(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路内における２つの金属相互接続層の間に配置された金属対金属アンチヒューズであって、
下側の金属相互接続層の上方に位置した絶縁層の中に形成された貫通穴内に配置されているとともに、前記下側金属相互接続層に対して電気的に接触している、タングステンプラグと；
このタングステンプラグの上面上に配置されたアンチヒューズ層であるとともに、下側付着促進層と、中央層と、上側付着促進層と、を備えてなり、前記中央層が、アモルファスカーボンという材料から構成されているような、アンチヒューズ層と；
このアンチヒューズ層上に配置されたバリア金属層であるとともに、上側電極を形成するバリア金属層と；
を具備していることを特徴とする金属対金属アンチヒューズ。
【請求項２】
請求項１記載の金属対金属アンチヒューズにおいて、
アモルファスカーボンからなる前記中央層が、水素およびフッ素からなるグループの中から選択された材料によってドーピングされていることを特徴とする金属対金属アンチヒューズ。
【請求項３】
請求項１記載の金属対金属アンチヒューズにおいて、
さらに、前記バリア金属層と前記アンチヒューズ層と前記絶縁層との上に配置されかつそれらバリア金属層とアンチヒューズ層と絶縁層とに対して物理的に接触している第２絶縁層を具備していることを特徴とする金属対金属アンチヒューズ。
【請求項４】
請求項１記載の金属対金属アンチヒューズにおいて、
さらに、前記アンチヒューズ層に対して物理的に接触した状態で配置されたスペーサを具備していることを特徴とする金属対金属アンチヒューズ。
【請求項５】
請求項１記載の金属対金属アンチヒューズにおいて、
前記アンチヒューズ層の厚さが、１０ｎｍ〜８０ｎｍとされていることを特徴とする金属対金属アンチヒューズ。
【請求項６】
請求項１記載の金属対金属アンチヒューズにおいて、
前記バリア金属層の厚さが、２５ｎｍ〜２００ｎｍとされていることを特徴とする金属対金属アンチヒューズ。
【請求項７】
請求項１記載の金属対金属アンチヒューズにおいて、
前記バリア金属層をなす材料が、Ｔａと、ＴａＣと、ＴａＮと、Ｔｉと、ＴｉＣと、ＴｉＮと、を備えてなるグループの中から選択されていることを特徴とする金属対金属アンチヒューズ。
【請求項８】
請求項１記載の金属対金属アンチヒューズにおいて、
前記上側付着促進層が、アモルファスシリコンカーバイドを有し、
前記中央層が、アモルファスカーボンを有し、
前記下側付着促進層が、アモルファスシリコンカーバイドを有していることを特徴とする金属対金属アンチヒューズ。
【請求項９】
請求項１記載の金属対金属アンチヒューズにおいて、
前記上側付着促進層が、アモルファス窒化シリコンを有し、
前記中央層が、アモルファスカーボンを有し、
前記下側付着促進層が、アモルファス窒化シリコンを有していることを特徴とする金属対金属アンチヒューズ。
【請求項１０】
請求項１記載の金属対金属アンチヒューズにおいて、
さらに、前記バリア金属層上に配置されたマスク層を具備していることを特徴とする金属対金属アンチヒューズ。
【請求項１１】
請求項１記載の金属対金属アンチヒューズにおいて、
さらに、前記バリア金属層上に配置されたタングステン層を具備していることを特徴とする金属対金属アンチヒューズ。
【請求項１２】
集積回路内における２つの金属相互接続層の間に配置された金属対金属アンチヒューズであって、
下側の金属相互接続層の上方に位置した第１絶縁層の中に形成された貫通穴内に配置されているとともに、前記下側金属相互接続層に対して電気的に接触している、タングステンプラグと；
下側電極をなすこのタングステンプラグ上に配置されかつこのタングステンプラグに対して電気的に接触している第１バリア金属層と；
この第１バリア金属層の上面上に配置されたアンチヒューズ層であるとともに、下側付着促進層と、中央層と、上側付着促進層と、を備えてなり、前記中央層が、アモルファスカーボンという材料から構成されているような、アンチヒューズ層と；
このアンチヒューズ層上に配置された第２バリア金属層であるとともに、上側電極を形成する第２バリア金属層と；
前記第１絶縁層と前記アンチヒューズ層と前記第１バリア金属層と前記第２バリア金属層との上に配置された第２絶縁層と；
を具備していることを特徴とする金属対金属アンチヒューズ。
【請求項１３】
請求項１２記載の金属対金属アンチヒューズにおいて、
アモルファスカーボンからなる前記中央層が、水素およびフッ素からなるグループの中から選択された材料によってドーピングされていることを特徴とする金属対金属アンチヒューズ。
【請求項１４】
請求項１２記載の金属対金属アンチヒューズにおいて、
さらに、前記アンチヒューズ層と前記第１バリア金属層と前記第２バリア金属層とに対して物理的に接触した状態で配置されたスペーサを具備していることを特徴とする金属対金属アンチヒューズ。
【請求項１５】
請求項１２記載の金属対金属アンチヒューズにおいて、
前記アンチヒューズ層の厚さが、１０ｎｍ〜８０ｎｍとされていることを特徴とする金属対金属アンチヒューズ。
【請求項１６】
請求項１２記載の金属対金属アンチヒューズにおいて、
前記第２バリア金属層の厚さが、２５ｎｍ〜２００ｎｍとされていることを特徴とする金属対金属アンチヒューズ。
【請求項１７】
請求項１２記載の金属対金属アンチヒューズにおいて、
前記第２バリア金属層をなす材料が、Ｔａと、ＴａＣと、ＴａＮと、Ｔｉと、ＴｉＣと、ＴｉＮと、を備えてなるグループの中から選択されていることを特徴とする金属対金属アンチヒューズ。
【請求項１８】
請求項１２記載の金属対金属アンチヒューズにおいて、
前記上側付着促進層が、アモルファスシリコンカーバイドを有し、
前記中央層が、アモルファスカーボンを有し、
前記下側付着促進層が、アモルファスシリコンカーバイドを有していることを特徴とする金属対金属アンチヒューズ。
【請求項１９】
請求項１２記載の金属対金属アンチヒューズにおいて、
前記上側付着促進層が、アモルファス窒化シリコンを有し、
前記中央層が、アモルファスカーボンを有し、
前記下側付着促進層が、アモルファス窒化シリコンを有していることを特徴とする金属対金属アンチヒューズ。
【請求項２０】
請求項１２記載の金属対金属アンチヒューズにおいて、
さらに、前記第２バリア金属層上に配置されたマスク層を具備していることを特徴とする金属対金属アンチヒューズ。
【請求項２１】
請求項１２記載の金属対金属アンチヒューズにおいて、
さらに、前記第２バリア金属層上に配置されたタングステン層を具備していることを特徴とする金属対金属アンチヒューズ。
【請求項２２】
金属対金属アンチヒューズを形成するための方法であって、
絶縁層とタングステンプラグとを平坦化し；
これら絶縁層とタングステンプラグとの上にアンチヒューズ層を形成し、この際、このアンチヒューズ層を、下側付着促進層と、中央層と、上側付着促進層と、を備えたものとし、さらに、前記中央層を、アモルファスカーボンという材料から構成されたものとし；
このアンチヒューズ層上に、バリア金属層を形成し；
このバリア金属層上に、マスク層とタングステン層とのうちの少なくとも一方を、形成し；
このマスク層またはタングステン層上に、フォトレジスト層を形成し；
前記マスク層または前記タングステン層の形状を規定し；
前記フォトレジスト層を除去し；
前記アンチヒューズ層および前記バリア金属層の形状を規定する；
ことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の方法において、
前記アンチヒューズ層の形成に際しては、前記アンチヒューズ層を、２．５ｎｍ〜８０ｎｍという範囲の厚さで形成することを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２２記載の方法において、
前記バリア金属層の形成に際しては、前記バリア金属層を、２５ｎｍ〜２００ｎｍという範囲の厚さで形成することを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２２記載の方法において、
前記バリア金属層の形成に際しては、前記バリア金属層を、Ｔａと、ＴａＣと、ＴａＮと、Ｔｉと、ＴｉＣと、ＴｉＮと、からなるグループの中から選択された材料から、形成することを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２２記載の方法において、
さらに、
前記バリア金属層と前記アンチヒューズ層と前記絶縁層とに対して物理的に接触している第２絶縁層を形成し；
この第２絶縁層の形状を規定する；
ことを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２２記載の方法において、
さらに、
前記バリア金属層と前記アンチヒューズ層との上に、第３絶縁層を形成し；
この第３絶縁層の形状を規定することによって、前記アンチヒューズ層と前記バリア金属層とに対して物理的に接触した複数のスペーサを形成する；
ことを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２２記載の方法において、
前記上側付着促進層を、アモルファスシリコンカーバイドおよびアモルファス窒化シリコンからなるグループの中から選択された材料から形成することを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２２記載の方法において、
前記下側付着促進層を、アモルファスシリコンカーバイドおよびアモルファス窒化シリコンからなるグループの中から選択された材料から形成することを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２２記載の方法において、
前記アンチヒューズ層の形成に際しては、アセチレンを原料ガスとした成膜を行うことを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項２６記載の方法において、
前記第２絶縁層と前記タングステン層とに、貫通穴を形成することを特徴とする方法。
【請求項３２】
金属対金属アンチヒューズを形成するための方法であって、
絶縁層とタングステンプラグとを平坦化し；
これら絶縁層とタングステンプラグとの上に第１バリア金属層を形成し；
この第１バリア金属層上に、アンチヒューズ層を形成し、この際、このアンチヒューズ層を、下側付着促進層と、中央層と、上側付着促進層と、を備えたものとし、さらに、前記中央層を、アモルファスカーボンという材料から構成されたものとし；
このアンチヒューズ層上に、第２バリア金属層を形成し；
この第２バリア金属層上に、マスク層とタングステン層とのうちの少なくとも一方を、形成し；
このマスク層またはタングステン層上に、フォトレジスト層を形成し；
前記マスク層または前記タングステン層の形状を規定し；
前記フォトレジスト層を除去し；
前記第１バリア金属層と前記アンチヒューズ層と前記第２バリア金属層の形状を規定する；
ことを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項３２記載の方法において、
さらに、
前記マスク層または前記タングステン層上に、および、前記絶縁層の露出面上に、第２絶縁層を成膜し、
前記第２絶縁層内に、接続用貫通穴を形成し；
前記第２絶縁層上におよび前記接続用貫通穴内に、金属相互接続層を形成し；
前記金属相互接続層をエッチングする；
ことを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項３２記載の方法において、
さらに、
前記マスク層または前記タングステン層上に、および、前記絶縁層の露出面上に、第２絶縁層を成膜し、
前記第２絶縁層と前記マスク層とに、接続用貫通穴を形成し；
前記第２絶縁層上におよび前記接続用貫通穴内に、金属相互接続層を形成し、この場合、この金属相互接続層が、前記第２バリア金属層に対して電気的に接触するものとし；
前記金属相互接続層をエッチングする；
ことを特徴とする方法。
【請求項３５】
金属対金属アンチヒューズを形成するための方法であって、
第１絶縁層とタングステンプラグとを平坦化し；
これら第１絶縁層とタングステンプラグとの上に、アンチヒューズ層を形成し、この際、このアンチヒューズ層を、下側付着促進層と、中央層と、上側付着促進層と、を備えたものとし、さらに、前記中央層を、アモルファスカーボンという材料から構成されたものとし；
このアンチヒューズ層上に、バリア金属層を形成し；
このバリア金属層上に、マスク層とタングステン層とのうちの少なくとも一方を、形成し；
このマスク層またはタングステン層上に、フォトレジスト層を形成し；
前記マスク層または前記タングステン層の形状を規定し；
前記フォトレジスト層を除去し；
前記アンチヒューズ層と前記バリア金属層の形状を規定し；
これらアンチヒューズ層とバリア金属層との上に、第２絶縁層を形成する；
ことを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項３５記載の方法において、
さらに、
前記第２絶縁層内に、接続用貫通穴を形成し；
前記第２絶縁層上におよび前記接続用貫通穴内に、金属相互接続層を形成し；
この金属相互接続層上に、第２マスク層を形成し；
前記金属相互接続層をエッチングする；
ことを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項３５記載の方法において、
さらに、
前記第２絶縁層と前記マスク層とに、接続用貫通穴を形成し；
前記第２絶縁層上におよび前記接続用貫通穴内に、金属相互接続層を形成し、この場合、この金属相互接続層が、前記バリア金属層に対して電気的に接触するものとし；
この金属相互接続層上に、第２マスク層を形成し；
前記金属相互接続層をエッチングする；
ことを特徴とする方法。
【請求項３８】
金属対金属アンチヒューズを形成するための方法であって、
第１絶縁層とタングステンプラグとを平坦化し；
これら第１絶縁層とタングステンプラグとの上に、アンチヒューズ層を形成し、この際、このアンチヒューズ層を、下側付着促進層と、中央層と、上側付着促進層と、を備えたものとし、さらに、前記中央層を、アモルファスカーボンという材料から構成されたものとし；
このアンチヒューズ層上に、バリア金属層を形成し；
このバリア金属層上に、マスク層とタングステン層とのうちの少なくとも一方を、形成し；
このマスク層またはタングステン層上に、フォトレジスト層を形成し；
前記マスク層または前記タングステン層の形状を規定し；
前記フォトレジスト層を除去し；
前記アンチヒューズ層と前記バリア金属層の形状を規定し；
前記アンチヒューズ層と前記バリア金属層と前記第１絶縁層との上に、第２絶縁層を形成する；
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００１年１０月２日付けで出願された米国特許出願第０９／９７２，８２５号明細書の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、アンチヒューズに関するものであり、より詳細には、カーボン含有アンチヒューズ層を使用して形成された金属対金属アンチヒューズに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
金属対金属アンチヒューズは、当該技術分野においては周知である。このような金属対金属アンチヒューズは、半導体基板上において、通常は、集積回路の中の２つの金属相互接続層の間に形成される。金属対金属アンチヒューズは、一対をなす下側導電性電極および上側導電性電極の間に介装されたアンチヒューズ材料層を備えている。各電極は、２つの金属相互接続層のうちの一方に対して、電気的に接触している。
【０００４】
基板上のアンチヒューズ内においてアンチヒューズ材料層として使用するための材料としては、多様な材料が、これまでに提案されている。そのような材料には、アモルファスシリコンおよびこれを含む合金、ポリシリコン、結晶カーボン、シリコン、ゲルマニウム、カルコゲナイド元素、がある。なお、本出願人の知る限りにおいては、本出願に関連性を有する先行技術文献は存在しない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による金属対金属アンチヒューズは、集積回路内における２つの金属相互接続層の間に配置される。絶縁層が、下側の金属相互接続層の上方に位置している。絶縁層は、貫通穴を有しており、この貫通穴内に、タングステンプラグを収容している。タングステンプラグは、下側金属相互接続層に対して電気的に接触している。タングステンプラグは、アンチヒューズの下側電極を形成する。タングステンプラグの上面は、絶縁層の上面に対して平坦化される。第１実施形態においては、アンチヒューズ層は、アモルファスカーボンと、水素およびフッ素のうちの少なくとも一方によってドーピングされたアモルファスカーボンと、からなるグループの中から選択された材料を有したものとされ、タングステンプラグの上面上に配置される。例えばＳｉＮまたはＳｉＣといったような材料からなる付着促進層を、アンチヒューズ層と、構造内の他の層と、の間の境界部分に設けることができる。アンチヒューズ層上に配置されたバリア金属層は、アンチヒューズの上部電極を形成する。第２実施形態においては、タングステンプラグの上面と、アンチヒューズ層と、の間にも、また、バリア金属層が配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、添付図面を参照する。これら図面においては、同様の部材には、同じ符号が付されている。
【０００７】
当業者であれば、以下の説明が例示のためのものに過ぎず本発明を何ら限定するものではないことは、理解されるであろう。当業者であれば、他の実施態様を容易に想起するであろう。
【０００８】
金属対金属アンチヒューズは、集積回路の半導体基板の上方においてこの半導体基板から絶縁された２つの金属相互接続層の間に配置される。絶縁層が、下側の金属相互接続層の上に配置される。この絶縁層は、貫通穴を備えていて、この貫通穴内に、下側の金属相互接続層に対して電気的に接触しているタングステンプラグが収容されている。このタングステンプラグは、アンチヒューズの下側電極を形成する。タングステンプラグの上面は、絶縁層の上面に対して、平坦化されている。
【０００９】
まず最初に、図１Ａには、一例による金属対金属アンチヒューズ（１０）の断面図が示されている。図１Ａに示す実施形態においては、基板（１２）は、絶縁層（１４）と金属相互接続層（１６）とによって被覆されている。当業者であれば、図１Ａが単なる例示に過ぎないこと、および、金属相互接続層（１６）が、金属製多層構成の集積回路における第１の金属相互接続層である必要がないことは、理解されるであろう。
【００１０】
絶縁層（１８）は、例えば、およそ４００ｎｍ〜１，０００ｎｍという厚さで堆積された二酸化シリコンから形成されたものであって、金属相互接続層（１６）上に配置されている。絶縁層（１８）は、貫通穴内に形成されかつ金属相互接続層（１６）に対して電気的に接続されたタングステンプラグ（２０）を、備えている。当業者には公知なように、絶縁層（１８）の上面とタングステンプラグ（２０）の上面とは、アンチヒューズ（１０）の形成時に比較的フラットな表面を形成し得るように平坦化することができる。これに代えて、タングステンプラグ（２０）は、ＣＭＰ技術を使用した平坦化を行うことによって、あるいは、平坦化後に酸素プラズマエッチングを行うことによって、絶縁層（１８）の表面よりも上へと、突出させることができる。
【００１１】
図１Ａの実施形態においては、アンチヒューズ層（２２）が、タングステンプラグ（２０）上に配置されている。アンチヒューズ層（２２）は、アモルファスカーボンと、水素またはフッ素によってドーピングされたアモルファスカーボンと、からなるグループの中から選択されたアンチヒューズ材料（２３）を含有することができ、約２．５ｎｍ〜約１，０００ｎｍという厚さとすることができる。加えて、アンチヒューズ材料（２３）のための材料としては、上述した材料どうしの組合せを使用することができる。アモルファスカーボンおよびこれの組合せは、好ましくはアセチレンガス（Ｃ２Ｈ２）といったような原料ガスを使用してデバイス上に配置することができる。
【００１２】
例えば、アンチヒューズ材料（２３）は、アモルファスカーボンから、あるいは、水素またはフッ素によってドーピングされたアモルファスカーボンから、形成することができ、約１０ｎｍ〜約８０ｎｍという厚さを有することができる。アンチヒューズ材料（２３）を、水素によってドーピングされたアモルファスカーボンから形成する場合には、水素ドーピングは、原子数比率で約１％〜約４０％という範囲とすべきである。アンチヒューズ材料（２３）を、フッ素によってドーピングされたアモルファスカーボンから形成する場合には、フッ素ドーピングは、原子数比率で約０．５％〜約２０％という範囲とすべきである。
【００１３】
アンチヒューズ層（２２）は、また、複数層の組合せから形成することもでき、付着促進層（３６，３８）を有することができる。第１の例は、約２．５ｎｍという厚さを有したアモルファスシリコンカーバイドからなる層と、約１０ｎｍ〜約８０ｎｍという厚さを有したアモルファスカーボンからなる層と、約２．５ｎｍという厚さを有したアモルファスシリコンカーバイドからなる層と、である。第２の例は、約２．５ｎｍという厚さを有したアモルファス窒化シリコンからなる層と、約１０ｎｍ〜約８０ｎｍという厚さを有したアモルファスカーボンからなる層と、約２．５ｎｍという厚さを有したアモルファス窒化シリコンからなる層と、である。
【００１４】
アンチヒューズ材料（２３）が、アモルファスカーボンあるいはドーピングされたアモルファスカーボンを有する場合には、ＳｉＮまたはＳｉＣからなる薄い（例えば、２．５ｎｍ）付着促進層が、アンチヒューズ材料（２３）の上と下とに配置される。これにより、アンチヒューズ材料（２３）とアンチヒューズ構造内の連結層との間における付着が促進される。例示するならば、アモルファスカーボンあるいはドーピングされたアモルファスカーボンを有してなるアンチヒューズ材料層は、構造の一部としてそのような付着促進層を有するようにして構成されるべきである。
【００１５】
第１の例は、約２．５ｎｍという厚さを有したシリコンカーバイドからなる下側付着促進層（３６）と、約１０ｎｍ〜約８０ｎｍという厚さを有したアモルファスカーボンからなる中央層（２３）と、約２．５ｎｍという厚さを有したシリコンカーバイドからなる上側付着促進層（３８）と、である。第２の例は、約２．５ｎｍという厚さを有した窒化シリコンからなる下側付着促進層（３６）と、約１０ｎｍ〜約８０ｎｍという厚さを有したアモルファスカーボンからなる中央層（２３）と、約２．５ｎｍという厚さを有した窒化シリコンからなる上側付着促進層（３８）と、である。
【００１６】
約２５ｎｍ〜約２００ｎｍという厚さを有した例えばＴａやＴａＮやＴａＣやＴｉやＴｉＣやＴｉＮといったようなバリア金属層（２４）が、アンチヒューズ材料層上に配置され、アンチヒューズの上側電極を形成する。ここで例示する第２実施形態においては、タングステンプラグの上面とアンチヒューズ材料（２３）との間には、付加的な下側バリア金属層が配置される。図１Ａに示す実施形態においては、硬いマスク層（２８）が、バリア金属層（２４）上に配置されている。硬いマスク層（２８）は、例えば、酸化物や、タングステンのような金属や、あるいは、当該技術分野において公知の他の適切な材料、から構成することができる。
【００１７】
図１Ｂに示す実施形態は、図１Ａの実施形態と同様の実施形態ではあるものの、図１Ｂにおいては、硬いマスク層（２８）が例えば二酸化シリコンといったような絶縁体から形成されていて、金属層に対しての電気的コンタクトを行うための貫通穴を形成するようにしてエッチングが施されている点において、相違している。
【００１８】
図２Ｂには、一例による金属対金属アンチヒューズ（３０）の断面図が示されている。図２Ｂに示す実施形態は、図１Ａおよび図１Ｂに示す各実施形態と同様のものである。図１Ａおよび図１Ｂの実施形態における構成と対応する図２Ｂの実施形態における構成は、同じ符号によって示されている。また、特に言及しない限りに、当業者であれば、様々な層の材質および厚さが、図１Ａおよび図１Ｂの実施形態に関して上述した例示と同様であることは、理解されるであろう。
【００１９】
図２Ｂの実施形態においては、基板（１２）は、絶縁層（１４）と金属相互接続層（１６）とによって被覆されている。図１Ａおよび図１Ｂの場合と同様に、当業者であれば、図２Ｂが単なる例示に過ぎないこと、および、金属相互接続層（１６）が、金属製多層構成の集積回路における第１の金属相互接続層である必要がないことは、理解されるであろう。
【００２０】
絶縁層（１８）は、例えば二酸化シリコンから形成されたものであって、金属相互接続層（１６）上に配置されている。絶縁層（１８）は、貫通穴内に形成されかつ金属相互接続層（１６）に対して電気的に接続されたタングステンプラグ（２０）を、備えている。当該技術分野においては公知なように、絶縁層（１８）の上面とタングステンプラグ（２０）の上面とは、アンチヒューズ（３０）の形成時に比較的フラットな表面を形成し得るように平坦化することができる。これに代えて、タングステンプラグ（２０）は、ＣＭＰ技術を使用した平坦化を行うことによって、あるいは、平坦化後に酸素プラズマエッチングを行うことによって、絶縁層（１８）の表面よりも上へと、隆起させることができる。
【００２１】
上述したように、図２Ｂの実施形態においては、タングステンプラグの上面とアンチヒューズ層（２２）との間に、付加的なバリア金属層（３２）が配置される。アンチヒューズ層（２２）は、図１Ａおよび図１Ｂの実施形態に関して説明したものと同じである。
【００２２】
約２５ｎｍ〜約２００ｎｍという厚さを有した例えばＴａやＴａＮやＴａＣやＴｉやＴｉＣやＴｉＮといったようなバリア金属層（２４）が、アンチヒューズ層（２２）上に配置され、図２Ｂのアンチヒューズ（３０）の上側電極を形成する。図２Ｂの実施形態においては、硬いマスク層（２８）は、バリア金属層（２４）上に配置された酸化物層として示されている。プロセス時には、酸化物層上にフォトレジスト層を配置し、その後、その酸化物層をエッチングする。エッチング後に、フォトレジスト層を除去し、残った酸化物層が、硬いマスクとして利用され、バリア金属層（２４）およびアンチヒューズ層（２２）のエッチング時におけるエッチングマスクとして機能する。硬いマスク層（２８）は、フォトレジスト除去ステップ時にアンチヒューズ層（２２）が除去されることを防止する。
【００２３】
図２Ａは、図２Ｂに示すデバイスと同様のアンチヒューズデバイスを示しており、図２Ａにおいては、例えばタングステンといったような金属層が、硬いマスク（２８）として使用されている。Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、ＴａＮ、および、ＴｉＮが、タングステン（Ｗ）に対する大きな選択性を有していることにより、ＰＶＤまたはＣＶＤによる薄いタングステン層（約２５ｎｍ〜約５０ｎｍ）を、また、直下の金属層（２４）のエッチングに際しての硬いマスク（２８）として、使用することもできる。タングステン層が薄いことにより、フォトレジストからなる薄い層だけが、硬いマスク（２８）をパターニングする必要がある。硬いマスク（２８）を開放した後に、残っているフォトレジストを除去し、金属積層上に有機材料を存在させることなく、金属層（２４）をエッチングすることができる。金属層（２４）のエッチング後には、タングステン製の硬いマスクは、ＳＦ６ 化合物を使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によってエッチングすることができる。また、図２Ａに示すように、エッチングされた金属積層上に、薄いタングステン製の硬いマスク層（２８）を残すこともできる。酸化物またはタングステンからなる硬いマスクの使用は、大きなエッチング選択性をもたらすとともに、アモルファスカーボン製アンチヒューズ層（２２）の誘電定数（Ｋ）や機械的特性に影響を与えることなく、金属層をエッチングし得るという可能性をもたらす。
【００２４】
図１Ａおよび図１Ｂの実施形態と図２Ａおよび図２Ｂの実施形態との間の他の相違点は、約１００ｎｍ〜約２００ｎｍという厚さを有した二酸化シリコン製堆積層とすることができる付加的な絶縁層（３４）を、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、バリア金属層（３２）とアンチヒューズ層（２２）とバリア金属層（２４）とを備えてなる構造上に、配置し得ることである。金属相互接続層（２６）は、絶縁層（３４）上に配置され、その絶縁層（３４）を貫通して形成された貫通穴を介して、バリア金属層（２４）に対して電気接触することとなる。
【００２５】
図３Ａには、一例による金属対金属アンチヒューズ（５０）の断面図が示されている。図３Ａに示す実施形態は、図１Ａに示す実施形態と同様のものである。図１Ａの実施形態における構成と対応する図３Ａの実施形態における構成は、同じ符号によって示されている。また、特に言及しない限りに、当業者であれば、様々な層の材質および厚さが、図１Ａの実施形態に関して上述した例示と同様であることは、理解されるであろう。
【００２６】
図３Ａの実施形態においては、基板（１２）は、絶縁層（１４）と金属相互接続層（１６）とによって被覆されている。図１Ａの場合と同様に、当業者であれば、図３Ａが単なる例示に過ぎないこと、および、金属相互接続層（１６）が、金属製多層構成の集積回路における第１の金属相互接続層である必要がないことは、理解されるであろう。
【００２７】
絶縁層（１８）は、例えば堆積した二酸化シリコンから形成されたものであって、金属相互接続層（１６）上に配置されている。絶縁層（１８）は、貫通穴内に形成されかつ金属相互接続層（１６）に対して電気的に接続されたタングステンプラグ（２０）を、備えている。当該技術分野においては公知なように、絶縁層（１８）の上面とタングステンプラグ（２０）の上面とは、アンチヒューズ（５０）の形成時に比較的フラットな表面を形成し得るように平坦化することができる。これに代えて、タングステンプラグ（２０）は、ＣＭＰ技術を使用した平坦化を行うことによって、あるいは、平坦化後に酸素プラズマエッチングを行うことによって、絶縁層（１８）の表面よりも上へと、隆起させることができる。
【００２８】
上述したように、アンチヒューズ層（２２）が、タングステンプラグ（２０）上に配置されている。アンチヒューズ層（２２）は、図１Ａの実施形態に関して説明したものと同じである。約２５ｎｍ〜約２００ｎｍという厚さを有した例えばＴａやＴａＮやＴａＣやＴｉやＴｉＣやＴｉＮといったようなバリア金属層（２４）が、アンチヒューズ材料層上に配置され、図３Ａのアンチヒューズ（５０）の上側電極を形成している。図３Ａの実施形態においては、酸化物層（２８）が、バリア金属層（２４）上に配置されている。
【００２９】
図１Ａの実施形態と図３Ａの実施形態との間の相違点は、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍという厚さを有した好ましくは約１００ｎｍという厚さを有した窒化シリコンまたは二酸化シリコン製の堆積層（ＰＥＣＶＤ技術を使用して形成）とすることができる付加的な絶縁層（３４）を、図３Ａに示すように、アンチヒューズ層（２２）とバリア金属層（２４）とを備えてなる構造上に、配置し得ることである。この材料は、アンチヒューズ層（２２）が、金属相互接続層（２６）に対して短絡してしまうことを防止する。金属相互接続層（２６）は、絶縁層（３４）上に配置され、その絶縁層（３４）を貫通して形成された貫通穴を介して、アンチヒューズ積層に対して電気接触することとなる。
【００３０】
図３Ｂに示す実施形態においては、硬いマスク層（２８）は、例えば二酸化シリコンといったような絶縁体から形成されており、金属層に対しての電気的コンタクトを行うための貫通穴を形成するようにしてエッチングが施されている。
【００３１】
図４Ａには、一例による金属対金属アンチヒューズ（６０）の断面図が示されている。図４Ａに示す実施形態は、図１Ａに示す実施形態と同様のものである。図１Ａの実施形態における構成と対応する図４Ａの実施形態における構成は、同じ符号によって示されている。また、特に言及しない限りに、当業者であれば、様々な層の材質および厚さが、図１Ａの実施形態に関して上述した例示と同様であることは、理解されるであろう。
【００３２】
図１Ａの実施形態と図４Ａの実施形態との間の相違点は、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍという厚さを有した好ましくは約１００ｎｍという厚さを有した窒化シリコンまたは二酸化シリコン製の堆積層（ＰＥＣＶＤ技術を使用して形成）とすることができる付加的な絶縁層またはスペーサ（３５）を、図４Ａに示すように、アンチヒューズ層（２２）とバリア金属層（２４）とを備えてなる構造に隣接して使用し得ることである。この材料は、アンチヒューズ層（２２）が、金属相互接続層（２６）に対して短絡してしまうことを防止する。
【００３３】
図４Ａに示す実施形態と図４Ｂに示す実施形態との相違点は、図４Ｂが、絶縁性の硬いマスク層を使用した実施形態を示していることである。この硬いマスク層は、アンチヒューズ積層上への金属相互接続層（２６）の配置に先立って、除去される。金属相互接続層（２６）は、スペーサ（３５）上に配置され、図４Ｂに示すようにして、バリア金属層（２４）に対して電気接触することとなる。図４Ａは、導電性の硬いマスク層（２８）（例えば、タングステン製）を使用した実施形態を示している。この実施形態においては、硬いマスク（２８）は、除去される必要はない。
【００３４】
図５Ａ〜図５Ｃは、図１Ａのアンチヒューズに関し、形成プロセスにおいて選択された各時点での構成を示す断面図である。アンチヒューズ（１０）の形成が、絶縁層（１８）とタングステンプラグ（２０）とに関しての周知技術による平坦化を行った後から開始されていることにより、図５Ａ〜図５Ｃのすべての図は、アンチヒューズ形成プロセスの開始時点において、絶縁層（１８）とタングステンプラグ（２０）とを有している。
【００３５】
図５Ａに示すように、図１Ａのアンチヒューズ（１０）は、タングステンプラグ（２０）と絶縁層（１８）との上に、アンチヒューズ層（２２）が形成される。上述したように、アンチヒューズ層（２２）は、例えばＰＥＣＶＤ技術を使用することによって成膜された例えばＳｉＮやＳｉＣといったような材料からなる薄い付着促進材料層（３６，３８）を有することができる。
【００３６】
当業者であれば理解されるように、アンチヒューズ材料（２３）の厚さは、通常は、約１０ｎｍ〜約８０ｎｍとされる。当業者であれば、使用される厚さが、最終的に形成されるアンチヒューズに関しての所望のプログラミング電圧に依存することは、理解されるであろう。
【００３７】
次に、バリア金属層（２４）を、約２５ｎｍ〜約２００ｎｍという厚さでもって、ＰＶＤスパッタリング技術を使用して、成膜する。硬いマスク層（２８）を、バリア金属層（２４）上に成膜する。硬いマスク層（２８）は、約５００オングストローム〜約４，０００オングストロームという厚さでもって、好ましくは約２，０００オングストロームという厚さでもって、成膜される。
【００３８】
図５Ｂに示すように、硬いマスク層（２８）上にフォトレジスト層（４０）を成膜し、その後、フォトレジスト層（４０）と硬いマスク層（２８）とをエッチングする。エッチング後に、フォトレジスト層（４０）を除去する。硬いマスク層が、バリア金属層（２４）およびアンチヒューズ層（２２）のエッチング時におけるエッチングマスクとして機能する。Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、ＴａＮ、および、ＴｉＮが、タングステン（Ｗ）に対する大きな選択性を有していることにより、ＰＶＤまたはＣＶＤによる薄いタングステン層（約２５ｎｍ〜約５０ｎｍ）を、硬いマスク（２８）として使用することができる。タングステン製の硬いマスク層（２８）は、約２５０オングストローム〜約４，０００オングストロームという厚さでもって、好ましくは約５００オングストロームという厚さでもって、成膜することができる。金属層（２４）のエッチング後には、タングステン製の硬いマスクは、エッチングすることができる。また、エッチングされた金属積層上に、薄いタングステン層を残すこともできる。酸化物またはタングステンからなる硬いマスクは、大きなエッチング選択性をもたらすとともに、アモルファスカーボン製アンチヒューズ材料（２３）の誘電定数（Ｋ）や機械的特性に影響を与えることなく、金属層をエッチングし得るという可能性をもたらす。
【００３９】
図５Ｂに示すように、アンチヒューズ材料（２３）と、任意の必要な付着層と、バリア金属層（２４）と、硬いマスク（２８）と、を形成し終わった後に、フォトレジスト層（４０）を、硬いマスク層（２８）の表面の上方に形成する。この層（４０）の目的は、層（３６，２２，３８，２４，２８）からなるアンチヒューズ『積層』の形状を規定することである。その後、従来的なエッチングステップを行うことにより、硬いマスク（２８）を所望の幾何形状へとエッチングすることができる。図５Ｂは、エッチングステップが行われて、硬いマスクの形状が規定された後の時点であって、なおかつ、フォトレジスト層（４０）の除去前の時点における構成を示している。
【００４０】
硬いマスク層（２８）上にフォトレジスト層（４０）を成膜し、その後、硬いマスク層（２８）をエッチングする。エッチング後に、フォトレジスト層を除去する。残った硬いマスク層が、硬いマスクとして機能し、バリア金属層（２４）およびアンチヒューズ層（２２）のエッチング時におけるエッチングマスクとして機能する。Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、ＴａＮ、および、ＴｉＮが、タングステン（Ｗ）に対する大きな選択性を有していることにより、ＰＶＤによる薄いタングステン層（約２５ｎｍ〜約５０ｎｍ）を、また、直下の金属層（２４）のエッチングに際しての硬いマスク（２８）として、使用することもできる。タングステン層が薄いことにより、フォトレジストからなる薄い層だけが、硬いマスクをパターニングする必要がある。硬いマスクを開放した後に、残っているフォトレジストを除去し、金属積層上に有機材料を存在させることなく、金属層（２４）をエッチングすることができる。金属層（２４）のエッチング後には、タングステン製の硬いマスクは、ＳＦ６ 化合物を使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によってエッチングすることができる。また、エッチングされた金属積層上に、薄いタングステン層を残すこともできる。酸化物またはタングステンからなる硬いマスクは、大きなエッチング選択性をもたらすとともに、アモルファスカーボン製アンチヒューズ層（２２）の誘電定数（Ｋ）や機械的特性に影響を与えることなく、金属層をエッチングし得るという可能性をもたらす。
【００４１】
フォトレジスト（４０）の除去後には、デバイスは、硬いマスク（２８）を使用してエッチングされ、これにより、アンチヒューズ積層の形状が規定される。図５Ｃには、エッチング後におけるアンチヒューズ積層が示されている。図１Ａおよび図１Ｂが、さらなる処理ステップの実施後の、図５Ｃのアンチヒューズ構成を示している。
【００４２】
図６Ａ〜図６Ｃは、図２Ａおよび図２Ｂのアンチヒューズ（３０）に関し、形成プロセスにおいて選択された各時点での構成を示す断面図である。処理ステップ後に得られる構成は、図５Ａ〜図５Ｃに示すプロセスの場合と同様であるものの、図２Ａおよび図２Ｂに示すようなデバイスが得られる。
【００４３】
図６Ａに示すように、図２Ａおよび図２Ｂのアンチヒューズ（３０）は、タングステンプラグ（２０）と絶縁層（１８）との上に、バリア金属層（３２）を成膜することによって、形成されている。
【００４４】
図２Ａおよび図２Ｂは、付加的な処理ステップを行った後における、図６Ｃのアンチヒューズ（３０）の構成を示している。
【００４５】
図７Ａ〜図７Ｃは、図３Ａおよび図３Ｂのアンチヒューズ（５０）に関し、形成プロセスにおいて選択された各時点での構成を示す断面図である。処理ステップ後に得られる構成は、図５Ａ〜図５Ｃに示すプロセスの場合と同様であるものの、図３Ａおよび図３Ｂに示すようなデバイスが得られる。
【００４６】
特に、図７Ｃにおいては、フォトレジスト（４０）は、従来的なマスク除去ステップを使用して、既に除去されている。層（２４〜３６）が、既にエッチングされている。絶縁層（３４）が、アンチヒューズ積層をなす複数の層（３６，２３，３８，２４，２８）上において、および、絶縁層（１８）の露出面上において、成膜されている。その後、従来的なマスク技術およびエッチング技術（図示せず）を使用することによって、絶縁層（３４）内におよび硬いマスク（２８）内に（酸化物からなる硬いマスクの場合）、接続用貫通穴を形成する。次に、金属相互接続層（２６）を、絶縁層（３４）上に、および、接続用貫通穴内に、成膜する。この場合、接続用貫通穴によって、バリア金属層（２４）に対しての電気的接続が行われる。その後、金属エッチングステップのための準備として、マスク層（４２）を、従来的なフォトリソグラフィー技術を使用することによって金属相互接続層（２６）上に形成することができ、このマスク層（４２）を利用して、金属相互接続層（２６）の幾何形状を規定することができる。図３Ｂは、付加的な処理ステップを行った後における、図７Ｃのアンチヒューズ（５０）の構成を示している。
【００４７】
図８Ａ〜図８Ｃは、図４Ａおよび図４Ｂのアンチヒューズ（６０）に関し、形成プロセスにおいて選択された各時点での構成を示す断面図である。処理ステップ後に得られる構成は、図５Ａ〜図５Ｃに示すプロセスの場合と同様であるものの、図４Ａおよび図４Ｂに示すようなデバイスが得られる。
【００４８】
特に、図８Ｃにおいては、フォトレジスト（４０）は、従来的なマスク除去ステップを使用して、既に除去されている。層（２４〜３６）が、既にエッチングされている。絶縁層（３５）が、アンチヒューズ積層をなす複数の層（３６，２３，３８，２４，２８）上において、および、絶縁層（１８）の露出面上において、成膜されている。その後、従来的なマスク技術およびエッチング技術（図示せず）を使用することによって、図８Ｃに示すように、絶縁層（３５）を、複数のスペーサへと成形する。次に、金属相互接続層（２６）を、スペーサ（３５）上に成膜し、バリア金属層（２４）に対しての電気的接続を行う。その後、最終処理のための準備として、マスク層（４２）を、従来的なフォトリソグラフィー技術を使用することによって金属相互接続層（２６）上に形成することができる。図４Ａは、付加的な処理ステップを行った後における、図８Ｃのアンチヒューズ（６０）の構成を示している。
【００４９】
金属対金属アンチヒューズ内のアンチヒューズ材料層として、アモルファスカーボンや、水素またはフッ素の少なくとも一方によってドーピングされたアモルファスカーボン、を使用することにより、プログラミング後に導電性フィラメントを劣化させることとなる『ヒーリング』や『スイッチング』が防止される。
【００５０】
本発明について、例示としての実施形態を参照して説明したけれども、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な変形が可能であること、および、各構成要素を均等物によって代替し得ることは、理解されるであろう。加えて、本発明の実質的な範囲を逸脱することなく、本発明による開示に基づいて、特定の状況や材質を適合化するための様々な修正を行うことができる。したがって、本発明は、本発明の実施に際して最良の態様をなす上記特別の実施形態によって限定されるものではなく、本発明は、特許請求の範囲の属するすべての実施態様をも包含するものであることが、意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１Ａおよび図１Ｂは、アンチヒューズの一例を示す断面図である。
【図２】図２Ａおよび図２Ｂは、アンチヒューズの他の例を示す断面図である。
【図３】図３Ａおよび図３Ｂは、アンチヒューズの他の例を示す断面図である。
【図４】図４Ａおよび図４Ｂは、アンチヒューズの他の例を示す断面図である。
【図５Ａ】図１Ａおよび図１Ｂのアンチヒューズに関し、形成プロセスの各時点での構成を示す断面図である。
【図５Ｂ】図１Ａおよび図１Ｂのアンチヒューズに関し、形成プロセスの各時点での構成を示す断面図である。
【図５Ｃ】図１Ａおよび図１Ｂのアンチヒューズに関し、形成プロセスの各時点での構成を示す断面図である。
【図６Ａ】図２Ａおよび図２Ｂのアンチヒューズに関し、形成プロセスの各時点での構成を示す断面図である。
【図６Ｂ】図２Ａおよび図２Ｂのアンチヒューズに関し、形成プロセスの各時点での構成を示す断面図である。
【図６Ｃ】図２Ａおよび図２Ｂのアンチヒューズに関し、形成プロセスの各時点での構成を示す断面図である。
【図７Ａ】図３Ａおよび図３Ｂのアンチヒューズに関し、形成プロセスの各時点での構成を示す断面図である。
【図７Ｂ】図３Ａおよび図３Ｂのアンチヒューズに関し、形成プロセスの各時点での構成を示す断面図である。
【図７Ｃ】図３Ａおよび図３Ｂのアンチヒューズに関し、形成プロセスの各時点での構成を示す断面図である。
【図８Ａ】図４Ａおよび図４Ｂのアンチヒューズに関し、形成プロセスの各時点での構成を示す断面図である。
【図８Ｂ】図４Ａおよび図４Ｂのアンチヒューズに関し、形成プロセスの各時点での構成を示す断面図である。
【図８Ｃ】図４Ａおよび図４Ｂのアンチヒューズに関し、形成プロセスの各時点での構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  金属対金属アンチヒューズ
１６  金属相互接続層
１８  絶縁層
２０  タングステンプラグ
２２  アンチヒューズ材料層
２４  バリア金属層
２６  金属相互接続層
２８  酸化物層、タングステン層、硬いマスク
３０  金属対金属アンチヒューズ
３２  付加的なバリア金属層
３４  付加的な絶縁層
３５  付加的な絶縁層、スペーサ
３６  付着促進材料層
３８  付着促進材料層
４０  マスク層
４２  マスク層
５０  金属対金属アンチヒューズ
６０  金属対金属アンチヒューズ
【図１】
0004317015.tif 000002
【図２】
0004317015.tif 000003
【図３】
0004317015.tif 000004
【図４】
0004317015.tif 000005
【図５Ａ】
0004317015.tif 000006
【図５Ｂ】
0004317015.tif 000007
【図５Ｃ】
0004317015.tif 000008
【図６Ａ】
0004317015.tif 000009
【図６Ｂ】
0004317015.tif 000010
【図６Ｃ】
0004317015.tif 000011
【図７Ａ】
0004317015.tif 000012
【図７Ｂ】
0004317015.tif 000013
【図７Ｃ】
0004317015.tif 000014
【図８Ａ】
0004317015.tif 000015
【図８Ｂ】
0004317015.tif 000016
【図８Ｃ】
0004317015.tif 000017