(57)【要約】本発明による金属間アンチヒューズは、銅ダマシーン・プロセスと互換性があり、かつ下部絶縁層の頂面と平坦化された下部銅メタル上に形成される。下部バリヤ層は、アンチヒューズ材料層上に配置される下部銅メタル層上に配置される。上部絶縁層は、上部バリヤ層上に配置される。上部銅メタル層は、上部絶縁層の頂面と平坦化され、かつ上部バリヤ層と電気的な接触をするために自身を貫通して延在する。
2005502999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部絶縁層の表面と平坦になされた下部銅メタル層上に形成される金属間アンチヒューズであって、
前記下部銅メタル層上に配置される下部バリヤ層、
前記下部バリヤ層上に配置されるアンチヒューズ材料層、
前記アンチヒューズ材料層上に配置される上部バリヤ層、
前記上部バリヤ層上に配置される上部絶縁層、
前記上部絶縁層の頂面と平坦になされ、かつ前記上部バリヤ層と電気的な接触をするように該頂面を貫通して延在する接点を備える上部銅メタル層を備える金属間アンチヒューズ。
【請求項２】
前記下部銅メタル層及び前記下部絶縁層上に亘って配置され、該下部銅メタル層の頂面を露出させるために貫通形成した第１キャップ層ビアを備え、ここに、前記下部バリヤ層が前記下部銅メタル層と電気的に接触する前記第１キャップ層に配置される、第１キャップ層と、
前記アンチヒューズ材料層及び前記上部バリヤ層を包囲し、該上部バリヤ層の頂面を露出させるために貫通形成した第２キャップ層ビアを備え、ここに、前記上部銅メタル層が前記第２キャップ層ビアに配置される、第２キャップ層と、を備える請求項１に記載の金属間アンチヒューズ。
【請求項３】
前記アンチヒューズ材料層がアモルファスシリコンの層から成る、請求項１に記載の金属間アンチヒューズ
【請求項４】
前記下部バリヤ層が窒化タンタルの層から成る、請求項１に記載の金属間アンチヒューズ。
【請求項５】
前記上部バリヤ層が窒化チタニウムの層から成る、請求項１に記載の金属間アンチヒューズ。
【請求項６】
前記第１及び第２キャップ層が窒化チタニウムから形成される、請求項２に記載の金属間アンチヒューズ。
【請求項７】
前記アンチヒューズ材料層がアモルファスシリコンの層から成る、請求項２に記載の金属間アンチヒューズ。
【請求項８】
前記下部バリヤ層が窒化タンタルの層から成る、請求項２に記載の金属間アンチヒューズ。
【請求項９】
前記上部バリヤ層が窒化チタニウムの層から成る、請求項２に記載の金属間アンチヒューズ。
【請求項１０】
金属間アンチヒュ−ズを製造する方法であって、
下部絶縁層の頂面と平坦になされる下部銅メタル層上に下部バリヤ層を形成する段階と、
前記下部バリヤ層上にアンチヒューズ材料層を形成する段階と、
前記アンチヒューズ層上に上部バリヤ層を形成する段階と、
前記アンチヒューズ層及び前記上部バリヤ層を形成する段階と、
前記上部バリヤ層及び前記アンチヒューズ層上に上部絶縁層を形成する段階と、
前記上部バリヤ層の頂面を露出させるために前記上部絶縁層にビアを形成する段階と、
前記上部バリヤ層と電気的に接触させるために、前記上部絶縁層上及び前記ビアに上部銅メタル層を形成する段階と、
前記上部銅メタル層の頂面と、前記上部絶縁層の頂面とを平坦にする段階と、を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンチヒューズ技術(antifuse technology)に関する。より詳細には、本発明は金属間アンチヒューズ構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンチヒューズ・デバイスは当該技術分野で周知である。アンチヒューズ・デバイスは、アンチヒューズ材料から成る少なくとも１つの層によって分離される１対の導電性電極を備え、かつ１つ以上の拡散バリヤ層を含み得る。プログラミングに先立って、アンチヒューズは、２つの電極間で非常に高い抵抗を示し、したがって開回路であると考え得る。プログラミング・プロセスではアンチヒューズ材料を破壊させて、２つの導電性電極間に低インピーダンス接続を作る。
【０００３】
アンチヒューズは、一般に２つのカテゴリーに分類可能である。第１のタイプのアンチヒューズは、自身の下部電極として半導体基板にドープ処理を施した領域と、自身の上部電極として金属又はドープ処理されたポリシリコンから成る層と、を備える。アンチヒューズ材料は、通常、窒化ケイ素又は二酸化ケイ素から成る１つ以上の層を備える。このタイプのアンチヒューズは、基板アンチヒューズと呼称される。
【０００４】
第２のタイプのアンチヒューズは、自身の下部電極として半導体基板より上に配置されかつ該基板から絶縁される第１メタル層と、自身の上部電極としての第２メタル層を備える。アンチヒューズ材料は、通常、アモルファス・シリコンのような材料層を備え、かつ下部及び上部の金属相互連結層からこのアンチヒューズ材料を分離する１つ以上のバリヤメタル層を伴い得る。このタイプのアンチヒューズは、金属間アンチヒューズと呼称される。
【０００５】
金属間アンチヒューズ用の多数の構造体が提案されてきており、かつこれらの多数の構造体は当該分野では周知である。金属間アンチヒューズを例示するものであるが、完全に網羅したものではない実例は、Ｆｏｒｏｕｈｉ等へ発行された特許に示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】
米国特許第５、２７２、１０１号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による金属間アンチヒューズは、銅デュアル・ダマシーン・プロセスと互換性があり、下部絶縁層の頂面と平坦になされた(planarized)第１銅メタル層上に亘って形成される。下部バリヤ層は、銅メタル層上に亘って配置される。アンチヒューズ材料層は、下部バリヤ層上に亘って配置される。上部バリヤ層は、アンチヒューズ材料層上に亘って配置される。上部絶縁層は、上部バリヤ層上に亘って配置される。第２銅メタル層は、上部絶縁層の頂面と平坦になされ、上部バリヤ層と電気的な接触をするために自身を貫通して延在する。
【０００７】
本発明による金属間アンチヒューズを製造する方法は、下部絶縁層の頂面と平坦になされる下部銅メタル層上に亘る下部バリヤ層を構成する段階を備える。その後、アンチヒューズ材料層は、下部バリヤ層上に亘って形成される。上部バリヤ層は、アンチヒューズ材料層及び上部バリヤ層上に亘って形成され、かくしてアンチヒューズ層が形成される。上部絶縁層は上部バリヤ層及びアンチヒューズ層上に亘って形成され、かつ上部バリヤ層の頂面を露出させるためにビア(via)が形成される。第２銅メタル層が上部絶縁層の頂面に形成されて該頂面と平坦になされ、かつ上部バリヤ層と電気的な接触をするためにビア内を貫通して延在する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
当業者ならば、本発明の以下の説明が例示的のみであり、如何様にも限定するものではないことに気づくであろう。本発明の他の実施形態は、それら自体、そのような当業者に容易な示唆を与えるものとなろう。
【０００９】
図１を参照すると、横断面図は本発明による金属間アンチヒューズを示す。本発明による金属間アンチヒューズは、銅デュアル・ダマシーン・プロセスと互換性があり、かつ本明細書にメタライゼーション(metalization)のためのそのようなプロセスを用いる集積回路の周囲における開示がなされている。本発明によるアンチヒューズがどのように銅デュアル・ダマシーン・プロセスを用いる集積回路に嵌まるかを示すために、金属間アンチヒューズ１０が、集積回路中の２つの銅メタル層間に配置される接点構造体１２に隣接して配置されて示されている。
【００１０】
下部銅メタル層の２つの異なる部分１４及び１６は、下部絶縁層１８に配置されて示されている。下部銅メタル層の一部１４はアンチヒューズ１０と関連づけられ、かつ下部銅メタル層の一部１６は相互連結金属である。下部銅メタル層の部分１４及び１６を含む複数のビアは、銅メタライゼーション技術分野で周知である。さらに、下部銅メタル層の両部分１４及び１６は、下部絶縁層１８の真下に配置されるようなライニング層２０を含んで示されている回路素子又はメタル層（図示せず）への電気的な接続を行うための接点（それぞれ、参照符号２２及び２４）を含んで示されている。下部銅メタル層の部分１４及び１６を包囲して示されている薄いＳｉＮ層２６は、当該技術分野で周知なダマシーン・プロセスで作られた人工品である。
【００１１】
窒化ケイ素又は類似のキャップ材料から構成し得る、キャップ層２８は、下部銅メタル層の部分１４及び１６と、薄い窒化ケイ素２６と上に亘って配置される。窒化タンタル層を備える領域３０及び３２は、キャップ層２８中の複数のビア内に配置される。領域３０はアンチヒューズ１０のための下部バリヤメタル層である。例えば、アモルファス・シリコンの層から構成し得る、アンチヒューズ材料３４の層は、下部バリヤメタル層３０及び上部バリヤメタル層上に亘って配置される。上部バリヤメタル層３６はアンチヒューズ材料３４の層上に亘って配置される。キャップ層３８は上部バリヤメタル層上に亘って配置される。
【００１２】
上部絶縁層４０はキャップ層３８上に亘って配置される。現在好ましいものとして、絶縁層４０は、フッ化ケイ素酸塩ガラス(fluorosilicate glass)(FSG)から構成される下側部分と、テトラエトキシシラン(TEOS)から構成される上側部分を備え得る。上部銅メタル層の２つの異なる接触部分４２及び４４は上部絶縁層４０に配置されて示されている。上部銅メタル層の接触部分４２は、アンチヒューズ１０と関連づけられ、かつ上部銅メタル層の接触部分４４は相互接続金属と関連づけられている。上部銅メタル層のコンタクト部分４２及び４４を含む複数のビアは、銅メタライゼーション技術分野で知られているようなライニング層２０を含んで示されている。
【００１３】
ここで、図２Ａから図２Ｄまでを参照すると、本発明による金属間アンチヒューズを製造する方法が示されている。図２Ａ〜図２Ｄまでに示した要素は、多くの場合、図１に示された要素に相当するので、図１の要素に対応する図２Ａ〜図２Ｄの要素は、図１で使用されるのと同一の参照符号を使って示す。
【００１４】
まず、図２Ａを参照すると、下部絶縁層１８が慣用の半導体プロセス技術を使って被着され、かつ、下部絶縁層１８の真下に配置される回路要素又は金属層（図示せず）に電気的な接続をするために、部分１４及び１６を含む下部銅メタル相互接続層が接点２２及び２４と共に内部に形成される。下部銅メタル層の部分１４及び１６を含む複数のビアは、銅メタライゼーション技術分野で知られているようにライニング層２０を含んで示されている。銅ダマシーン・メタライゼーション技術分野で知られているように、下部銅メタル相互接続層及び下部絶縁層１８の頂面は平坦になされている。薄い窒化ケイ素層２６は、下部銅メタル層の部分１４及び１６を包囲し、かつ当業者に知られているようなダマシーン・プロセスの人工品である。
【００１５】
図１に示すように、窒化ケイ素、窒化カルシウム、あるいは、約１０ナノメートルから約２００ナノメートルまでの範囲の厚さを有する、別のエッチング停止層のような材料から構成される第１キャップ層２８は、慣用の被着技術を使って、下部銅相互連結層の部分１４及び１６上と、下部絶縁層１８上とに亘って被着されている。慣用のマスキング及びエッチング段階（図示せず）は、下部銅メタル相互接続層の部分１４及び１６の頂面を露出するための第１キャップ層２８中の複数のビアを形成するために使用される。その後、慣用のマスク分離段階を用いてマスキング層が除去される。
【００１６】
例えば、約１０ナノメートルから約２００ナノメートルまでの範囲の厚さを有する、窒化タンタル層又は窒化チタニウム層を備える下部バリヤメタル層は、現存する表面上に亘って被着されるブランケットである。その後、既知のＣＭＰ技術が、第１キャップ層中の複数のビア中以外の領域中の下部バリヤメタルを削除するために使用される。図２Ａは、下部バリヤメタルＣＭＰ段階の実行後に存在する構造体を示す。
【００１７】
図２Ｂを参照すると、例えば、約１０ナノメートルから約７０ナノメートルまでの範囲の厚さを有するアモルファス・シリコンの層を備え得るアンチヒューズ材料３４の層は、下部バリヤメタル層３０上に亘って被着されたブランケットである、本発明で使用するに適した他のアンチヒューズ材料の全てを網羅したものではないリストは、ＳｉＮ／［α］−Ｓｉ、ＳｉＮ／［α］−Ｓｉ、ＳｉＮ／［α］Ｓｉ／酸化物、ＳｉＣ及び［α］−Ｃを含む。当業者ならば、本発明によって製造されたアンチヒューズのために示されたアンチヒューズ・プログラミング電圧（ＶＢＧ）が使用されるアンチヒューズ材料の構成及び密度並びにその厚さに依存することが分かるだろう。
【００１８】
例えば、約１０ナノメートルから約２００ナノメートルまでの範囲の厚さを有する、窒化タンタル層又は窒化チタニウム層を備える上部バリヤ層３６は、慣用の被着技術を使ってアンチヒューズ材料３４の層上に亘って被着されたブランケットである。次にマスキング層５０が貼付され、アンチヒューズ材料層３４及び上部バリヤ層３６を含むスタックが慣用のエッチング技術を使って形成される。図２Ｂは、マスキング層５０を除去する前であって、エッチング停止層を形成した後に残る構造体を示す。
【００１９】
ここで図２Ｃを参照すると、アンチヒューズ材料層３４及び上部バリヤ層３６を形成した後に、ＳｉＮ、ＳｉＣ、あるいは約１０ナノメートルから約２００ナノメートルまでの範囲の厚さを有する、低誘電定数を有する他のエッチング停止部を有する材料から構成される第２キャップは、慣用の技術を使って露出した表面上に亘って被着されるブランケットである。
【００２０】
次いで、上部絶縁層４０が、第２キャップ層３８上に亘って被着される。現在好まれるように、絶縁層４０はＨＤＰフッ化ケイ素酸塩ガラス（ＦＳＧ）から構成される下部層５４と、ＴＥＯＳから構成される上部層５６を備え得る。最初に、ＦＳＧ層は、慣用の高密度プラズマ技術を使って、約３００ナノメートル〜約４００ナノメートル間の厚さに形成される。次に、ＴＥＯＳ層は慣用のＴＥＯＳ被着技術を使って形成される。その後、ＴＥＯＳ層５６はＣＭＰ技術を使って平坦化される。図２Ｃは、ＣＭＰ平坦化プロセス段階後に残る構造体を示す。
【００２１】
ここで、図２Ｄを参照すると、マスキング層５８が、ＴＥＯＳ層５６の頂部上に貼付され、かつ複数のビアが接触領域４２及び４４を含む上部銅メタル層５８を被着する準備をし、かつ上部バリヤメタル層３６の頂面と、下部銅メタル層の領域１６上に亘る窒化タンタル領域３２と、を露出させるために第２キャップ層３８に形成される。図２Ｄは、ダマシーンプロセスの一部として、内部に接触領域４２及び４４を形成する前であって、上部銅メタル層（ライナー２０を含む）の形成後に残る構造体を示す。
【００２２】
この発明の実施形態及び応用例が示しかつ記載してきたが、当業者であれば、本明細書に記載した発明の概念から逸脱することなく、上記した以外のより多くの変更が可能であることは明らかである。本発明は、それ故、特許請求の範囲の精神から逸脱して限定することはできない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による金属間アンチヒューズの横断面図である。
【図２Ａ】本発明の製造方法を図示するために製造プロセスにおける選択された段階の完成後の図１の金属間アンチヒューズの横断面図である。
【図２Ｂ】本発明の製造方法を図示するために製造プロセスにおける選択された段階の完成後の図１の金属間アンチヒューズの横断面図である。
【図２Ｃ】本発明の製造方法を図示するために製造プロセスにおける選択された段階の完成後の図１の金属間アンチヒューズの横断面図である。
【図２Ｄ】本発明の製造方法を図示するために製造プロセスにおける選択された段階の完成後の図１の金属間アンチヒューズの横断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０  金属間アンチヒューズ
１２  接点構造体
１４、１６  下部銅メタル層の２つの異なる部分
１８  下部絶縁層
２０  ライニング層
２２、２４  接点
２６窒化ケイ素層
２８  第１キャップ層
３０  下部バリヤメタル層
３２  窒化タンタルを備える領域
３４  アンチヒューズ材料
３６  上部バリヤメタル層
３８  キャップ層
４０  上部絶縁層
４２、４４  上部銅メタル層の接点部分
５０  マスキング層
５４  下部層
５６  ＴＥＯＳ層
５８  マクキング層
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2005502999.tif 000015
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2005502999.tif 000048
【手続補正書】
【提出日】平成14年7月12日(2002.7.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部絶縁層の表面と平坦になされた下部銅メタル層上に形成される金属間アンチヒューズであって、
前記下部銅メタル層上に配置される下部バリヤ層、
前記下部バリヤ層上に配置されるアンチヒューズ材料層、
前記アンチヒューズ材料層上に配置される上部バリヤ層、
前記上部バリヤ層上に配置される上部絶縁層、及び
前記上部絶縁層の頂面と平坦になされ、かつ前記上部バリヤ層と電気的な接触をするように該頂面を貫通して延在する接点を備える上部銅メタル層を備える金属間アンチヒューズ。
【請求項２】
前記下部銅メタル層及び前記下部絶縁層上に亘って配置され、該下部銅メタル層の頂面を露出させるために貫通形成した第１キャップ層ビアを備え、ここに、前記下部バリヤ層が前記下部銅メタル層と電気的に接触する前記第１キャップ層に配置される、第１キャップ層と、
前記アンチヒューズ材料層及び前記上部バリヤ層を包囲し、該上部バリヤ層の頂面を露出させるために貫通形成した第２キャップ層ビアを備え、ここに、前記上部銅メタル層が前記第２キャップ層ビアに配置される、第２キャップ層と、を備える請求項１に記載の金属間アンチヒューズ。
【請求項３】
前記アンチヒューズ材料層がアモルファスシリコンの層から成る、請求項１に記載の金属間アンチヒューズ。
【請求項４】
前記下部バリヤ層が窒化タンタルの層から成る、請求項１に記載の金属間アンチヒューズ。
【請求項５】
前記上部バリヤ層が窒化チタニウムの層から成る、請求項１に記載の金属間アンチヒューズ。
【請求項６】
前記第１及び第２キャップ層が窒化ケイ素から形成される、請求項２に記載の金属間アンチヒューズ。
【請求項７】
前記アンチヒューズ材料層がアモルファスシリコンの層から成る、請求項２に記載の金属間アンチヒューズ。
【請求項８】
前記下部バリヤ層が窒化タンタルの層から成る、請求項２に記載の金属間アンチヒューズ。
【請求項９】
前記上部バリヤ層が窒化チタニウムの層から成る、請求項２に記載の金属間アンチヒューズ。
【請求項１０】
金属間アンチヒュ−ズを製造する方法であって、
下部絶縁層の頂面と平坦になされる下部銅メタル層上に下部バリヤ層を形成する段階と、
前記下部バリヤ層上にアンチヒューズ材料層を形成する段階と、
前記アンチヒューズ層上に上部バリヤ層を形成する段階と、
前記アンチヒューズ層及び前記上部バリヤ層を形成する段階と、
前記上部バリヤ層及び前記アンチヒューズ層上に上部絶縁層を形成する段階と、
前記上部バリヤ層の頂面を露出させるために前記上部絶縁層にビアを形成する段階と、
前記上部バリヤ層と電気的に接触させるために、前記上部絶縁層上及び前記ビアに上部銅メタル層を形成する段階と、
前記上部銅メタル層の頂面と、前記上部絶縁層の頂面とを平坦にする段階と、を備える方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
ここで、図２Ｄを参照すると、マスキング層５７が、ＴＥＯＳ層５６の頂部上に貼付され、かつ複数のビアが接触領域４２及び４４を含む上部銅メタル層５８を被着する準備をし、かつ上部バリヤメタル層３６の頂面と、下部銅メタル層の領域１６上に亘る窒化タンタル領域３２と、を露出させるために第２キャップ層３８に形成される。図２Ｄは、ダマシーンプロセスの一部として、内部に接触領域４２及び４４を形成する前であって、上部銅メタル層（ライナー２０を含む）の形成後に残る構造体を示す。


【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２Ｃ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２Ｃ】
2005502999.tif 000049
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２Ｄ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２Ｄ】
2005502999.tif 000050
【国際調査報告】
2005502999.tif 000051
2005502999.tif 000052