.
【0020】[0020]
【実施例】図1は、本発明の好適な一実施例に係る半導
体装置(FPGA)のアンチフューズの断面模式図であ
る。1 is a schematic sectional view of an antifuse of a semiconductor device (FPGA) according to a preferred embodiment of the present invention.
【0021】このアンチフューズは、第一の金属配線1
1と第二の金属配線13の間に形成された絶縁層14
と、この絶縁層14に形成された接続孔15と、この接
続孔15に形成され前記第一の金属配線11と第二の金
属配線13の間を絶縁する絶縁膜17と、から構成され
ている。そして、本実施例に係る半導体装置(FPG
A)は、このようなアンチフューズを複数個有してい
る。This antifuse has a first metal wiring 1
Insulating layer 14 formed between the first and second metal wirings 13
And a connection hole 15 formed in the insulating layer 14, and an insulating film 17 formed in the connection hole 15 for insulating between the first metal wiring 11 and the second metal wiring 13. There is. Then, the semiconductor device (FPG
A) has a plurality of such antifuses.
【0022】本実施例において特徴的なことは、前記絶
縁膜17は、シリコン膜17aと、このシリコン膜17
a上に形成される酸化シリコン膜17b及び酸化タンタ
ル膜17cからなる積層膜と、からなり、絶縁膜17と
第一の金属配線11の間には第一の介在層18が形成さ
れ、絶縁膜17と第二の金属配線13の間には第二の介
在層19が形成されていることである。実施例におい
て、この2個の介在層はいずれも窒化チタンで構成され
ている。なお、酸化シリコン膜17bは、酸化シリコン
を積層することによって形成されるものではなく、シリ
コン膜17a上に酸化タンタル膜17cを被覆すること
により形成される。A characteristic of this embodiment is that the insulating film 17 includes a silicon film 17a and the silicon film 17a.
a laminated film made of a silicon oxide film 17b and a tantalum oxide film 17c formed on a, and a first intervening layer 18 is formed between the insulating film 17 and the first metal wiring 11. That is, the second intervening layer 19 is formed between 17 and the second metal wiring 13. In the embodiment, both of the two intervening layers are made of titanium nitride. The silicon oxide film 17b is not formed by stacking silicon oxide, but is formed by covering the silicon film 17a with the tantalum oxide film 17c.
【0023】本実施例に係るアンチフューズは、次のよ
うにして形成する(図2)。まず、0.8μmのアルミ
ニウム層からなる第一の金属配線11上に第一の介在層
18として窒化チタンの膜(0.1μm)を形成し、こ
の上に酸化シリコンからなる絶縁層14(1.0μm)
を形成する。そして、パターニングとエッチングによ
り、絶縁層14の所定の箇所に開孔を形成する。これに
より接続孔15が形成される(図2(a))。The antifuse according to this embodiment is formed as follows (FIG. 2). First, a titanium nitride film (0.1 μm) is formed as a first intervening layer 18 on the first metal wiring 11 made of a 0.8 μm aluminum layer, and an insulating layer 14 (1 0.0 μm)
To form. Then, by patterning and etching, an opening is formed in a predetermined portion of the insulating layer 14. As a result, the connection hole 15 is formed (FIG. 2A).
【0024】接続孔15を形成した後に、モノシランガ
スを減圧下で13.56MHzの高周波で分解すること
により、接続孔15が形成された絶縁層14全体に5n
mの非晶質シリコン膜17aを堆積する。次に、このシ
リコン膜17a上に、30nmの酸化タンタル膜17c
を、エトキシタンタルアルコラートの蒸気を酸素雰囲気
中において1torrの減圧下で熱分解することにより
形成した。この結果、シリコン膜17aと酸化タンタル
膜17cの界面には酸化シリコン膜17bが2nm形成
される。この酸化シリコン層17bはシリコン層上の自
然酸化膜により形成された膜と、酸化タンタル形成時に
酸化されて形成された膜が合わさったものである(図2
(b))。After the connection hole 15 is formed, monosilane gas is decomposed at a high frequency of 13.56 MHz under a reduced pressure, so that 5 n is formed on the entire insulating layer 14 in which the connection hole 15 is formed.
m amorphous silicon film 17a is deposited. Next, a 30 nm thick tantalum oxide film 17c is formed on the silicon film 17a.
Was formed by pyrolyzing the vapor of ethoxy tantalum alcoholate under a reduced pressure of 1 torr in an oxygen atmosphere. As a result, a silicon oxide film 17b having a thickness of 2 nm is formed at the interface between the silicon film 17a and the tantalum oxide film 17c. The silicon oxide layer 17b is a combination of a film formed of a natural oxide film on the silicon layer and a film formed by being oxidized during the formation of tantalum oxide (FIG. 2).
(B)).
【0025】この後、窒化チタン(0.1μm)とアル
ミニウム(0.8μm)をこの順に積層して第二の介在
層19と第二の金属配線13を形成した。そして、第二
の金属配線13をパターニングした後、この上に保護層
としてパシベーション膜(図示せず)を形成し、外部配
線を取り出してフィールドプログラマブルゲートアレイ
の配線を形成する。Thereafter, titanium nitride (0.1 μm) and aluminum (0.8 μm) were laminated in this order to form the second intervening layer 19 and the second metal wiring 13. Then, after patterning the second metal wiring 13, a passivation film (not shown) is formed thereon as a protective layer, and external wiring is taken out to form wiring of the field programmable gate array.
【0026】図3は、本実施例に係るアンチフューズの
効果を説明するために、第一の金属配線11と絶縁膜1
7の接触部の構造を模式的に示したものである。FIG. 3 illustrates the first metal wiring 11 and the insulating film 1 in order to explain the effect of the antifuse according to this embodiment.
7 schematically shows the structure of the contact portion of No. 7.
【0027】図3(a)は比較の対象として従来の方法
による構造を模式的に示したものであり、図3(b)は
本実施例の方法による構造を模式的に示したものであ
る。FIG. 3 (a) schematically shows the structure by the conventional method for comparison, and FIG. 3 (b) schematically shows the structure by the method of this embodiment. .
【0028】まず、従来の方法では、第一の金属配線1
1の表面の凸凹上に酸化により直接金属酸化物22を形
成し、その上にシリコン層23を形成し、そしてその上
に第二の金属配線13を形成している。この場合には、
金属酸化物22とシリコン層23が絶縁膜17として機
能している。ところが、金属膜を酸化することにより形
成した金属酸化物は、金属表面の結晶粒の凸凹の影響に
より極めて絶縁破壊しやすい。従って、十分な絶縁耐圧
を有する薄い絶縁膜を形成するのは極めて困難である。
これをアンチフュ−ズとする場合には所定の電圧で絶縁
破壊することが必要であるが、上記技術による所定の電
圧よりも低い電圧により絶縁破壊されやすく信頼性上の
問題がある。First, in the conventional method, the first metal wiring 1
The metal oxide 22 is directly formed on the unevenness of the surface of No. 1 by oxidation, the silicon layer 23 is formed thereon, and the second metal wiring 13 is formed thereon. In this case,
The metal oxide 22 and the silicon layer 23 function as the insulating film 17. However, the metal oxide formed by oxidizing the metal film is extremely susceptible to dielectric breakdown due to the influence of the unevenness of the crystal grains on the metal surface. Therefore, it is extremely difficult to form a thin insulating film having a sufficient withstand voltage.
When this is used as an antifuse, it is necessary to perform dielectric breakdown at a predetermined voltage, but a voltage lower than the predetermined voltage according to the above technique is likely to cause dielectric breakdown, and there is a problem in reliability.
【0029】これに対して、本実施例の方法では、図3
(b)の模式的断面構造図に示す様に、金属膜21表面
にまず薄いシリコン層25を形成した後、このシリコン
層25上に酸化シリコン26/金属酸化物27積層膜、
上部金属配線28を形成する。これにより、当初から存
在する金属表面の結晶粒の凸凹の影響が緩和され、アン
チフュ−ズが絶縁破壊し難くなる。即ち、シリコン層は
非晶質であるので、結晶に特有の結晶粒界がなく極めて
スムーズな表面を得ることができるのである。なお、こ
の二酸化シリコン層26はシリコン層25上の自然酸化
膜の場合もあるし、意図的に形成してもよい。また、金
属酸化物27を形成後、酸化性雰囲気において熱処理す
ることにより成長する酸化シリコンも含んでいる。On the other hand, in the method of this embodiment, the method shown in FIG.
As shown in the schematic cross-sectional structure diagram of (b), a thin silicon layer 25 is first formed on the surface of the metal film 21, and then a silicon oxide 26 / metal oxide 27 laminated film is formed on the silicon layer 25.
The upper metal wiring 28 is formed. As a result, the effect of the unevenness of the crystal grains existing on the metal surface from the beginning is mitigated, and the antifuse becomes less likely to cause dielectric breakdown. That is, since the silicon layer is amorphous, it is possible to obtain an extremely smooth surface without crystal grain boundaries peculiar to crystals. The silicon dioxide layer 26 may be a natural oxide film on the silicon layer 25 or may be intentionally formed. Further, it also contains silicon oxide grown by heat treatment in an oxidizing atmosphere after forming the metal oxide 27.
【0030】次に、本実施例に係る半導体装置(FPG
A)の仕様を説明する。Next, the semiconductor device (FPG
The specifications of A) will be described.
【0031】図4には2個のアンチフューズが示されて
いる。図において、右側のアンチフューズは右側の第二
の金属配線13と第一の金属配線11の接続を決定し、
一方、左側のアンチフューズは左側の第二の金属配線1
3と第一の金属配線11の接続を決定する。半導体装置
は保護膜としてのパッシベーション膜20で覆われてい
る。Two antifuses are shown in FIG. In the figure, the antifuse on the right side determines the connection between the second metal wiring 13 and the first metal wiring 11 on the right side,
On the other hand, the antifuse on the left side is the second metal wiring 1 on the left side.
The connection between 3 and the first metal wiring 11 is determined. The semiconductor device is covered with a passivation film 20 as a protective film.
【0032】図4(a)では、いずれのアンチフューズ
も絶縁破壊されておらず、従って左右どちらの配線も接
続されていない。これに対して、図4(b)では右側の
アンチフューズに書き込み電圧が印加され、これが絶縁
破壊されている。実施例において、絶縁破壊は、第一の
金属配線11と右側の第二の金属配線13の間に電圧パ
ルスを加えることにより行う。電圧パルスが加えられる
と、酸化タンタル膜17cと酸化シリコン膜17bが絶
縁破壊され、シリコン膜17aと酸化タンタル膜17c
との相互拡散により金属シリサイドからなる導通路Qが
形成される。そして、この導通路Qにより第一の金属配
線11と右側の第二の金属配線13の間が導通する。一
方、左側のアンチフューズは書き込み電圧が印加されて
おらず、第一の金属配線11と左側の第二の金属配線1
3の間は絶縁されている。In FIG. 4A, neither antifuse is dielectrically broken, and therefore neither the left or right wiring is connected. On the other hand, in FIG. 4B, the write voltage is applied to the antifuse on the right side, and this is dielectrically broken down. In the embodiment, the dielectric breakdown is performed by applying a voltage pulse between the first metal wiring 11 and the second metal wiring 13 on the right side. When a voltage pulse is applied, the tantalum oxide film 17c and the silicon oxide film 17b are dielectrically broken down, and the silicon film 17a and the tantalum oxide film 17c.
A conductive path Q made of a metal silicide is formed by mutual diffusion with. Then, the conduction path Q establishes conduction between the first metal wiring 11 and the second metal wiring 13 on the right side. On the other hand, a write voltage is not applied to the left antifuse, and the first metal wiring 11 and the second metal wiring 1 on the left side are not applied.
Between 3 is insulated.
【0033】同様に、素子上に形成された複数のアンチ
フューズを選択的に短絡することにより、任意の配線接
続が可能である。Similarly, by selectively short-circuiting a plurality of antifuses formed on the element, any wiring connection can be made.
【0034】図5及び図6は、従来例との比較で本実施
例に係る半導体装置の効果を評価した図である。FIG. 5 and FIG. 6 are views for evaluating the effect of the semiconductor device according to the present embodiment in comparison with the conventional example.
【0035】比較例となる従来例では、絶縁膜17は、
第一の金属配線11上に形成されたチタン膜を酸化して
形成した酸化チタン膜で構成されている。チタン酸化膜
の膜厚は40nmである。一方、本実施例では、容量を
ほぼ等しくするために、酸化シリコン膜17bの膜厚を
5nmに設定している。In the conventional example which is a comparative example, the insulating film 17 is
It is composed of a titanium oxide film formed by oxidizing a titanium film formed on the first metal wiring 11. The thickness of the titanium oxide film is 40 nm. On the other hand, in this embodiment, the film thickness of the silicon oxide film 17b is set to 5 nm in order to make the capacities almost equal.
【0036】図5は、絶縁破壊ヒストグラムの印加電圧
依存性を示している。図5(a)に示されるように、酸
化チタン/シリコン積層構造の場合には、表面の凹凸の
影響を受けて絶縁破壊電圧は大きくばらついている。こ
れに対し、図5(b)に示されるように、本発明の構造
を用いた場合には、極めて均一な絶縁破壊特性を示す。
図5(a)の結果は、従来の半導体装置では、素子動作
中に長時間の電圧を印加した場合には、絶縁破壊を意図
しないアンチフューズまでをも絶縁破壊してしまう可能
性があることを示しており、信頼性上極めて問題がある
ことを示俊している。ところが、図5(b)の結果か
ら、本実施例に係る半導体装置では、このような心配は
なく、装置の信頼性を極めて高くすることができるが分
かる。FIG. 5 shows the applied voltage dependence of the dielectric breakdown histogram. As shown in FIG. 5A, in the case of the titanium oxide / silicon laminated structure, the dielectric breakdown voltage greatly varies due to the influence of surface irregularities. On the other hand, as shown in FIG. 5B, when the structure of the present invention is used, extremely uniform dielectric breakdown characteristics are exhibited.
The result of FIG. 5A shows that in the conventional semiconductor device, when a voltage is applied for a long time during element operation, even an antifuse, which is not intended for dielectric breakdown, may be dielectrically destroyed. , And shows that it is extremely problematic in terms of reliability. However, from the result of FIG. 5B, it is understood that the semiconductor device according to the present embodiment does not have such a concern and the reliability of the device can be made extremely high.
【0037】図6(a)はチタン酸化膜/シリコン積層
を用いた場合の破壊後の接続孔の抵抗値の分布を示して
いる。図6(b)は本発明の構造を用いた場合である。
絶縁時の抵抗バラツキについては、遜色ない分布が得ら
れている。FIG. 6A shows the distribution of the resistance value of the contact hole after the breakage when the titanium oxide film / silicon stack is used. FIG. 6B shows a case where the structure of the present invention is used.
A distribution comparable to the resistance variation during insulation is obtained.
【0038】本発明の構造は図7に示すロジック回路か
ら成るブロック30の入力もしくは出力に配線された第
一の金属配線31とその上に形成された入力もしくは出
力に配線された第二の金属配線32の間に本発明の構造
からなるプログラム素子をアレイ状に配することによ
り、種々のロジック回路からなるブロックを自由に配線
することができる。また、ロジック回路とプログラム素
子を縦方向に積層することができるので、極めて高密度
のプログラマブルゲートアレイを形成することができ
る。The structure of the present invention is such that the first metal wiring 31 wired to the input or output of the block 30 composed of the logic circuit shown in FIG. 7 and the second metal wiring formed on the input or output thereof. By arranging the program elements having the structure of the present invention in an array between the wirings 32, blocks including various logic circuits can be freely wired. Further, since the logic circuit and the program element can be vertically stacked, an extremely high-density programmable gate array can be formed.
【0039】なお、本実施例では、積層膜として酸化タ
ンタル膜を用いた場合について示したが、Ti,Ta,
Nb,Zr,Y,Hf,Alにより選ばれた元素の酸化
膜を積層膜として用いても同様な効果を得ることができ
る。また、本実施例では、非晶質のシリコン層を用いて
いるが、金属シリサイド膜もしくは非晶質金属シリサイ
ドを代わりに用いても同様な効果を得ることができる。
更に、シリコン/酸化シリコン/金属酸化物構造を繰り
返し積層した構造としても、同様な効果を得ることがで
きる。更にまた、本構造が窒化チタンなどのシリコンと
反応しにくい材料を両側に配することにより、極めて勝
れた信頼性の有るプログラマブルゲートアレイを実現で
きる。In the present embodiment, the case where the tantalum oxide film is used as the laminated film is shown, but Ti, Ta,
Similar effects can be obtained by using an oxide film of an element selected from Nb, Zr, Y, Hf, and Al as a laminated film. Further, although the amorphous silicon layer is used in the present embodiment, the same effect can be obtained by using a metal silicide film or an amorphous metal silicide instead.
Further, the same effect can be obtained even with a structure in which a silicon / silicon oxide / metal oxide structure is repeatedly laminated. Furthermore, by arranging a material such as titanium nitride, which does not easily react with silicon, on both sides of this structure, it is possible to realize a highly reliable programmable gate array.
【0040】また、本実施例では、介在層として窒化チ
タンを用いているが、この介在層は窒化チタンに限られ
ず、この他にも例えば、Ta,Nb,Zr,Y,Hfよ
り選ばれる元素の窒化物、あるいはTiBあるいはTi
Cを用いることができる。Further, in this embodiment, titanium nitride is used as the intervening layer, but the intervening layer is not limited to titanium nitride, and other elements such as Ta, Nb, Zr, Y, and Hf are selected. Nitride, or TiB or Ti
C can be used.
【0041】[0041]
【発明の効果】本発明によれば、金属上に形成した薄い
絶縁膜の絶縁破壊時の均一性を著しく向上することがで
きる。従って、フィールドプログラマブルゲートアレイ
のアンチフューズの信頼性を飛躍的に高めることがで
き、極めて信頼性の高いフィールドプログラマブルゲー
トアレイを製造することができる。According to the present invention, the uniformity of a thin insulating film formed on a metal at the time of dielectric breakdown can be significantly improved. Therefore, the reliability of the antifuse of the field programmable gate array can be dramatically improved, and a highly reliable field programmable gate array can be manufactured.
【図1】本発明の好適な一実施例に係るアンチフューズ
の断面構造模式図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of an antifuse according to a preferred embodiment of the present invention.
【図2】本実施例に係るアンチフューズの製造過程を説
明するための断面構造模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional structure diagram for explaining a manufacturing process of the antifuse according to the present embodiment.
【図3】本発明の効果を示すモデル図である。FIG. 3 is a model diagram showing an effect of the present invention.
【図4】本発明の構造をプログラム素子として用いた場
合のアンチフューズ部の断面構造模式図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional structure diagram of an antifuse portion when the structure of the present invention is used as a program element.
【図5】本実施例と従来技術のアンチフューズの絶縁破
壊頻度の印加電圧依存性を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the applied voltage dependence of the dielectric breakdown frequency of the antifuse of this example and the prior art.
【図6】本実施例と従来技術のアンチフューズの絶縁破
壊後の抵抗バラツキを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing resistance variations after dielectric breakdown of the antifuse of this example and the prior art.
【図7】本実施例を適用したプログラマブルゲートアレ
イの配線の概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram of wiring of a programmable gate array to which this embodiment is applied.
11 第一の金属配線 13 第二の金属配線 14 絶縁層 15 接続孔 17 絶縁膜 17a シリコン膜 17b 酸化シリコン膜 17c 酸化タンタル膜 18 第一の介在層 19 第二の介在層 11 First Metal Wiring 13 Second Metal Wiring 14 Insulating Layer 15 Connection Hole 17 Insulating Film 17a Silicon Film 17b Silicon Oxide Film 17c Tantalum Oxide Film 18 First Intervening Layer 19 Second Intervening Layer
Claims (5)
形成された絶縁層と、この絶縁層に形成された接続孔
と、この接続孔に形成され前記第一の金属配線と第二の
金属配線の間を絶縁する絶縁膜と、で構成される複数の
アンチフューズを有する半導体装置において、 前記絶縁膜は、気相成長させたシリコン膜と、このシリ
コン膜上の酸化シリコン層とこのシリコン膜上に積層さ
れる少なくともTi,Ta,Nb,Zr,Y,Hf,A
lより選ばれた元素の酸化物からなる積層膜と、からな
ることを特徴とする半導体装置。1. An insulating layer formed between a first metal wiring and a second metal wiring, a connection hole formed in the insulating layer, and the first metal wiring formed in the connection hole. In a semiconductor device having a plurality of antifuses composed of an insulating film for insulating between second metal wirings, the insulating film is a vapor-grown silicon film and a silicon oxide layer on the silicon film. And at least Ti, Ta, Nb, Zr, Y, Hf, A laminated on the silicon film.
2. A semiconductor device, comprising: a laminated film made of an oxide of an element selected from l.
a,Nb,Zr,Y,Hfより選ばれる元素の窒化物、
あるいはTiBあるいはTiCからなる介在層が介在し
ていることを特徴とする半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein Ti, T is provided between the first metal wiring and the insulating film.
a nitride of an element selected from a, Nb, Zr, Y and Hf,
Alternatively, a semiconductor device is characterized in that an intervening layer made of TiB or TiC is interposed.
いて、 前記絶縁膜においては、前記積層膜が複数積層されてい
ることを特徴とする半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of the laminated films are laminated in the insulating film.
法であって、 第一の金属配線上に絶縁層を形成する工程と、 パターニングとエッチングにより、前記絶縁層の所定の
箇所に開孔を形成することによって接続孔を形成する工
程と、 この接続孔を形成した後に、モノシランガスを減圧下で
高周波分解することにより、該接続孔が形成された絶縁
層全体に非晶質シリコン膜を堆積する工程と、 絶縁層全体に非晶質シリコン膜を堆積した後に、請求項
1記載の金属のアルコラートの蒸気を酸素雰囲気中にお
いて減圧下で熱分解することにより、該非晶質シリコン
膜上に酸化金属膜を形成する工程と、 この酸化金属膜上に第二の金属配線のパターンを形成す
る工程と、 を含み、 シリコン膜と酸化金属膜の界面に酸化シリコン膜が形成
されることを特徴とする半導体装置の製造方法。4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a step of forming an insulating layer on the first metal wiring, and a step of forming a hole in a predetermined portion of the insulating layer by patterning and etching. And forming a connection hole by forming a contact hole, and after forming the connection hole, a monosilane gas is subjected to high-frequency decomposition under reduced pressure to deposit an amorphous silicon film on the entire insulating layer in which the connection hole is formed. And depositing the amorphous silicon film on the entire insulating layer, and then thermally decomposing the metal alcoholate vapor of claim 1 under reduced pressure in an oxygen atmosphere to oxidize the amorphous silicon film on the amorphous silicon film. A step of forming a metal film and a step of forming a pattern of the second metal wiring on the metal oxide film are included, and the silicon oxide film is formed at the interface between the silicon film and the metal oxide film. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim.
法であって、 第一の金属配線上に第一の介在層を形成する工程と、 この第一の介在層上に絶縁層を形成する工程と、 パターニングとエッチングにより、前記絶縁層の所定の
箇所に開孔を形成することによって接続孔を形成する工
程と、 この接続孔を形成した後に、モノシランガスを減圧下で
高周波分解することにより、該接続孔が形成された絶縁
層全体に非晶質シリコン膜を堆積する工程と、 絶縁層全体に非晶質シリコン膜を堆積した後に、請求項
1記載の金属のアルコラートの蒸気を酸素雰囲気中にお
いて減圧下で熱分解することにより、該非晶質シリコン
膜上に酸化金属膜を形成する工程と、 この酸化金属膜上に第二の金属配線のパターンを形成す
る工程と、 を含み、 シリコン膜と酸化金属膜の界面に酸化シリコン膜が形成
されることを特徴とする半導体装置の製造方法。5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein a step of forming a first intervening layer on the first metal wiring, and an insulating layer formed on the first intervening layer. And a step of forming a connection hole by forming an opening at a predetermined portion of the insulating layer by patterning and etching, and after forming the connection hole, high-frequency decomposition of monosilane gas under reduced pressure is performed. The step of depositing an amorphous silicon film on the entire insulating layer in which the connection hole is formed, and the step of depositing the amorphous silicon film on the entire insulating layer, and then vaporizing the metal alcoholate vapor in an oxygen atmosphere. A step of forming a metal oxide film on the amorphous silicon film by thermal decomposition in a vacuum atmosphere, and a step of forming a second metal wiring pattern on the metal oxide film; The method of manufacturing a semiconductor device characterized by a silicon oxide film at the interface of the metal oxide film is formed with.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9296093A JPH06310687A (en) | 1993-04-20 | 1993-04-20 | Semiconductor device and its manufacture |
| US08/228,257 US5521423A (en) | 1993-04-19 | 1994-04-15 | Dielectric structure for anti-fuse programming element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9296093A JPH06310687A (en) | 1993-04-20 | 1993-04-20 | Semiconductor device and its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06310687A true JPH06310687A (en) | 1994-11-04 |
Family
ID=14069013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9296093A Pending JPH06310687A (en) | 1993-04-19 | 1993-04-20 | Semiconductor device and its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06310687A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5565031A (en) * | 1994-05-09 | 1996-10-15 | International Business Machines Corporation | Method for low temperature selective growth of silicon or silicon alloys |
| WO2001075956A1 (en) * | 2000-03-30 | 2001-10-11 | Tokyo Electron Limited | Method of forming a dielectric film |
-
1993
- 1993-04-20 JP JP9296093A patent/JPH06310687A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5565031A (en) * | 1994-05-09 | 1996-10-15 | International Business Machines Corporation | Method for low temperature selective growth of silicon or silicon alloys |
| WO2001075956A1 (en) * | 2000-03-30 | 2001-10-11 | Tokyo Electron Limited | Method of forming a dielectric film |
| US6866890B2 (en) | 2000-03-30 | 2005-03-15 | Tokyo Electron Limited | Method of forming a dielectric film |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5521423A (en) | Dielectric structure for anti-fuse programming element | |
| JP3076507B2 (en) | Semiconductor device, semiconductor integrated circuit device, and method of manufacturing the same | |
| JP2722873B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP2004152796A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| US5440174A (en) | Plurality of passive elements in a semiconductor integrated circuit and semiconductor integrated circuit in which passive elements are arranged | |
| JPH11177051A (en) | Thin film capacitor and method of manufacturing the same | |
| JPH05259391A (en) | Ferroelectric capacitor and manufacturing method thereof | |
| JP2000040800A (en) | Ferroelectric memory element and method of manufacturing the same | |
| JPH06268156A (en) | Thin-film capacitor and its manufacture | |
| JP4925494B2 (en) | Capacitor manufacturing method for semiconductor device having high dielectric constant dielectric film | |
| JPH09162372A (en) | Electrode material and capacitive element using the same | |
| JP2924753B2 (en) | Method for manufacturing thin film capacitor | |
| JPH06310687A (en) | Semiconductor device and its manufacture | |
| JP3299909B2 (en) | Multilayer structure electrode using oxide conductor | |
| JP3676381B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor memory device without barrier | |
| US6504228B1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
| JP2000208440A (en) | Method of forming platinum film for capacitor-electrode of semiconductor device | |
| JPH09219459A (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same | |
| JPH11233734A (en) | Semiconductor memory device and method of manufacturing the same | |
| JPH06302700A (en) | Semiconductor device and manufacture thereof | |
| JPH06302701A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JPH06196564A (en) | Semiconductor device | |
| JP2000091531A (en) | Thin film capacitor and method of manufacturing the same | |
| JP3886907B2 (en) | Ferroelectric capacitor and integrated semiconductor memory chip manufacturing method | |
| JP2004349394A (en) | Method for manufacturing thin film high dielectric capacitor |