JP2000243213A - 縦型ヒューズおよび製造方法 - Google Patents
縦型ヒューズおよび製造方法Info
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- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
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- H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
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- H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体チップ上でヒューズが占める面積を縮
小すること。また、半導体デバイスのヒューズに対す
る、ヒューズ抵抗を調整する方法を提供すること。 【解決手段】 半導体のヒューズを、導電性経路が表面
に配置された基板と、前記基板に配置された誘電体層
と、前記表面に垂直に配置された縦型ヒューズとを有す
るように構成し、前記縦型ヒューズは誘電体層を貫通
し、前記導電性経路に接続し、前記縦型ヒューズは空孔
を備え、前記空孔の縦表面にはライナ材料が配置され、
縦表面に沿ったライナ材料は溶けてヒューズを切断する
ようにする。
小すること。また、半導体デバイスのヒューズに対す
る、ヒューズ抵抗を調整する方法を提供すること。 【解決手段】 半導体のヒューズを、導電性経路が表面
に配置された基板と、前記基板に配置された誘電体層
と、前記表面に垂直に配置された縦型ヒューズとを有す
るように構成し、前記縦型ヒューズは誘電体層を貫通
し、前記導電性経路に接続し、前記縦型ヒューズは空孔
を備え、前記空孔の縦表面にはライナ材料が配置され、
縦表面に沿ったライナ材料は溶けてヒューズを切断する
ようにする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体の製造に関
し、より詳細には縦型ヒューズおよび半導体チップレイ
アウト面積の縮小に対する方法に関する。
し、より詳細には縦型ヒューズおよび半導体チップレイ
アウト面積の縮小に対する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】メモリデバイスのような半導体デバイス
はヒューズを備えている。ダイナミックランダムアクセ
スメモリ(DRAM)チップにおいては、DRAMチッ
プ設計の世代が新しくなる度に、メモリ密度の増加によ
りヒューズの数は大幅に増加する。ヒューズはレーザで
切断されるか電気的に切断されるかのいずれかであり、
従来のDRAM設計においてはチップの面方向に平行に
配置されている。この方向に配置されたヒューズは横向
配置ヒューズまたは横型ヒューズと呼ばれる。横向配置
ヒューズは、ヒューズ回路と合わせて全チップ面積の大
体3%を消費する。
はヒューズを備えている。ダイナミックランダムアクセ
スメモリ(DRAM)チップにおいては、DRAMチッ
プ設計の世代が新しくなる度に、メモリ密度の増加によ
りヒューズの数は大幅に増加する。ヒューズはレーザで
切断されるか電気的に切断されるかのいずれかであり、
従来のDRAM設計においてはチップの面方向に平行に
配置されている。この方向に配置されたヒューズは横向
配置ヒューズまたは横型ヒューズと呼ばれる。横向配置
ヒューズは、ヒューズ回路と合わせて全チップ面積の大
体3%を消費する。
【0003】メモリデバイスにおけるヒューズ使用法の
1つは、チップのエリアまたはブロックをアクティベー
ト/ディアクティベートすることである。これはそれぞ
れアンチヒューズ( anti-fuse )およびヒューズを使
用して行われる。例えばチップの歩留りを向上させるた
めに、ヒューズの切断によりアクティベートされる冗長
部を使用する。次世代のDRAMではヒューズの面積は
大幅に拡大されるであろうが、これは特に冗長部が拡大
されるからである。例えば従来のDRAMチップが15
000のヒューズを備えていたとすれば、次世代のDR
AMチップは約30000から約50000のヒューズ
を備えることになる。
1つは、チップのエリアまたはブロックをアクティベー
ト/ディアクティベートすることである。これはそれぞ
れアンチヒューズ( anti-fuse )およびヒューズを使
用して行われる。例えばチップの歩留りを向上させるた
めに、ヒューズの切断によりアクティベートされる冗長
部を使用する。次世代のDRAMではヒューズの面積は
大幅に拡大されるであろうが、これは特に冗長部が拡大
されるからである。例えば従来のDRAMチップが15
000のヒューズを備えていたとすれば、次世代のDR
AMチップは約30000から約50000のヒューズ
を備えることになる。
【0004】本発明による縦型に配置されたヒューズ
は、有利には付加的なプロセスおよびマスクステップな
しに、半導体デバイスの金属構造体と共に形成される。
以下に、デュアルダマシンプロセスに対するコンタクト
/配線の形成について簡単に説明する。
は、有利には付加的なプロセスおよびマスクステップな
しに、半導体デバイスの金属構造体と共に形成される。
以下に、デュアルダマシンプロセスに対するコンタクト
/配線の形成について簡単に説明する。
【0005】図1に、半導体デバイス10を示す。半導
体デバイスは基板12を含む。誘電体層14は当分野で
周知のプロセスにより堆積およびパターニングされてい
る。誘電体層14は酸化物、例えばTEOSまたはBP
SGを含む。導電体16は誘電体層14上に堆積してい
る。導電体16は金属、例えばタングステンまたはアル
ミニウムを含む。導電体16は配線または他の導電性構
造体を、例えばDRAMチップのM0レベルに形成す
る。
体デバイスは基板12を含む。誘電体層14は当分野で
周知のプロセスにより堆積およびパターニングされてい
る。誘電体層14は酸化物、例えばTEOSまたはBP
SGを含む。導電体16は誘電体層14上に堆積してい
る。導電体16は金属、例えばタングステンまたはアル
ミニウムを含む。導電体16は配線または他の導電性構
造体を、例えばDRAMチップのM0レベルに形成す
る。
【0006】図2を参照する。誘電体層18が誘電体層
14および導電体層16上に堆積している。誘電体層1
8は、二酸化シリコンのような酸化物である。誘電体層
18はパターニングおよびエッチングされて、コンタク
トホール20および配線トレンチ22が形成され、ここ
にアルミニウムのような導電体24のデュアルダマシン
堆積が、図3に示すように行われる。化学的機械研磨
(CMP)を実行して表面を平坦化し、導電体24を表
面から除去する。
14および導電体層16上に堆積している。誘電体層1
8は、二酸化シリコンのような酸化物である。誘電体層
18はパターニングおよびエッチングされて、コンタク
トホール20および配線トレンチ22が形成され、ここ
にアルミニウムのような導電体24のデュアルダマシン
堆積が、図3に示すように行われる。化学的機械研磨
(CMP)を実行して表面を平坦化し、導電体24を表
面から除去する。
【0007】図4を参照すると、誘電体層26が誘電体
層18上およびコンタクト/配線28上に堆積してお
り、ここでコンタクト/配線28は誘電体層18内に形
成されている。誘電体層26は有利には酸化物、例えば
二酸化シリコンである。
層18上およびコンタクト/配線28上に堆積してお
り、ここでコンタクト/配線28は誘電体層18内に形
成されている。誘電体層26は有利には酸化物、例えば
二酸化シリコンである。
【0008】図5および図6を参照すると、誘電体層2
6はパターニングおよびエッチングされてバイアホール
32および配線トレンチ34が形成され、ここにアルミ
ニウムのような導電体36のデュアルダマシン堆積が実
行されて、図6に示すようなバイア/配線38が形成さ
れる。CMPを実行して表面を平坦化し、導電体36を
表面から除去する。
6はパターニングおよびエッチングされてバイアホール
32および配線トレンチ34が形成され、ここにアルミ
ニウムのような導電体36のデュアルダマシン堆積が実
行されて、図6に示すようなバイア/配線38が形成さ
れる。CMPを実行して表面を平坦化し、導電体36を
表面から除去する。
【0009】図1から図6で説明したプロセスを半導体
デバイス10全体に実行する。例えば、コンタクト/配
線28およびバイア/配線38をメモリチップのメモリ
アレイ部分30内に形成する。
デバイス10全体に実行する。例えば、コンタクト/配
線28およびバイア/配線38をメモリチップのメモリ
アレイ部分30内に形成する。
【0010】従って、半導体チップ上でヒューズが占め
る面積を縮小する必要がある。さらに、半導体デバイス
のヒューズに対する、ヒューズ抵抗を調整する方法が必
要である。さらに付加的なプロセスステップおよびマス
ク無しにヒューズを製造する必要がある。
る面積を縮小する必要がある。さらに、半導体デバイス
のヒューズに対する、ヒューズ抵抗を調整する方法が必
要である。さらに付加的なプロセスステップおよびマス
ク無しにヒューズを製造する必要がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、半導
体チップ上でヒューズが占める面積を縮小することであ
る。本発明の別の課題は、半導体デバイスのヒューズに
対する、ヒューズ抵抗を調整する方法を提供することで
ある。
体チップ上でヒューズが占める面積を縮小することであ
る。本発明の別の課題は、半導体デバイスのヒューズに
対する、ヒューズ抵抗を調整する方法を提供することで
ある。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記課題は本発明によ
り、半導体のヒューズを、導電性経路が表面に配置され
た基板と、前記基板に配置された誘電体層と、前記表面
に垂直に配置された縦型ヒューズとを有するように構成
し、前記縦型ヒューズは誘電体層を貫通し、前記導電性
経路に接続し、前記縦型ヒューズは空孔を備え、前記空
孔の縦表面にはライナ材料が配置され、縦表面に沿った
ライナ材料は溶けてヒューズを切断するようにして解決
される。
り、半導体のヒューズを、導電性経路が表面に配置され
た基板と、前記基板に配置された誘電体層と、前記表面
に垂直に配置された縦型ヒューズとを有するように構成
し、前記縦型ヒューズは誘電体層を貫通し、前記導電性
経路に接続し、前記縦型ヒューズは空孔を備え、前記空
孔の縦表面にはライナ材料が配置され、縦表面に沿った
ライナ材料は溶けてヒューズを切断するようにして解決
される。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明による半導体デバイスのヒ
ューズは、導電性経路が表面に配置された基板と、前記
基板に配置された誘電体層と、前記表面に垂直に配置さ
れた縦型ヒューズとを有する。前記縦型ヒューズは誘電
体層を貫通し、前記導電性経路に接続し、前記縦型ヒュ
ーズは空孔を備え、前記空孔の縦表面にはライナ材料が
配置され、縦表面に沿ったライナ材料は溶けてヒューズ
を切断する。
ューズは、導電性経路が表面に配置された基板と、前記
基板に配置された誘電体層と、前記表面に垂直に配置さ
れた縦型ヒューズとを有する。前記縦型ヒューズは誘電
体層を貫通し、前記導電性経路に接続し、前記縦型ヒュ
ーズは空孔を備え、前記空孔の縦表面にはライナ材料が
配置され、縦表面に沿ったライナ材料は溶けてヒューズ
を切断する。
【0014】択一的な実施例では、前記ライナ材料は有
利には窒化チタンを含み、前記ヒューズは有利にはアル
ミニウムを含む。前記誘電体層は多重誘電体層を含む。
前記導電性経路はヒューズに垂直に配置された導体線を
含んでいて、導体線とヒューズとの間のベンドを形成す
る。ヒューズを通る電流はベンドから空孔へ向かって流
れる。前記ライナ材料の抵抗は有利には、ヒューズの他
の部分の抵抗より大きい。
利には窒化チタンを含み、前記ヒューズは有利にはアル
ミニウムを含む。前記誘電体層は多重誘電体層を含む。
前記導電性経路はヒューズに垂直に配置された導体線を
含んでいて、導体線とヒューズとの間のベンドを形成す
る。ヒューズを通る電流はベンドから空孔へ向かって流
れる。前記ライナ材料の抵抗は有利には、ヒューズの他
の部分の抵抗より大きい。
【0015】縦型ヒューズの製造方法は、半導体デバイ
スの誘電体層中にヒューズホールを縦方向に形成するス
テップと、前記ヒューズホールの側面を導電体層でライ
ニングするステップと、前記ヒューズホール内に導電体
を堆積するステップとを有する。前記導電体層の抵抗は
前記導電体の抵抗より大きく、前記導電体は空孔を形成
し、前記空孔の縦表面には導電体層が配置されている。
スの誘電体層中にヒューズホールを縦方向に形成するス
テップと、前記ヒューズホールの側面を導電体層でライ
ニングするステップと、前記ヒューズホール内に導電体
を堆積するステップとを有する。前記導電体層の抵抗は
前記導電体の抵抗より大きく、前記導電体は空孔を形成
し、前記空孔の縦表面には導電体層が配置されている。
【0016】縦型ヒューズの製造を、メモリチップのコ
ンタクトおよびバイア構造体の製造と同時に行う方法
は、メモリアレイ部分内にデバイスが形成されている基
板を含むメモリチップを提供し、チップはさらにヒュー
ズ領域を有し、前記基板上に第1誘電体層を堆積し、第
1誘電体層中にコンタクトを形成し、第2誘電体層を堆
積し、ヒューズホールとバイアホールとを同時に形成
し、ヒューズホールは第1および第2誘電体層中に縦方
向に形成し、バイアホールをコンタクトまで貫通させ、
ヒューズホールおよびバイアホールの側壁を導電体層で
ライニングし、導電体をヒューズホールおよびバイアホ
ール内に堆積し、導電体層の抵抗は導電体の抵抗より大
きく、ヒューズホール内に堆積した導電体はヒューズホ
ール内に空孔を形成し、前記空孔の縦表面には導電体層
が堆積しており、前記ヒューズホールは、バイアホール
の開口部よりも大きな開口部を形成しており、同じプロ
セスによりヒューズホール内に空孔を形成する一方、バ
イアホールを充填する。
ンタクトおよびバイア構造体の製造と同時に行う方法
は、メモリアレイ部分内にデバイスが形成されている基
板を含むメモリチップを提供し、チップはさらにヒュー
ズ領域を有し、前記基板上に第1誘電体層を堆積し、第
1誘電体層中にコンタクトを形成し、第2誘電体層を堆
積し、ヒューズホールとバイアホールとを同時に形成
し、ヒューズホールは第1および第2誘電体層中に縦方
向に形成し、バイアホールをコンタクトまで貫通させ、
ヒューズホールおよびバイアホールの側壁を導電体層で
ライニングし、導電体をヒューズホールおよびバイアホ
ール内に堆積し、導電体層の抵抗は導電体の抵抗より大
きく、ヒューズホール内に堆積した導電体はヒューズホ
ール内に空孔を形成し、前記空孔の縦表面には導電体層
が堆積しており、前記ヒューズホールは、バイアホール
の開口部よりも大きな開口部を形成しており、同じプロ
セスによりヒューズホール内に空孔を形成する一方、バ
イアホールを充填する。
【0017】他の方法では、導電体を堆積するステップ
は、デュアルダマシンプロセスにより導電体を堆積する
ステップを含む。導電体を堆積するステップは、導電体
の湿潤層を堆積し、ヒューズホール内に導電体を堆積し
て空孔を形成することをさらに含む。湿潤層は有利に
は、化学的気相成長プロセスにより堆積させる。導電体
は有利には、物理的気相成長プロセスにより堆積させ
る。導電体層または空孔の寸法の一方を調整して、所定
のヒューズ切断電圧を規定するステップをさらに含む。
前記導電体は有利には、アルミニウムを含み、前記導電
体層は窒化チタンを含む。ヒューズの抵抗を、該ヒュー
ズが接続されている外部回路の抵抗と整合させるステッ
プをさらに含む。
は、デュアルダマシンプロセスにより導電体を堆積する
ステップを含む。導電体を堆積するステップは、導電体
の湿潤層を堆積し、ヒューズホール内に導電体を堆積し
て空孔を形成することをさらに含む。湿潤層は有利に
は、化学的気相成長プロセスにより堆積させる。導電体
は有利には、物理的気相成長プロセスにより堆積させ
る。導電体層または空孔の寸法の一方を調整して、所定
のヒューズ切断電圧を規定するステップをさらに含む。
前記導電体は有利には、アルミニウムを含み、前記導電
体層は窒化チタンを含む。ヒューズの抵抗を、該ヒュー
ズが接続されている外部回路の抵抗と整合させるステッ
プをさらに含む。
【0018】本発明は半導体製造に関し、より詳細には
縦型ヒューズおよび半導体チップレイアウト面積の縮小
に対する方法に関する。本発明は、ヒューズの製造をチ
ップ面に垂直な方向に行う方法を含む。本発明によるヒ
ューズは縦型に配置されており、すなわち縦方向ヒュー
ズである。本発明による縦型ヒューズは、ヒューズが占
める面積を縮小する。例えば従来技術による横型ヒュー
ズが長さ4μm、幅0.5μm、厚さ0.5μmである
ならば、ヒューズを横方向から縦方向へ変えることによ
り面積が約8倍縮小される。また本発明は、ヒューズの
消費電力を最大とするためにヒューズ抵抗を調整する方
法を含む。消費電力を最大にすることにより、ヒューズ
が容易に切断できるようになる。有利な実施例では、縦
型ヒューズは空孔を有し、この空孔は付加的なマスクま
たはプロセスステップ無しに形成される。空孔を組み込
むことによる利点の1つは、切断されたヒューズを熱し
てしまう可能性をこの空孔が小さくするからである。
縦型ヒューズおよび半導体チップレイアウト面積の縮小
に対する方法に関する。本発明は、ヒューズの製造をチ
ップ面に垂直な方向に行う方法を含む。本発明によるヒ
ューズは縦型に配置されており、すなわち縦方向ヒュー
ズである。本発明による縦型ヒューズは、ヒューズが占
める面積を縮小する。例えば従来技術による横型ヒュー
ズが長さ4μm、幅0.5μm、厚さ0.5μmである
ならば、ヒューズを横方向から縦方向へ変えることによ
り面積が約8倍縮小される。また本発明は、ヒューズの
消費電力を最大とするためにヒューズ抵抗を調整する方
法を含む。消費電力を最大にすることにより、ヒューズ
が容易に切断できるようになる。有利な実施例では、縦
型ヒューズは空孔を有し、この空孔は付加的なマスクま
たはプロセスステップ無しに形成される。空孔を組み込
むことによる利点の1つは、切断されたヒューズを熱し
てしまう可能性をこの空孔が小さくするからである。
【0019】図1から図6で説明した構造体を形成する
ためのプロセスを、本発明において縦型ヒューズを形成
するために使用する。有利には、本発明による縦型ヒュ
ーズによりチップレイアウト面積が縮小され、かつこの
ヒューズは付加的なプロセスステップおよびマスク無し
に製造される。言い換えると、縦型ヒューズが半導体デ
バイスのヒューズ領域に、デバイスの他の構造体と同時
に形成される。縦型ヒューズと同時に形成されるメモリ
アレイデバイスを備えたメモリデバイスに対する、縦型
ヒューズの製造プロセスを例として説明する。
ためのプロセスを、本発明において縦型ヒューズを形成
するために使用する。有利には、本発明による縦型ヒュ
ーズによりチップレイアウト面積が縮小され、かつこの
ヒューズは付加的なプロセスステップおよびマスク無し
に製造される。言い換えると、縦型ヒューズが半導体デ
バイスのヒューズ領域に、デバイスの他の構造体と同時
に形成される。縦型ヒューズと同時に形成されるメモリ
アレイデバイスを備えたメモリデバイスに対する、縦型
ヒューズの製造プロセスを例として説明する。
【0020】
【実施例】図を参照して詳細を具体的に説明する。図全
体を通して、類似または同一の要素にはそれぞれ相応の
参照番号を付してある。まず図7に半導体基板12を示
す。半導体基板はシリコン、SOI、ガリウムひ素また
は当分野で公知の他の基板を含む。導電体16が誘電体
層14上に堆積している。他の形式の半導体デバイスに
対しては、他の導電性構造体が同様に形成される。当分
野で公知のプロセスにより、誘電体層14は堆積され、
パターニングされる。誘電体層14はTEOS、熱酸化
物、シランまたは高密度多結晶シリコンのような酸化物
を含む。誘電体層18は誘電体層14上に堆積される。
誘電体層18は二酸化シリコンのような酸化物である。
体を通して、類似または同一の要素にはそれぞれ相応の
参照番号を付してある。まず図7に半導体基板12を示
す。半導体基板はシリコン、SOI、ガリウムひ素また
は当分野で公知の他の基板を含む。導電体16が誘電体
層14上に堆積している。他の形式の半導体デバイスに
対しては、他の導電性構造体が同様に形成される。当分
野で公知のプロセスにより、誘電体層14は堆積され、
パターニングされる。誘電体層14はTEOS、熱酸化
物、シランまたは高密度多結晶シリコンのような酸化物
を含む。誘電体層18は誘電体層14上に堆積される。
誘電体層18は二酸化シリコンのような酸化物である。
【0021】誘電体層18をパターニングし、そしてア
レイ部分をエッチングしてデュアルダマシン構造を形成
する。これは図2および図3に関連して既に説明した。
CMPを実行して誘電体層18表面を平坦化する。誘電
体層26を誘電体層18上に堆積する。誘電体層26は
有利には二酸化シリコンのような酸化物である。誘電体
層26をパターニングし、そしてエッチングしてデュア
ルダマシンヒューズホール102を形成する。ヒューズ
ホールの形成は、図5に示したようにコンタクトホール
32および配線トレンチ34がデュアルダマシン堆積に
対して形成されるのと同時に行われる。ヒューズホール
102のパターニングは有利にはリソグラフィプロセス
により実行する。ヒューズホール102のエッチングは
反応性イオンエッチング(RIE)プロセスまたは化学
的ダウンストリームエッチング(chemical downstream
etching =CDE)プロセスにより実行される。その他
のエッチング技術を使用してもよい。
レイ部分をエッチングしてデュアルダマシン構造を形成
する。これは図2および図3に関連して既に説明した。
CMPを実行して誘電体層18表面を平坦化する。誘電
体層26を誘電体層18上に堆積する。誘電体層26は
有利には二酸化シリコンのような酸化物である。誘電体
層26をパターニングし、そしてエッチングしてデュア
ルダマシンヒューズホール102を形成する。ヒューズ
ホールの形成は、図5に示したようにコンタクトホール
32および配線トレンチ34がデュアルダマシン堆積に
対して形成されるのと同時に行われる。ヒューズホール
102のパターニングは有利にはリソグラフィプロセス
により実行する。ヒューズホール102のエッチングは
反応性イオンエッチング(RIE)プロセスまたは化学
的ダウンストリームエッチング(chemical downstream
etching =CDE)プロセスにより実行される。その他
のエッチング技術を使用してもよい。
【0022】ヒューズホール102は誘電体層18およ
び誘電体層26を貫通して導電体16に達する。誘電体
層18および誘電体層26のエッチングに対して説明し
たエッチングプロセスは、有利には導電体16に対して
選択的である。導電体16は有利にはタングステン、ア
ルミニウムまたはその他の導電体である。
び誘電体層26を貫通して導電体16に達する。誘電体
層18および誘電体層26のエッチングに対して説明し
たエッチングプロセスは、有利には導電体16に対して
選択的である。導電体16は有利にはタングステン、ア
ルミニウムまたはその他の導電体である。
【0023】図8を参照する。ヒューズホール102内
に導電性薄膜104が形成される。薄膜104は有利に
は、ベース材料( base material )またはヒューズに
対して使用されるバイアよりも抵抗の大きい物質であ
り、以降のステップで適用される。薄膜104は堆積プ
ロセス、例えば化学気相成長(CVD)により形成され
る。薄膜104はヒューズホール102をライニングす
る(図9も参照)。
に導電性薄膜104が形成される。薄膜104は有利に
は、ベース材料( base material )またはヒューズに
対して使用されるバイアよりも抵抗の大きい物質であ
り、以降のステップで適用される。薄膜104は堆積プ
ロセス、例えば化学気相成長(CVD)により形成され
る。薄膜104はヒューズホール102をライニングす
る(図9も参照)。
【0024】図9を参照する。デュアルダマシン堆積プ
ロセスにより、薄膜104の形成されているヒューズホ
ール102を充填する。導電体106は有利には物理的
気相成長プロセスにより堆積される。その他のコンフォ
ーマルなコーティングプロセスを使用してもよい。導電
体106は有利にはアルミニウムであるが、他の導電体
を使用してもよい。有利な実施例では、薄膜104は金
属窒化物を含む。例えばAlよりも抵抗が大きい窒化チ
タン(TiN)である。銅などの他の導体およびその合
金を薄膜104に使用してよい。堆積プロセスには空孔
108の形成を含み、この空孔によりヒューズ切断中に
薄膜104の体積が膨張できる。縦型ヒューズ110が
形成され、このヒューズにより半導体デバイスのレイア
ウト面積は、従来の横向きに配置されたヒューズと比較
して大幅に縮小される。
ロセスにより、薄膜104の形成されているヒューズホ
ール102を充填する。導電体106は有利には物理的
気相成長プロセスにより堆積される。その他のコンフォ
ーマルなコーティングプロセスを使用してもよい。導電
体106は有利にはアルミニウムであるが、他の導電体
を使用してもよい。有利な実施例では、薄膜104は金
属窒化物を含む。例えばAlよりも抵抗が大きい窒化チ
タン(TiN)である。銅などの他の導体およびその合
金を薄膜104に使用してよい。堆積プロセスには空孔
108の形成を含み、この空孔によりヒューズ切断中に
薄膜104の体積が膨張できる。縦型ヒューズ110が
形成され、このヒューズにより半導体デバイスのレイア
ウト面積は、従来の横向きに配置されたヒューズと比較
して大幅に縮小される。
【0025】図10は半導体デバイスの断面図であり、
本発明による、同一の半導体デバイス上のヒューズ領域
160およびメモリアレイ領域162を示す。参照番号
11の部分を図11により詳細に示す。
本発明による、同一の半導体デバイス上のヒューズ領域
160およびメモリアレイ領域162を示す。参照番号
11の部分を図11により詳細に示す。
【0026】図11に空孔領域の拡大図を示す。薄膜1
04は空孔108をライニングし、空孔108が形成さ
れるように導電体106が堆積される。ヒューズ110
を切断する際、電流はそこを流れる。所定量の電流がヒ
ューズ110を流れると、ヒューズ110は切断され
る。導電体106と比較して薄膜104は抵抗が大きい
だけでなく、その断面積も小さいので、薄膜104はI
2R加熱の間に破壊される。ここでIは電流であり、R
はヒューズ110の抵抗である。空孔108があるの
で、薄膜104は電流による高温のために融ける。薄膜
104は空孔108内へ膨張して、ヒューズ110の導
電性経路を切断する。
04は空孔108をライニングし、空孔108が形成さ
れるように導電体106が堆積される。ヒューズ110
を切断する際、電流はそこを流れる。所定量の電流がヒ
ューズ110を流れると、ヒューズ110は切断され
る。導電体106と比較して薄膜104は抵抗が大きい
だけでなく、その断面積も小さいので、薄膜104はI
2R加熱の間に破壊される。ここでIは電流であり、R
はヒューズ110の抵抗である。空孔108があるの
で、薄膜104は電流による高温のために融ける。薄膜
104は空孔108内へ膨張して、ヒューズ110の導
電性経路を切断する。
【0027】ヒューズ110の重要な側面の1つは、異
なる抵抗(R)のヒューズを製造することにより、異な
る電流で切断され、かつ消費電力を最大にするようにヒ
ューズ110を調整できるということである。これは様
々な手法で実現される。消費電力を最大にする手法の1
つは、ヒューズ110の抵抗を外部回路の抵抗
(REX T)と整合させることである。外部回路は、ヒュ
ーズ110に電流を供給するトランジスタ(図示せず)
を含む。図12を参照する。ヒューズ110の抵抗はバ
イアの幅/半径r1、空孔108の長さ”L”(図11
参照)および/または薄膜104の厚さΔrを変化させ
ることで調整される(ここでr1は、導電体106の外
径/外周または薄膜104の内径/内周への、半径また
は幅である)。これらの関係は以下の式1および式2の
ようになっている。
なる抵抗(R)のヒューズを製造することにより、異な
る電流で切断され、かつ消費電力を最大にするようにヒ
ューズ110を調整できるということである。これは様
々な手法で実現される。消費電力を最大にする手法の1
つは、ヒューズ110の抵抗を外部回路の抵抗
(REX T)と整合させることである。外部回路は、ヒュ
ーズ110に電流を供給するトランジスタ(図示せず)
を含む。図12を参照する。ヒューズ110の抵抗はバ
イアの幅/半径r1、空孔108の長さ”L”(図11
参照)および/または薄膜104の厚さΔrを変化させ
ることで調整される(ここでr1は、導電体106の外
径/外周または薄膜104の内径/内周への、半径また
は幅である)。これらの関係は以下の式1および式2の
ようになっている。
【0028】 A=π((2×r1×Δr)−Δr2) 式1 R=ρL/A 式2 ここでAは水平面で切ったヒューズ110の断面積であ
り、ρは薄膜104の抵抗である。
り、ρは薄膜104の抵抗である。
【0029】図13は、本発明による縦型ヒューズの抵
抗と消費電力との関係を示すグラフである。グラフに最
大の消費電力の点A、BおよびCを示す。これらの点で
は、ヒューズ抵抗と凡例に示す外部抵抗(REXT)とが
実質的に等しい。Uはヒューズの両端の電圧である。
抗と消費電力との関係を示すグラフである。グラフに最
大の消費電力の点A、BおよびCを示す。これらの点で
は、ヒューズ抵抗と凡例に示す外部抵抗(REXT)とが
実質的に等しい。Uはヒューズの両端の電圧である。
【0030】発明者が行った電気的なテストでは、空孔
108の有無によるAlスタッド(導電体106)の抵
抗の劇的な相違は見られなかった。抵抗の違いは係数2
の程度で変動した。空孔108内のスタッドの断面積が
縮小することにより電流密度が増加して、それにより抵
抗が大きくなると共に温度が上昇する。
108の有無によるAlスタッド(導電体106)の抵
抗の劇的な相違は見られなかった。抵抗の違いは係数2
の程度で変動した。空孔108内のスタッドの断面積が
縮小することにより電流密度が増加して、それにより抵
抗が大きくなると共に温度が上昇する。
【0031】図14を参照する。本発明によると有利に
は、導電体106はヒューズホール102を完全には充
填しない。実施例の1つでは「低温Al充填( Cool-Al
-Fill )」技術によりヒューズホール102を充填する
ことで、その内部に空孔108を形成する。「低温Al
充填」ではCVDによりAl湿潤層114を形成し、次
に物理的気相成長(PVD)または他のコンフォーマル
なコーティング処理によりAl堆積層116を形成す
る。薄膜104はAlが堆積する前に形成され、ヒュー
ズホール102にAlを封じ込めるための拡散バリアと
して機能する。薄膜104はライナ材料であり、本発明
による縦型ヒューズに対して形成された空孔108を取
り囲む。薄膜104は打ち込まれた( implanted =I
MP)Ti(厚さ約250Å)のスタックおよび/また
はCVDによるTiN(厚さ約50Å)を含む。有利に
はTiNを使用する。
は、導電体106はヒューズホール102を完全には充
填しない。実施例の1つでは「低温Al充填( Cool-Al
-Fill )」技術によりヒューズホール102を充填する
ことで、その内部に空孔108を形成する。「低温Al
充填」ではCVDによりAl湿潤層114を形成し、次
に物理的気相成長(PVD)または他のコンフォーマル
なコーティング処理によりAl堆積層116を形成す
る。薄膜104はAlが堆積する前に形成され、ヒュー
ズホール102にAlを封じ込めるための拡散バリアと
して機能する。薄膜104はライナ材料であり、本発明
による縦型ヒューズに対して形成された空孔108を取
り囲む。薄膜104は打ち込まれた( implanted =I
MP)Ti(厚さ約250Å)のスタックおよび/また
はCVDによるTiN(厚さ約50Å)を含む。有利に
はTiNを使用する。
【0032】「低温Al充填」は次の特徴を有する。薄
膜104は有利には、ヒューズホール102の底部まで
達する連続的な膜である。湿潤層114は有利には、不
連続な膜であり、付加的な導電体とはならない。すなわ
ち、層116の所だけ湿潤(wet )であればよい。層1
16の充填の深さは、バイア/コンタクトの直径(ヒュ
ーズホール102)が縮小するにつれて深くなる。これ
らの特徴は空孔108のサイズ(抵抗)の制御を可能に
するが、これは特に縦型ヒューズ110の臨界寸法( c
ritical dimension =CD)を変化させることにより可
能になる。図15に示すのは、PVDによるAl充填物
の深さに対する、ヒューズホールの種々異なる臨界寸法
(凡例に示す)の堆積時間である。
膜104は有利には、ヒューズホール102の底部まで
達する連続的な膜である。湿潤層114は有利には、不
連続な膜であり、付加的な導電体とはならない。すなわ
ち、層116の所だけ湿潤(wet )であればよい。層1
16の充填の深さは、バイア/コンタクトの直径(ヒュ
ーズホール102)が縮小するにつれて深くなる。これ
らの特徴は空孔108のサイズ(抵抗)の制御を可能に
するが、これは特に縦型ヒューズ110の臨界寸法( c
ritical dimension =CD)を変化させることにより可
能になる。図15に示すのは、PVDによるAl充填物
の深さに対する、ヒューズホールの種々異なる臨界寸法
(凡例に示す)の堆積時間である。
【0033】実施例では、縦型ヒューズ110はアレイ
コンタクト(図1〜図6)と同時に形成される。空孔1
08を有する縦型ヒューズ110を形成するには、有利
には臨界寸法(バイア/ヒューズホール102の直径ま
たは幅)をコンタクト/バイアホール38よりも大きく
する。この様にすると空孔108は確実に形成され、か
つ導電体の堆積プロセスに依存しない。さらに、不連続
なAl膜および連続なTiN層は、コンタクト/バイア
ホール28および38(図1〜図6)よりも遥かに抵抗
の大きい縦型ヒューズを形成する。
コンタクト(図1〜図6)と同時に形成される。空孔1
08を有する縦型ヒューズ110を形成するには、有利
には臨界寸法(バイア/ヒューズホール102の直径ま
たは幅)をコンタクト/バイアホール38よりも大きく
する。この様にすると空孔108は確実に形成され、か
つ導電体の堆積プロセスに依存しない。さらに、不連続
なAl膜および連続なTiN層は、コンタクト/バイア
ホール28および38(図1〜図6)よりも遥かに抵抗
の大きい縦型ヒューズを形成する。
【0034】図16を参照する。縦型ヒューズ150の
切断電圧は、ヒューズ150内にベンドを1つまたは複
数加えることにより、減圧される。発明者によるモデリ
ングおよび実験では、そのようなコンフィギュレーショ
ンが切断電圧を約2分の1に減圧できることが示され
た。この結果はヒューズの幾何学的形状に依存して変化
すると思われる。実施例では、電子はベンド152から
空孔154に向かって選択的に矢印「D」の方向に流れ
る。これは空孔がヒューズ150の直線部分に配置され
ているからである。従って切断電圧に、より大きな違い
が実現される。
切断電圧は、ヒューズ150内にベンドを1つまたは複
数加えることにより、減圧される。発明者によるモデリ
ングおよび実験では、そのようなコンフィギュレーショ
ンが切断電圧を約2分の1に減圧できることが示され
た。この結果はヒューズの幾何学的形状に依存して変化
すると思われる。実施例では、電子はベンド152から
空孔154に向かって選択的に矢印「D」の方向に流れ
る。これは空孔がヒューズ150の直線部分に配置され
ているからである。従って切断電圧に、より大きな違い
が実現される。
【図1】誘電体層および金属構造体が形成された従来型
基板の断面図である。
基板の断面図である。
【図2】誘電体層が堆積しコンタクトホールが形成され
た、図1の従来型基板の断面図である。
た、図1の従来型基板の断面図である。
【図3】従来技術による、デュアルダマシンプロセス中
にコンタクトホールに導電体が堆積した、図2の構造体
の断面図である。
にコンタクトホールに導電体が堆積した、図2の構造体
の断面図である。
【図4】従来技術による、別の誘電体層が堆積した図3
の構造体の断面図である。
の構造体の断面図である。
【図5】従来技術による、バイアホールが別の誘電体層
をコンタクトまで貫通している、図4の構造体の断面図
である。
をコンタクトまで貫通している、図4の構造体の断面図
である。
【図6】従来技術による、デュアルダマシンプロセス中
にバイアホールに導電体が堆積した、図5の構造体の断
面図である。
にバイアホールに導電体が堆積した、図5の構造体の断
面図である。
【図7】本発明による、ヒューズホールが誘電体層を導
電性構造体まで貫通している、半導体デバイスのヒュー
ズ領域の断面図である。
電性構造体まで貫通している、半導体デバイスのヒュー
ズ領域の断面図である。
【図8】本発明による、ヒューズホール内に導電性薄膜
またはライナが堆積した、図7の構造体の断面図であ
る。
またはライナが堆積した、図7の構造体の断面図であ
る。
【図9】本発明による、図8の構造体の断面図であり、
デュアルダマシンプロセス中にヒューズホール内に導電
体が堆積し、ライナが縦方向の壁をライニングしている
空孔を形成し、それにより縦型ヒューズが形成されてい
る。
デュアルダマシンプロセス中にヒューズホール内に導電
体が堆積し、ライナが縦方向の壁をライニングしている
空孔を形成し、それにより縦型ヒューズが形成されてい
る。
【図10】本発明による、メモリチップのヒューズ領域
およびアレイを示す、半導体デバイスの断面図である。
およびアレイを示す、半導体デバイスの断面図である。
【図11】本発明による、図10の参照番号11部分を
拡大して詳細に示す断面図であり、ライナおよび空孔を
示す。
拡大して詳細に示す断面図であり、ライナおよび空孔を
示す。
【図12】本発明による、幾何学的な寸法を示したライ
ナ/導電体層の断面図である。
ナ/導電体層の断面図である。
【図13】ヒューズ内の消費電力と、ヒューズ抵抗との
関係を、種々異なる外部抵抗に対して示したグラフであ
る。
関係を、種々異なる外部抵抗に対して示したグラフであ
る。
【図14】ライナを備えたヒューズホール、湿潤Al層
および物理的に堆積されたAl層を有する、本発明の実
施例を示す断面図である。
および物理的に堆積されたAl層を有する、本発明の実
施例を示す断面図である。
【図15】物理的に堆積された図14のAl層の深さ
と、堆積時間との関係を、種々異なる臨界寸法(CD)
に対して示したグラフである。
と、堆積時間との関係を、種々異なる臨界寸法(CD)
に対して示したグラフである。
【図16】切断電圧を降下させるためにヒューズにベン
ドを設けてある、本発明の別の実施例を示す断面図であ
る。
ドを設けてある、本発明の別の実施例を示す断面図であ
る。
12 基板 14、18、26 誘電体層 16 導電体 104 導電性薄膜 106 導電体 108 空孔 110 縦型ヒューズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 399035836 1730 North First Stre et、San Jose、CA、USA (71)出願人 594145404 インターナショナル ビジネス マシーン ズ コーポレーション アメリカ合衆国ニューヨーク州 10504 ニューヨーク アーモンク オールド オ ーチャード ロード (番地なし) (72)発明者 ステファン ジェイ ウェーバー アメリカ合衆国 ニューヨーク フィシュ キル タマラック サークル 26 (72)発明者 ロイ イッガルデン アメリカ合衆国 ニューヨーク ニューバ ーグ ジェイノス プレイス 2 (72)発明者 チャンドラセカール ナラヤン アメリカ合衆国 ニューヨーク ホープウ ェル ジャンクション ケンジントン ド ライヴ 62 (72)発明者 アクセル クリストフ ブリンツィンガー アメリカ合衆国 ニューヨーク フィッシ ュキル アスペン コート 20 (72)発明者 マーク ホインキス アメリカ合衆国 ニューヨーク フィッシ ュキル スプルース リッジ ドライヴ 37 (72)発明者 ロバート ヴァン デン バーグ アメリカ合衆国 ニューヨーク ホープウ ェル ジャンクション ブローディー ロ ード 11
Claims (23)
- 【請求項1】 半導体デバイス用のヒューズにおいて、 導電性経路が表面に配置された基板と、 前記基板に配置された誘電体層と、 前記表面に垂直に配置された縦型ヒューズとを有し、 前記縦型ヒューズは誘電体層を貫通し、前記導電性経路
に接続し、前記縦型ヒューズは空孔を形成し、 前記空孔の縦表面に沿ってライナ材料が配置され、 縦表面に沿ったライナ材料は溶けてヒューズを切断す
る、ことを特徴とするヒューズ。 - 【請求項2】 前記ライナ材料は窒化チタンを含む、請
求項1記載のヒューズ。 - 【請求項3】 前記ヒューズはアルミニウムを含む、請
求項1記載のヒューズ。 - 【請求項4】 前記誘電体層は多重誘電体層を含む、請
求項1記載のヒューズ。 - 【請求項5】 前記導電性経路はヒューズに垂直に配置
された導体線を含んでおり、導体線とヒューズとの間で
ベンドが形成される、請求項1記載のヒューズ。 - 【請求項6】 ヒューズを通る電流はベンドから空孔へ
向かって流れる、請求項5記載のヒューズ。 - 【請求項7】 前記ライナ材料の抵抗は、ヒューズの他
の部分の抵抗より大きい、請求項1記載のヒューズ。 - 【請求項8】 縦型ヒューズの製造方法において、 半導体デバイスの誘電体層中にヒューズホールを縦方向
に形成するステップと、 前記ヒューズホールの側面を導電体層でライニングする
ステップと、 前記ヒューズホール内に導電体を堆積するステップとを
有し、 前記導電体層の抵抗は前記導電体の抵抗より大きく、 前記導電体は空孔を形成し、 前記空孔の縦表面には導電体層が配置されている、こと
を特徴とする方法。 - 【請求項9】 前記導電体を堆積するステップは、デュ
アルダマシンプロセスにより導電体を堆積するステップ
を含む、請求項8記載の方法。 - 【請求項10】 前記導電体を堆積するステップは、 導電体の湿潤層を堆積し、 ヒューズホール内に導電体を堆積して空孔を形成するこ
とをさらに含む、請求項8記載の方法。 - 【請求項11】 前記湿潤層は化学的気相成長プロセス
により堆積させる、請求項10記載の方法。 - 【請求項12】 前記導電体は物理的気相成長プロセス
により堆積させる、請求項8記載の方法。 - 【請求項13】 導電体層の厚さまたは空孔の寸法の一
方を調整して、所定のヒューズ切断電圧を規定するステ
ップをさらに含む、請求項8記載の方法。 - 【請求項14】 前記導電体はアルミニウムを含み、前
記導電体層は窒化チタンを含む、請求項8記載の方法。 - 【請求項15】 ヒューズの抵抗を、該ヒューズが接続
されている外部回路の抵抗と整合させるステップをさら
に含む、請求項8記載の方法。 - 【請求項16】 縦型ヒューズの製造を、メモリチップ
のコンタクトおよびバイア構造体の製造と同時に行う方
法において、 メモリチップを提供し、 該メモリチップの基板上には、メモリアレイ部分内にデ
バイスが形成されており、 前記基板上に第1誘電体層を堆積し、 第1誘電体層中にコンタクトを形成し、 第2誘電体層を堆積し、 ヒューズホールとバイアホールとを同時に形成し、 ヒューズホールは第1および第2誘電体層中に縦方向に
形成し、 バイアホールをコンタクトまで貫通させ、 ヒューズホールおよびバイアホールの側壁を導電体層で
ライニングし、 導電体をヒューズホールおよびバイアホール内に堆積
し、 導電体層の抵抗は導電体の抵抗より大きく、 ヒューズホール内に堆積した導電体はヒューズホール内
に空孔を形成し、 前記空孔の縦表面には導電体層が配置されており、 前記ヒューズホールは、バイアホールの開口部よりも大
きな開口部を形成しており、 同じプロセスによりヒューズホール内に空孔を形成する
一方、バイアホールを充填する、ことを特徴とする方
法。 - 【請求項17】 前記導電体を堆積するステップは、デ
ュアルダマシンプロセスにより導電体を堆積するステッ
プを含む、請求項16記載の方法。 - 【請求項18】 前記導電体を堆積するステップは、導
電体の湿潤層を堆積することをさらに含む、請求項16
記載の方法。 - 【請求項19】 前記湿潤層は化学的気相成長プロセス
により堆積させる、請求項18記載の方法。 - 【請求項20】 前記導電体は物理的気相成長プロセス
により堆積させる、請求項19記載の方法。 - 【請求項21】 導電体層または空孔の寸法の一方を調
整して、所定のヒューズ切断電圧を規定するステップを
さらに含む、請求項16記載の方法。 - 【請求項22】 前記導電体はアルミニウムを含み、前
記導電体層は窒化チタンを含む、請求項16記載の方
法。 - 【請求項23】 ヒューズの抵抗を、該ヒューズが接続
されている外部回路の抵抗と整合させるステップをさら
に含む、請求項16記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/255,767 US6242789B1 (en) | 1999-02-23 | 1999-02-23 | Vertical fuse and method of fabrication |
US09/255767 | 1999-02-23 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000243213A true JP2000243213A (ja) | 2000-09-08 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000046289A Withdrawn JP2000243213A (ja) | 1999-02-23 | 2000-02-23 | 縦型ヒューズおよび製造方法 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US6242789B1 (ja) |
EP (1) | EP1032039B1 (ja) |
JP (1) | JP2000243213A (ja) |
KR (1) | KR100374214B1 (ja) |
CN (1) | CN1188912C (ja) |
DE (1) | DE60034611T2 (ja) |
TW (1) | TW448561B (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2007305693A (ja) * | 2006-05-09 | 2007-11-22 | Nec Electronics Corp | 半導体装置および電気ヒューズの切断方法 |
JP2007324400A (ja) * | 2006-06-01 | 2007-12-13 | Nec Electronics Corp | 半導体装置および電気ヒューズの切断方法 |
JP2009016816A (ja) * | 2007-06-07 | 2009-01-22 | Nec Electronics Corp | 半導体記憶装置ならびにそのデータ書込方法およびデータ読出方法 |
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KR100340906B1 (ko) * | 1999-08-23 | 2002-06-20 | 박종섭 | 반도체 장치의 퓨즈 구조 |
KR100359158B1 (ko) * | 1999-12-30 | 2002-10-31 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체소자의 퓨즈 형성방법 |
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