(57)【要約】【課題】微細化構造の半導体装置では、配線要素の安定化のために高融点金属によるコンタクトホール底部の被覆が行なわれているため、アロイスパイクの形成が阻害され、ＰＮ接合破壊型アンチヒューズ素子の特性が著しく低下するという問題があった。【解決手段】半導体基板と同一導電型の第1の拡散層と、半導体基板と反対導電型であり第１の拡散層より拡散深さの浅い第２の拡散層とを有する。第1の拡散層に対するコンタクトホールの内壁には高融点金属層を設け、第１の金属配線と接続し、第２の拡散層は第２の金属配線と直接接続する。この構成によって、書き込み時にアロイスパイクによるＰＮ接合の破壊が容易になり、アンチヒューズ素子の書込み後の電流特性も著しく向上する。【選択図】図１
2006080320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板もしくはウェルと同一導電型の第1の拡散層と反対導電型の第２の拡散層とを有し、前記半導体基板もしくはウェルと前記第２の拡散層との間のＰＮ接合を破壊する接合破壊型のアンチヒューズ素子であって、
前記第1の拡散層と前記第２の拡散層との上部を被覆する絶縁層を設け、前記絶縁層と前記第1の拡散層とが重なる部分に第1のコンタクトホールを設け、前記絶縁層と前記第２の拡散層とが重なる部分に第２のコンタクトホールを設け、
前記絶縁層の上部に、前記第1の拡散層と接続する第1の金属配線と前記第２の拡散層と接続する第２の金属配線とをそれぞれ設け、
前記第1のコンタクトホールの底部もしくは内壁には、高融点金属層を設け、前記第1の拡散層は、該高融点金属層を介して前記第1の金属配線に接続し、
前記第２の拡散層は、前記第1の拡散層より拡散深さが浅いことを特徴とするアンチヒューズ素子。
【請求項２】
前記第1の拡散層に前記第1の金属配線と前記高融点金属層とを介して電圧を印加し、前記半導体基板もしくはウェルの電位を固定し、
前記第２の拡散層に前記第２の金属配線を介して電圧を印加し、
前記半導体基板もしくはウェルと前記第２の拡散層との電位差により流れる電流によって、前記第２の金属配線と前記第２の拡散層との間に金属と半導体との合金部を形成し、
前記合金部は、前記半導体基板もしくはウェルに到達し、前記ＰＮ接合の抵抗値を低下させることを特徴とする請求項１に記載のアンチヒューズ素子。
【請求項３】
前記第２のコンタクトホールの底部である前記第２の拡散層の表面は、凹部形状とすることを特徴とする請求項１から２に記載のアンチヒューズ素子。
【請求項４】
前記凹部の底部から前記ＰＮ接合までの拡散深さは、前記第２の拡散層の前記第２のコンタクトホールを設けない部分の半導体基板もしくはウェルの表面から前記ＰＮ接合までの拡散深さより浅いことを特徴とする請求項３に記載のアンチヒューズ素子。
【請求項５】
半導体基板にフィールド酸化膜で素子分離する素子領域を形成する工程と、
前記素子領域に前記半導体基板と同一導電型の第１の拡散層を設ける工程と、
前記素子領域に前記第１の拡散層と離間して設け、前記第１の拡散層よりその拡散深さが浅い前記半導体基板と反対導電型の第２の拡散層を設ける工程と、
前記半導体基板の上部に絶縁層を設ける工程と、
前記絶縁層上に形成し、前記第１の拡散層に対応する位置に開口部を有するコンタクトホール用の第１のレジストパターンを形成し、該第１のレジストパターンをマスクとして前記絶縁層を除去し前記第１の拡散層の表面が露出するように第１のコンタクトホールを形成する第１のエッチング工程と、
前記絶縁層上に形成し、前記第２の拡散層に対応する位置に開口部を有するコンタクトホール用の第２のレジストパターンを形成し、該第２のレジストパターンをマスクとして前記絶縁層を除去し前記第２の拡散層の表面が露出するように第２のコンタクトホールを形成する第２のエッチング工程と、
前記第１のコンタクトホールの内部に高融点金属層を設ける工程と、
前記絶縁層上に設け、前記第１のコンタクトホールを覆う第１の金属配線と前記第２のコンタクトホールを覆う第２の金属配線とを形成する工程と、
を有することを特徴とするアンチヒューズ素子の製造方法。
【請求項６】
前記第２のエッチング工程は、前記第２のコンタクトホールの底部に凹部を形成するようにエッチングすることを特徴とする請求項５に記載のアンチヒューズ素子の製造方法。
【請求項７】
前記凹部は、前記第２の拡散層と半導体基板との間の接合よりも浅い位置となるようにエッチングを行うことを特徴とする請求項６に記載のアンチヒューズ素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１のコンタクトホールの内部に前記高融点金属と第１の拡散層とで形成するシリサイド層を設けることを特徴とする請求項５から７に記載のアンチヒューズ素子の製造方法。
【請求項９】
前記凹部は、前記第２のコンタクトホールの内部にも前記高融点金属層を設け、前記高融点金属と前記第２の拡散層とで形成するシリサイド層を設け、該シリサイド層を除去することにより形成することを特徴とする請求項５に記載のアンチヒューズ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンチヒューズ素子およびその製造方法に関し、特にＭＯＳ型半導体装置に搭載する接合破壊形のアンチヒューズ素子の構造とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンチヒューズ素子は絶縁体もしくは高抵抗体を導体で挟んだ構成からなり、初期状態では絶縁もしくは高抵抗を示し、所定の電圧印加により低抵抗体に変化する素子である。この特性を利用して電気的に書き込み可能なＰＲＯＭとして用いられている。古くはＤＲＡＭの冗長回路選択に用いられ、近年ではセル化した素子を行列に配してゲートアレイを構成し、半導体装置完成後にユーザーが所望の回路を書き込めるＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）として利用されている。
【０００３】
古くからアンチヒューズ素子に用いる絶縁体もしくは高抵抗体について、従来の半導体装置の構成要素を応用することで汎用性の拡大とコストの削減を実現している。例えば、ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜を用いる絶縁破壊型のアンチヒューズ素子や、バイポーラトランジスタに代表されるＰＮ接合を用いた接合破壊型アンチヒューズ素子である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
[従来例の説明]
特許文献１に示した従来技術について説明する。図１５は特許文献１の従来技術として引用された縦型バイポーラトランジスタからなるメモリセルの構成である。１２はフィールド酸化膜、５１はシリコン基板、５２は埋込み拡散層、５３はコレクタ領域、５４はベース領域、５５はエミッタ領域、５６はコレクタ電極、５７はエミッタ電極、５８はアロイスパイクである。エミッタ電極５７は、アルミニウムを用いている。
【０００５】
ベース領域５４とエミッタ領域５５とコレクタ領域５３とで縦型バイポーラトランジスタを構成している。エミッタ領域５５とベース領域５４との間の接合耐圧以上の電圧を印加すると、エミッタ領域５５とベース領域５４との間の接合が破壊され、エミッタ電極５７を介してエミッタ領域５５からコレクタ領域５３の方向へ電流が流れる。
【０００６】
エミッタ領域５５とベース領域５４との間の接合破壊は、電界強度が最も大きい接合の周辺部で発生し、これにより生じる発熱によりエミッタ領域５５周辺のシリコン原子がエミッタ電極５７のアルミニウム中へ拡散する。同時に、シリコンの移動に伴いエミッタ領域５５中にアルミニウム原子が進行する。すなわち、金属と半導体との合金部が形成される。この合金部は、アロイスパイク５８である。アロイスパイク５８は、やがてベース領域５４に達し、エミッタ領域５５とベース領域５４との間の接合を貫通して形成され、接合破壊が完了する。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６４−２７２６０号公報（第４項、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術を応用したＰＮ接合破壊型アンチヒューズ素子は広く用いられてきたが、近年の微細化構造の半導体装置には、このＰＮ接合破壊型アンチヒューズ素子を搭載できないという問題があった。この問題は、微細化した半導体装置に採用しているコンタクトホールの構造によるものである。以下に詳しく説明する。
【０００９】
微細化が進む半導体装置では、コンタクトホールのサイズも著しく小さくなっており、金属配線と半導体層との接触抵抗であるコンタクト抵抗も増加してしまい、信号遅延などの問題が生じている。コンタクト抵抗の増加は、コンタクトホールの小径化とコンタクトホールの底部に発生するシリコン単結晶の析出物とによる金属配線と半導体層との接触面積の低下がその要因である。コンタクトホールの底部にシリコン単結晶の析出物が生じる理由は次のとおりである。
金属配線に広く用いられているアルミニウムは、単元素の状態ではシリコンとの反応性が高く、容易にシリコンとの合金を形成し、シリコン基板中に侵入する。これを解決する方策として、配線材料として用いるアルミニウムには１％前後のシリコンを添加し、合金の発生を抑制している。ところが、この方法では、添加したシリコンが半導体装置の製造工程中の熱によりシリコン−アルミニウム界面に高抵抗の単結晶として析出してしまうのである。
【００１０】
このようなコンタクトホールの問題を解決する方法として、コンタクトホールの内部に高融点金属のバリアメタルを形成し、アルミニウムと半導体層との直接の接続を防止する方法や、コンタクトホールの内部をタングステンなどの高融点金属で満たし、埋め込みプラグを形成し、アルミニウムは埋め込みプラグを介して半導体装置と接続する方法が提案されている。
バリアメタルや埋め込みプラグの採用により金属配線の抵抗値は安定することから、これらの技術は、１．０μｍを下回るコンタクトホールを有する近年の微細化構造の半導体装置には必須の技術となっている。
【００１１】
ＰＮ接合破壊型のアンチヒューズ素子は、ＰＮ接合の破壊と電気伝導によって発生するアロイスパイクによるＰＮ接合の貫通とによって、低抵抗化と抵抗値の安定とを実現している。近年の微細化構造の半導体装置に採用されているコンタクトホール内部の高融点金属の介在は、アロイスパイク抑止に働くため、アンチヒューズ素子の電気特性は、アロイスパイクが発生しない分、電圧印加によるＰＮ接合破壊による半導体領域の抵抗低下のみが支配的要因となる。
【００１２】
このＰＮ接合破壊による半導体領域の抵抗低下は、従来のアロイスパイクの発生によるＰＮ接合の貫通が発生した場合の抵抗低下に比べ、約１０倍程度高く、またばらつきも大きい。さらに温度などの外的要因によってその抵抗値が容易に変化してしまう。
以上の説明で明らかなように、近年の微細化構造の半導体装置に採用されているコンタクトホールの構造では、実質的にアンチヒューズ素子を構成することができないのである。
【００１３】
本発明が解決しようとする課題は、近年の微細化構造の半導体装置に搭載したＰＮ接合破壊型のアンチヒューズ素子は、その電気特性が従来よりも著しく低下してしまい、実質的にアンチヒューズ素子としては使用できないという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために本発明の半導体装置は次のような構成を採用する。
【００１５】
半導体基板もしくはウェルと同一導電型の第1の拡散層と反対導電型の第２の拡散層とを有し、第1の拡散層と前記第２の拡散層との上部を被覆する絶縁層を設け、前記絶縁層と前記第1の拡散層とが重なる部分に第1のコンタクトホールを設け、前記絶縁層と前記第２の拡散層とが重なる部分に第２のコンタクトホールを設け、前記絶縁層の上部に、前記第1の拡散層と接続する第1の金属配線と前記第２の拡散層と接続する第２の金属配線とをそれぞれ設け、前記第1のコンタクトホールの内壁には、高融点金属層を設け、前記第1の拡散層は、該高融点金属層を介して前記第1の金属配線に接続し、前記第２の拡散層は、
前記第1の拡散層より拡散深さが浅いことを特徴とする。
【００１６】
前記第1の拡散層に前記第1の金属配線と前記高融点金属層とを介して電圧を印加し、前記半導体基板もしくはウェルの電位を固定し、前記第２の拡散層に前記第２の金属配線を介して電圧を印加し、前記半導体基板もしくはウェルと前記第２の拡散層との電位差により流れる電流によって、前記第２の金属配線と前記第２の拡散層との間に金属と半導体との合金部を形成し、前記合金部は、前記半導体基板もしくはウェルに到達し、前記ＰＮ接合の抵抗値を低下させることを特徴とする。
【００１７】
前記第２のコンタクトホールの底部である前記第２の拡散層の表面は、凹部形状とすることを特徴とする。
【００１８】
前記凹部の底部から前記ＰＮ接合までの拡散深さは、前記第２の拡散層の前記第２のコンタクトホールを設けない部分の半導体基板もしくはウェルの表面から前記ＰＮ接合までの拡散深さより浅いことを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決するために本発明の半導体装置は次のような製造方法を採用する。
【００２０】
半導体基板にフィールド酸化膜で素子分離する素子領域を形成する工程と、素子領域に半導体基板と同一導電型の第１の拡散層を設ける工程と、素子領域に第１の拡散層と離間して設け、第１の拡散層よりその拡散深さが浅い半導体基板と反対導電型の第２の拡散層を設ける工程と、半導体基板の上部に絶縁層を設ける工程と、絶縁層上に形成し、第１の拡散層に対応する位置に開口部を有するコンタクトホール用の第１のレジストパターンを形成し、第１のレジストパターンをマスクとして絶縁層を除去し第１の拡散層の表面が露出するように第１のコンタクトホールを形成する第１のエッチング工程と、絶縁層上に形成し、第２の拡散層に対応する位置に開口部を有するコンタクトホール用の第２のレジストパターンを形成し、第２のレジストパターンをマスクとして絶縁層を除去し第２の拡散層の表面が露出するように第２のコンタクトホールを形成する第２のエッチング工程と、第１のコンタクトホールの内部に高融点金属層を設ける工程と、絶縁層上に設け、第１のコンタクトホールを覆う第１の金属配線と第２のコンタクトホールを覆う第２の金属配線とを形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００２１】
第２のエッチング工程は、第２のコンタクトホールの底部に凹部を形成するようにエッチングすることを特徴とする。
【００２２】
凹部は、第２の拡散層と半導体基板との間の接合よりも浅い位置となるようにエッチングを行うことを特徴とする。
【００２３】
第１のコンタクトホールの内部に高融点金属と第１の拡散層とで形成するシリサイド層を設けることを特徴とする。
【００２４】
凹部は、第２のコンタクトホールの内部にも高融点金属層を設け、高融点金属と第２の拡散層とで形成するシリサイド層を設け、シリサイド層を除去することにより形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のアンチヒューズ素子は、コンタクトホール底部で配線金属と半導体基板が直接接触する構造であるので、電圧印加によりアロイスパイクを進行させＰＮ接合部を貫通して破壊可能であり、書き込み後の抵抗値が低抵抗でばらつきの少ない電気特性を実現できる。また、接合破壊する半導体基板の拡散層を他の拡散層よりも浅く形成することにより
、より低電圧で、かつ短時間のうちに接合を破壊しアロイスパイクを貫通させることができるため、発熱による回路の破壊や、意図しない接合の破壊などの発生がないという効果がある。
【００２６】
さらに、アンチヒューズ素子を構成するコンタクトホール内の拡散層表面を凹部形状に掘り込むことで、ＰＮ接合との距離がさらに短くなり、容易に書き込みを完了させることができるといった効果を有する。
【００２７】
したがって、本発明のアンチヒューズ素子は、半導体装置の微細化とアンチヒューズ素子の書き込み後の特性の安定化とを両立することができるという従来にはない優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最適な形態のアンチヒューズ素子の構造とその製造方法とを説明する。なお、以下に示す本発明の実施形態については、ウェルを用いず半導体基板に素子領域を設け、イオン注入法によって拡散層を形成し、高融点金属層の部材としてチタンおよび窒化チタン、配線材料としてアルミニウム合金を用いた場合を例に説明する。各図の説明において同じ機能を有するものには同じ番号を付与している。
【００２９】
[本発明の第１の実施形態の構造の説明]
まず、図１を用いて本発明のアンチヒューズ素子の第１の実施形態の構造を説明する。図１は、本発明のアンチヒューズ素子の断面図である。１１は半導体基板、１２はフィールド酸化膜、１３はバリアメタル層、１４は第２の拡散層、１５は第１の拡散層、１６は絶縁層、２１は第２のコンタクトホール、２２は第１のコンタクトホール、３１は第２の金属配線、３２は第１の金属配線である。
本発明のアンチヒューズ素子は、図１に示すように、半導体基板１１上にフィールド酸化膜１２を設ける。フィールド酸化膜１２を設けていない部分が素子領域となる。この素子領域に第１の拡散層１５を設け、第１の拡散層１５と離間して第２の拡散層１４を設ける。第１の拡散層１５は、半導体基板と同一導電型であり、第２の拡散層１４は半導体基板と反対導電型である。半導体基板１１の上部にシリコン酸化膜からなる絶縁層１６を設けており、この絶縁層１６の上部に第１の金属配線３２と第２の金属配線３１とを設けている。
【００３０】
絶縁層１６の第１の拡散層１５と第２の拡散層１４とに対応する領域に、それぞれ第１のコンタクトホール２２、第２のコンタクトホール２１を設け、第１のコンタクトホール２２の底部および内壁に高融点金属層であるバリアメタル層１３を設け、さらに第１の金属配線３２により第１のコンタクトホール２２を覆っている。第２のコンタクトホール２１は、第２の金属配線３１で覆う構成となっている。
図では、第１のコンタクトホール２２と第２のコンタクトホール２１とは、絶縁層１６の内壁を指し示すように記載しているが、コンタクトホールとは、絶縁層１６が開口した部分を示すものである。
【００３１】
本発明のアンチヒューズ素子は、第1の拡散層１５に第1の金属配線３２とバリアメタル層１３とを介して電圧を印加し、半導体基板１１の電位を固定する。第２の拡散層１４に第２の金属配線３１を介して書き込み電圧を印加し、半導体基板１１と第２の拡散層１４との電位差により流れる電流によって、第２の拡散層１４に金属と半導体との合金部であるアロイスパイク（図１には図示しない）を形成する。アロイスパイクは、半導体基板１１にまで到達し、第２の拡散層１４と半導体基板１１とのＰＮ接合の抵抗値を低下させ、これにより書き込みが完了する。
【００３２】
図1に示すアンチヒューズ素子は、第２のコンタクトホール２１の底部にて第２の金属配線３１と第２の拡散層１４とが直接接触する構造となっている。アンチヒューズ素子を形成する第２の拡散層１４は、他の拡散層、例えば、第１の拡散層１５よりも拡散深さが浅く、第２の拡散層１４と半導体基板１１とのＰＮ接合から第２の金属配線３１までの距離が短く設定されている。
【００３３】
本発明のアンチヒューズ素子は、第２の金属配線３１と第２の拡散層１４とが直接接触する構造となっていることから、書き込みの際に、第２の金属配線３１と半導体である第２の拡散層１４との合金部であるアロイスパイクが容易に第２の拡散層１４と半導体基板１１とのＰＮ接合を貫通することが可能である。この構造により、書き込み後の抵抗値を低くし、さらにばらつきを抑えることができる。
本発明の半導体装置の特徴は、まさにこの点であって、前述のとおり、第２の拡散層１４の拡散深さが浅いことと、アロイスパイクが容易に発生しやすいこととによって、近年の微細化構造の半導体装置であってもＰＮ接合破壊を起こしやすくしたものである。
【００３４】
[本発明の第２の実施形態の構造の説明]
続いて本発明のアンチヒューズ素子の第２の実施形態の構造について図２を用いて説明する。図２は本発明の第２の実施形態のアンチヒューズ素子の断面図である。
図２において、図１に示す本発明の第１の実施形態のアンチヒューズ素子と異なる部分は、第２のコンタクトホール２１の底部の形状である。
【００３５】
第２のコンタクトホール２１の底部である第２の拡散層１４の表面は、第1のコンタクトホール２２の底部である第1の拡散層１５の表面から、さらに第２の拡散層１４の内部へ掘り込まれた凹部形状を有している。すなわち、第２のコンタクトホール２１の底部に凹部２３を有している。この構造が、図１に示す本発明の第１の実施形態のアンチヒューズ素子と異なる部分となっている。
このため、第２のコンタクトホール２１の底部から第２の拡散層１４と半導体基板１１とのＰＮ接合までの距離が、本発明の第１の実施形態よりさらに短くなるのである。この構造によれば、アロイスパイクが発生した際に、より容易にこのＰＮ接合を貫通させることができる。
【００３６】
[本発明の第１の実施形態の製造方法：図３から図７]
次に、本発明のアンチヒューズ素子の製造方法を説明する。まず、図１に示すアンチヒューズ素子の製造方法を図３から図７の断面図を用いて説明する。図３から図７は、本発明のアンチヒューズ素子の第１のコンタクトホール２２、第２のコンタクトホール２１にバリアメタル層１３を形成し、第２のコンタクトホール２１のバリアメタル層のみを選択的に除去し、半導体基板と金属配線の接触面を形成する方法を具体的に示す断面図である。
【００３７】
図３に示す構造を製造する方法を説明する。まず、半導体基板１１にフィールド酸化膜１２を形成し素子分離する方法を説明する。なお、半導体基板１１にフィールド酸化膜１２を形成しない部分が素子領域となり、素子領域同士は、フィールド酸化膜１２で分離されるものである。
Ｐ型半導体基板１１上に、反応ガスにジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）とアンモニア（ＮＨ３）とを用いる温度が約８００℃の減圧ＣＶＤ法により、シリコン窒化膜（図示せず）を１５０ｎｍの膜厚で堆積する。
つぎに、図示しないレジストパターンを用いて、エッチングガスに主として六フッ化イオウ（ＳＦ６）を用いるドライエッチングにより、素子領域のみにシリコン窒化膜が残るようにエッチングする。
その後、レジストパターンをアッシングにより除去し、温度が約１０００℃の水蒸気雰
囲気中の酸化により素子領域を絶縁分離するフィールド酸化膜１２を形成し、素子領域を覆っているシリコン窒化膜を温度が約１６０℃の熱リン酸を用いるウェットエッチングにより除去する。
【００３８】
さらに、図示しないレジストパターンを用いて、二弗化ホウ素（ＢＦ２）をイオン注入エネルギー３０ＫｅＶ、ドーズ量３×１０Ｅ１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件でイオン注入を行ない、第１のイオン注入領域１９を形成する。その後、アッシングによりレジストパターンを除去する。つづいて、図示しないレジストパターンを用いて、砒素（Ａｓ）をイオン注入エネルギー３０ＫｅＶ、ドーズ量３×１０Ｅ１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件でイオン注入を行ない、第１のイオン注入領域１９よりも浅く第２のイオン注入領域１８を形成する。その後アッシングによりレジストパターンを除去する。
以上の工程により、第１のイオン注入領域１９と第２のイオン注入領域１８とを形成する。第１のイオン注入領域１９は、後の熱処理により第１の拡散層１５となる領域であり、同様に第２のイオン注入領域１８は第２の拡散層１４になる領域である。
【００３９】
つぎに、図４に示すように、リン（Ｐ）とボロン（Ｂ）とを含んだシリコン酸化膜ならなる絶縁層１６を温度が約４５０℃の常圧ＣＶＤ法により８００ｎｍの膜厚で堆積する。その後、絶縁層１６の平坦化リフローと、第１のイオン注入領域１９および第２のイオン注入領域１８に注入した二弗化ホウ素（ＢＦ２）および砒素（Ａｓ）の電気的な活性化とをさせるため、電気炉を用いて９００℃の温度により不活性ガス雰囲気中で３０分間の熱処理を施す。このとき、第２のイオン注入領域１８は、あらかじめ他のイオン注入領域よりも浅い領域に注入していることにより、砒素（Ａｓ）が活性化した後の第２の拡散層１４となった場合でも、第１の拡散層１５よりも拡散深さの浅い拡散層となる。
【００４０】
さらにその後、絶縁層１６の上部に第１の拡散層１５と第２の拡散層１４とに対応する位置に開口部を有するコンタクトホール用のレジストパターン１７を形成する。このレジストパターン１７は後に第１のコンタクトホール２２、第２のコンタクトホール２１を形成する時のエッチングマスクとなる。
【００４１】
つぎに、コンタクトホールのエッチング工程を説明する。レジストパターン１７によるエッチングマスクを用いて四フッ化炭素（ＣＦ４）と三フッ化メタン（ＣＨＦ３）、さらに希釈ガスとしてヘリウム（Ｈｅ）を用いてドライエッチングにより絶縁層１６をエッチングする。エッチングは図５に示すように第１の拡散層１５および第２の拡散層１４の表面が露出するように行い、第１のコンタクトホール２２、第２のコンタクトホール２１を形成する。レジストパターン１７はその後アッシングにより除去する。
【００４２】
上述の方法では、第1のコンタクトホール２２と第２のコンタクトホール２１とを同時に形成する場合を説明した。もちろん、コンタクトホール形成のためのエッチングは、第1のコンタクトホール２２を形成するための第１のエッチング工程と、第２のコンタクトホール２１を形成するための第２のエッチング工程とに分けて行ってもよい。その際は、レジストパターン１７を、第1のコンタクトホール２２用と第２のコンタクトホール２１用とに分けてもよい。
【００４３】
さらに図６に示すように、チタン（Ｔｉ）とチタン窒化膜（ＴｉＮ）とチタン（Ｔｉ）の積層構造を有するバリアメタル層１３をスパッタリングにより形成する。
次に、図示しないレジストパターンを図６に示すバリアメタル層１３の上部に形成し、エッチングガスに主として塩素（Ｃｌ２）を用いたドライエッチングにより、第２のコンタクトホール２１に対応する部分のバリアメタル層１３を除去するとともに、第1のコンタクトホール２２に対応する部分を残して図７に示す構成とする。
【００４４】
つづいて、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属をスパッタリングにより形成し、図示しないレジストパターンを用い、エッチングガスに主として塩素（Ｃｌ２）を用いたドライエッチングにより、絶縁層１６上に第１の金属配線３２と第２の金属配線３１とを形成する。
これら金属配線は、第１のコンタクトホール２２に対応する部分に第１の金属配線３２を、さらに第２のコンタクトホール２１に対応する部分に第２の金属配線３１を設け、第１の金属配線３２は、第１のコンタクトホール２２およびバリアメタル層１３を介して第１の拡散層１５と接続し、また、第２の金属配線３１は、第２のコンタクトホール２１を介して直接第２の拡散層１４と接続する。
その後、アッシングによりレジストパターンを除去し、図１に示す本発明のアンチヒューズ素子が完成する。
【００４５】
[本発明の第２の実施形態の第１の製造方法：図３から図４、および図８から図１０]
図２に示す本発明の第２の実施形態の第１の製造方法について、図８から図１０の断面図を用いて説明する。
【００４６】
素子領域、第１の拡散層１５、第２の拡散層１４、絶縁層１６を形成するための製造方法は、図３から図４を用いて説明した第１の実施形態の製造方法と同様であるので省略する。
【００４７】
図８に示すように、絶縁層１６の上部に第１の拡散層１５に対応する位置を開口するように第１のレジストパターン１７１を形成する。このレジストパターンは後に第１のコンタクトホール２２を形成する時のエッチングマスクとなる。
つぎに、このエッチングマスクを用いて四フッ化炭素（ＣＦ４）と三フッ化メタン（ＣＨＦ３）、さらに希釈ガスとしてヘリウム（Ｈｅ）により絶縁層１６をドライエッチングする第１のエッチング工程を行う。エッチングは第１の拡散層１５の表面が露出するように行い、第１のコンタクトホール２２を形成する。第１のレジストパターン１７１はその後アッシングにより除去する。
【００４８】
つづいて、図９に示すように、絶縁層１６の上部に第２の拡散層１４に対応する位置を開口するように第２のレジストパターン１７２を形成する。
この第２のレジストパターン１７２は、後に第２のコンタクトホール２１を形成する時のエッチングマスクとなる。
このエッチングマスクを用いて四フッ化炭素（ＣＦ４）と三フッ化メタン（ＣＨＦ３）、さらに希釈ガスとしてヘリウム（Ｈｅ）により絶縁層１６をドライエッチングする第２のエッチング工程を行う。
【００４９】
第２のエッチング工程では、エッチングは拡散層１４の表面が露出した後も、さらにドライエチングを継続して、第２のコンタクトホール２１の底部に対応する第２の拡散層１４の表面に凹部２３を形成する。第２のコンタクトホール２１の底部の凹部形状の深さが所望の深さとなったところでエッチングを終了する。第２のレジストパターン１７２はその後アッシングにより除去する。
【００５０】
その後、第１の実施形態の製造方法と同様に、チタン（Ｔｉ）とチタン窒化膜（ＴｉＮ）とチタン（Ｔｉ）の積層構造を有するバリアメタル層１３をスパッタリングにより形成し、図示しないレジストパターンを用い、エッチングガスに主として塩素（Ｃｌ２）を用いたドライエッチングにより、第２のコンタクトホール２１に対応する部分のバリアメタル層１３を除去するとともに、第1のコンタクトホール２２に対応する部分を残して、図１０に示す構成とする。
【００５１】
つづいて、第１の実施形態の製造方法と同様に、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属をスパッタリングにより形成し、図示しないレジストパターンを用い、エッチングガスに主として塩素（Ｃｌ２）を用いたドライエッチングにより、第１のコンタクトホール２２、第２のコンタクトホール２１に対応する部分に第１の金属配線３２と第２の金属配線３１とを形成する。
第１の金属配線３２は、第１のコンタクトホール２２およびバリアメタル層１３を介して第１の拡散層１５と接続し、また、第２の金属配線３１は、第２のコンタクトホール２１を介して直接凹部形状を有する第２の拡散層１４と接続する。その後、アッシングによりレジストパターンを除去し、図２に示す本発明の第２実施形態のアンチヒューズ素子が完成する。
【００５２】
上述の説明では、第１のコンタクトホール２２を形成する第１のエッチング工程を先に行い、第２のコンタクトホール２１を形成する第２のエッチング工程を後に行ったが、この順番はこれに限定されない。また、エッチングはウエットエッチングを用いてもよく、所有する加工装置にあわせて選択すればよい。
【００５３】
[本発明の第２の実施形態の変形例：図３から図６、および図１１、図１２]
つづいて、図２に示す本発明の第２の実施形態の変形例を説明する。この構成は、第1の拡散層１５の表面にシリサイド膜を形成し、コンタクト抵抗を下げるものである。図１１と図１２との断面図を用いて説明する。
【００５４】
図１２は本発明の第２の実施形態の変形例を示す断面図であって、金属配線を省略して示す図である。第1の拡散層１５の第1のコンタクトホール２２内には、バリアメタル層１３が形成され、その底部、すなわち、第1の拡散層１５の表面にはチタンシリサイド層３３が形成してある。チタンシリサイド層３３は、バリアメタル層１３と第1の拡散層１５もしくは第２の拡散層１４とで形成するものである。
チタンシリサイド層３３は極めて抵抗が低い。このため、このような構成とすることによって、第1の金属配線３２（図１２には図示しない）と第1の拡散層１５との接続抵抗であるコンタクト抵抗が低抵抗化するのである。
【００５５】
次に、この本発明の第２の実施形態の変形例の製造方法を説明する。バリアメタル層１３形成までの製造方法は、図３から図６を用いて説明した第１の実施形態の製造方法と同様であるので省略する。
【００５６】
バリアメタル層１３をスパッタリングにより形成した後、電気炉を用いて不活性ガス雰囲気中にて約６００℃の温度で３０分間の熱処理を実施し、図１１に示すように、バリアメタル層１３と第1の拡散層１５もしくは第２の拡散層１４とでチタンシリサイド層３３を形成する。
その後、図示しないレジストパターンを用い、エッチングガスに主として塩素（Ｃｌ２）を用いたドライエッチングにより、第２のコンタクトホール２１に対応する部分のバリアメタルおよびチタンシリサイド層３３を除去し、図１２に示す構成とするのである。
【００５７】
このチタンシリサイド層３３の除去により、第２のコンタクトホール２１の底部の半導体基板に凹部２３が形成される。本発明の第２の実施形態と同様に、第２の金属配線３１と接する第２の拡散層１４の表面が凹部形状であるために、第２の拡散層１４と半導体基板１１とのＰＮ接合までの距離が短く設定でき、短い電圧印加時間で容易にＰＮ接合面を貫通するアロイスパイクを形成できるのである。
【００５８】
その後の製造工程では、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属をスパッタリングにより形成し、第１の金属配線３２と第２の金属配線３１とを形成するが、その説明は省略
する。
【００５９】
[本発明による書き込み後の電気特性の説明]
図１３に本発明のアンチヒューズ素子についての書き込み後特性を示す。図１３は、電圧を印加して書き込み状態としたときの、電流特性を示したグラフである。横軸は印加電圧を示し、縦軸はＰＮ接合に流れる電流を示す。白点は、従来技術のコンタクトホール内にバリアメタルを有する構造の特性を示し、黒点は、本発明のアンチヒューズ素子の特性を示す。評価に用いた素子は、Ｐ型半導体基板中にＮ型半導体の拡散層を設けたものである。書き込みのための電圧印加条件は１０Ｖである。測定は、拡散層に０Ｖから次第に電圧を上げて印加し、その時の電流値をモニタリングした。図１３には、拡散層には０Ｖから０．２５Ｖの電圧を印加した結果を示している。
【００６０】
ところで、アンチヒューズ素子は、書き込み（破壊）後に、電流を測定し、その電流値から書き込みが正常になされたかを検出する。ある一定電圧に対して流れる電流値をセンスレベルと称し、近年の低電力化に沿った半導体装置では、印加する一定電圧も低く、センスレベルも低い。このことから、書き込み後は、より低電圧で高い電流を安定して流すアンチヒューズ素子が必要である。
【００６１】
図１３により明らかなように、白点で示した従来技術（バリアメタル有）の場合は、拡散層に印加する電圧値が、例えば、０．２Ｖの時の電流が約１ｍＡであるのに対し、黒点で示した本発明の構造の場合は、約１０ｍＡとなっている。本発明のアンチヒューズ素子は、従来技術に比べ、書き込み後に、約１０倍電流が流れやすくなっており、これは、書き込みを検出する際に約１０倍検出しやすいことと、検出する際に印加する電圧をより低くできることとを示している。すなわち、より正確に書き込みと読み出しが可能であるということがわかる。
【００６２】
また、書き込み後の抵抗ばらつきについては図１４に示す。図１４は２０個のアンチヒューズ素子について、書込み後の抵抗値を測定した結果である。バリアメタル有とは、従来技術を示している。Ａｖｅｒａｇｅとは、書込み後の抵抗値の平均値を示し、σとは、抵抗値の標準偏差を示している。
図１３同様、本発明の構造の場合は、Ａｖｅｒａｇｅでいえば、従来技術の２３０．３Ωに対して本発明では２０．０Ωであり、従来技術に比べて書き込み後の抵抗値が１桁以上低い。さらにばらつきを示すσの値は、従来技術の６５．５に対して本発明では１．７であり、１／３８と著しく低減している。
書き込み後に、より抵抗値が低くなることと、そのばらつきが非常に小さいことからも、本発明の構造は、書き込みの正確性と再現性とが従来技術に比して向上していることがわかる。
【００６３】
図１３と図１４とに示す電気特性の結果から、本発明のアンチヒューズ素子は、安定かつ低抵抗を実現していることがわかる。本発明のアンチヒューズ素子は、第２のコンタクトホール２１の底部で第２の金属配線３１と第２の拡散層１４とが直接接触する構造と、この第２の拡散層１４を浅い拡散深さとする構造とを有している。この構造によって、第２の拡散層１４に生じるアロイスパイクが半導体基板１１との間のＰＮ接合を貫通するまでの距離を短く設定でき、従来よりも短い書き込み時間と安定した書き込み後特性を有することができる。さらに、第２のコンタクトホール２１に対応する第２の拡散層１４の表面に凹部２３を設け、凹部形状とすることで、さらに短時間で安定して書き込みを行なうことができる優れた特性を有するアンチヒューズ素子を構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明のアンチヒューズ素子は、バリアメタルや埋め込みプラグに代表される高融点金
属を用いる微細化した半導体装置に搭載することができるため、高集積化を要求される電子機器用の半導体装置に適する。また、本発明のアンチヒューズ素子は、一般に知られている電界効果型トランジスタの製造方法を用いて製造することができ、特別な製造技術や装置を必要としない。したがって、量産時のコストを低く押さえることが可能となるから、大量に生産する電子機器用の半導体装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明のアンチヒューズ素子の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明のアンチヒューズ素子の第２の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明のアンチヒューズ素子の製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明のアンチヒューズ素子の製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明のアンチヒューズ素子の製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明のアンチヒューズ素子の製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明のアンチヒューズ素子の製造方法を示す断面図である。
【図８】本発明のアンチヒューズ素子の製造方法を示す断面図である。
【図９】本発明のアンチヒューズ素子の製造方法を示す断面図である。
【図１０】本発明のアンチヒューズ素子の製造方法を示す断面図である。
【図１１】本発明のアンチヒューズ素子の第２の実施形態の変形例の製造方法を示す断面図である。
【図１２】本発明のアンチヒューズ素子の第２の実施形態の変形例を示す断面図である。
【図１３】本発明のアンチヒューズ素子の書き込み後の電気特性を示す図である。
【図１４】本発明のアンチヒューズ素子の書き込み後の電気特性を示す図である。
【図１５】従来技術のメモリセルを示す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１１  半導体基板
１２  フィールド酸化膜
１３  バリアメタル層
１４  第２の拡散層
１５  第１の拡散層
１６  絶縁層
１７  レジストパターン
１８  第２のイオン注入領域
１９  第１のイオン注入領域
２１  第２のコンタクトホール
２２  第１のコンタクトホール
２３  凹部
３１  第２の金属配線
３２  第１の金属配線
３３  チタンシリサイド層
１７１  第１のレジストパターン
１７２  第２のレジストパターン
【図１】
2006080320.tif 000003
【図２】
2006080320.tif 000004
【図３】
2006080320.tif 000005
【図４】
2006080320.tif 000006
【図５】
2006080320.tif 000007
【図６】
2006080320.tif 000008
【図７】
2006080320.tif 000009
【図８】
2006080320.tif 000010
【図９】
2006080320.tif 000011
【図１０】
2006080320.tif 000012
【図１１】
2006080320.tif 000013
【図１２】
2006080320.tif 000014
【図１３】
2006080320.tif 000015
【図１４】
2006080320.tif 000016
【図１５】
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