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JPH0756884B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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JPH0756884B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JPH0756884B2
JPH0756884B2 JP18538789A JP18538789A JPH0756884B2 JP H0756884 B2 JPH0756884 B2 JP H0756884B2 JP 18538789 A JP18538789 A JP 18538789A JP 18538789 A JP18538789 A JP 18538789A JP H0756884 B2 JPH0756884 B2 JP H0756884B2
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upper electrode
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体素子及びその製造方法に関し、特に電
圧を印加して電流を流すことにより高抵抗状態から低抵
抗状態へ遷移させることで記憶させるようないわゆる
“アンタイ(アンチ)ヒューズ(anti fuse)”として
おもに機能する半導体素子の製造方法に関するものであ
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to store data by applying a voltage and passing a current to cause a transition from a high resistance state to a low resistance state. The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device that mainly functions as a so-called "anti fuse".

〔従来の技術〕[Conventional technology]

上記のアンタイヒューズは半導体素子の電極に電圧を印
加して電流を流すと、その電極が非導通状態から遷移し
て導通状態となる機能を応用して用いられるものであ
る。つまり、アンタイヒューズは従来から行われている
ような例えば多結晶シリコンの配線を断線させて導通状
態から非導通状態にする“ヒューズ”とは反対の特性又
は機能を有する半導体素子を形成するものである。
The above-mentioned anti-fuse is used by applying the function that when a voltage is applied to an electrode of a semiconductor element to cause a current to flow, the electrode transitions from a non-conducting state to a conducting state. In other words, the anti-fuse forms a semiconductor element having a characteristic or function opposite to that of a "fuse" that disconnects a wiring made of, for example, polycrystalline silicon from a conductive state to a non-conductive state as is conventionally done. is there.

従来から、このアンタイヒューズとなる物質としてカル
コゲナイドやアモルファスシリコンなどが知られてお
り、その実用例としては下記に示す文献に開示されたも
のがある。以下、これらの文献に示されているアンタイ
ヒューズ的な特徴について簡単に説明する。
Conventionally, chalcogenide, amorphous silicon, and the like have been known as substances that serve as the anti-fuse, and practical examples thereof include those disclosed in the following documents. Hereinafter, the characteristics of the anti-fuse shown in these documents will be briefly described.

文献1:特公昭47-32944号公報…アモルファスの高抵抗半
導体材料に電子照射やレーザ照射等のエネルギーを与え
ることにより高抵抗の安定状態より低抵抗の安定状態に
するもの。
Reference 1: Japanese Patent Publication No. 47-32944: Amorphous high-resistance semiconductor material is given energy such as electron irradiation or laser irradiation to bring it into a stable state of low resistance rather than stable state of high resistance.

文献2:特公昭57-4038号公報…印加電界によって抵抗値
が不可逆的に変化するような高抵抗多結晶シリコンを構
成要素とするPROM装置。
Reference 2: Japanese Examined Patent Publication No. S57-4038 ... A PROM device including high-resistance polycrystalline silicon whose resistance value is irreversibly changed by an applied electric field.

文献3:特開昭54-88739号公報…アモルファス状態におい
て高い電気抵抗を有し、結晶状態において低い電気抵抗
を有するテルルベースのカルコゲナイドを構成要素とす
るEEPROM装置。
Reference 3: Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-88739. An EEPROM device having a tellurium-based chalcogenide as a constituent, which has a high electric resistance in the amorphous state and a low electric resistance in the crystalline state.

そして、上記のアンタイヒューズの用途としては、IC中
の簡単な配線接続スイッチ、PLA(プログラマブル ロ
ジック アレイ)、メモリの冗長回路、さらにPROM等へ
適用されたり、その適用が検討されている。
As the application of the anti-fuse, it is applied to a simple wiring connection switch in an IC, a PLA (programmable logic array), a memory redundancy circuit, a PROM, or the like, or its application is being considered.

第2図は上記のアンタイヒューズとして用いられ、この
発明の半導体素子に最も類似する半導体素子の構造を示
す模式的な要部断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a structure of a semiconductor element which is used as the anti-fuse and is most similar to the semiconductor element of the present invention.

図において、201は半導体基板であり、202は半導体基板
201の表面に形成された不純物拡散層、203、203aは層間
絶縁膜、204は配線電極、205はアモルファスシリコン、
206はアモルファスシリコン205の上に形成した上部電極
である。なお、アモルファスシリコン205は高抵抗体で
あり、上部電極206は良導体からなり配線電極204と同時
に形成される。
In the figure, 201 is a semiconductor substrate, and 202 is a semiconductor substrate.
Impurity diffusion layers formed on the surface of 201, 203 and 203a are interlayer insulating films, 204 is a wiring electrode, 205 is amorphous silicon,
206 is an upper electrode formed on the amorphous silicon 205. The amorphous silicon 205 is a high resistance element, and the upper electrode 206 is made of a good conductor and is formed simultaneously with the wiring electrode 204.

上記の構成において、配線電極204とアモルファスシリ
コン205は不純物拡散層202のほぼ両端部の面の接して形
成されており、上部電極206と不純物拡散槽202が構成す
る下部電極との間にアモルファスシリコン205を挿んだ
構造となっている。この構造は高抵抗のアモルファスシ
リコン205が前述のアンタイヒューズの主要構成部分と
して機能するものである。すなわち、上部電極206と下
部電極に接続する配線電極204との間に電圧を印加し、
電流を流すと、両電極間のアモルファスシリコン205を
中心とする部分が高抵抗状態から低抵抗状態に不可逆的
に遷移する。つまり、両電極間のアモルファスシリコン
205を中心とする部分が絶縁状態から導通状態になった
ことにより、電流を流さない素子との区別ができること
を利用して記憶素子を構成することができる。
In the above structure, the wiring electrode 204 and the amorphous silicon 205 are formed in contact with the surfaces of both ends of the impurity diffusion layer 202, and the amorphous silicon is formed between the upper electrode 206 and the lower electrode formed by the impurity diffusion tank 202. It has a structure with 205 inserted. In this structure, the high resistance amorphous silicon 205 functions as a main constituent part of the above-mentioned anti-fuse. That is, a voltage is applied between the upper electrode 206 and the wiring electrode 204 connected to the lower electrode,
When a current is passed, the portion centering on the amorphous silicon 205 between both electrodes irreversibly transits from the high resistance state to the low resistance state. That is, amorphous silicon between both electrodes
A memory element can be formed by utilizing the fact that a portion around 205 is changed from an insulating state to a conductive state, which makes it possible to distinguish the element from which no current flows.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

上記のような従来の半導体素子では、素子の性能として
みた場合、遷移前抵抗値Roffがより高く、遷移後抵抗値
Ronがより低い方が望ましい。
In the conventional semiconductor device as described above, the resistance value before transition R off is higher and the resistance value after transition is higher in terms of device performance.
Lower R on is desirable.

アモルファスシリコンのRoffは酸化膜等の絶縁膜と較べ
て幾分低く、好ましくはない。この反面、絶縁膜破壊を
用いた素子に較べて信頼性面で優れており、一長一短が
ある。またRonを低くするには、アモルファスシリコン
中にアクセプタイオン又はドナーイオン等を含有させる
ことが有効であるが、遷移前の状態のRoffがかなり低く
なってしまうため、従来の素子は好ましい構成ではなか
った。
The R off of amorphous silicon is somewhat lower than that of an insulating film such as an oxide film, which is not preferable. On the other hand, it is superior in reliability and has advantages and disadvantages as compared with the element using the insulation film breakdown. Further, in order to lower R on , it is effective to include an acceptor ion or a donor ion in amorphous silicon, but since R off in a state before transition becomes considerably low, a conventional element has a preferable structure. Was not.

この発明は上記のような課題を克服するためになされた
もので、アモルファスシリコンに絶縁物並みのRoffを確
保し、かつ不純物イオン含有によるRon低下の効果をも
利用でき、しかも同一基板上の他の半導体素子に何ら悪
い影響を与えない構造を有する半導体素子の製造方法を
提供することを目的とするものである。
The present invention has been made to overcome the above-mentioned problems, and it is possible to secure R off comparable to that of an insulator in amorphous silicon, and also to utilize the effect of R on lowering due to inclusion of impurity ions, and on the same substrate. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device having a structure that does not adversely affect other semiconductor devices.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

この発明に係る半導体素子の製造方法は、下部電極を有
する第1導電層と、上部電極を有する第2導電層との間
に電圧を印加して電流を流すことにより、高抵抗状態か
ら低抵抗状態へ遷移するアンタイ・ヒューズとして機能
する、前記下部電極と前記上部電極との間に形成された
半導体素子の製造方法において、少なくとも前記下部電
極上に層間絶縁膜を形成する工程、前記下部電極上の前
記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程、前記
コンタクトホール内部にシリコン絶縁膜を形成する工
程、前記シリコン絶縁膜上方にアモルファスシリコン層
を形成する工程、前記アモルファスシリコン層上方に前
記上部電極を形成する工程、とを少なくとも有すること
を特徴とする。
According to the method of manufacturing a semiconductor element of the present invention, a voltage is applied between a first conductive layer having a lower electrode and a second conductive layer having an upper electrode to cause a current to flow, thereby changing from a high resistance state to a low resistance state. In a method of manufacturing a semiconductor device formed between the lower electrode and the upper electrode, which functions as an anti-fuse that transitions to a state, a step of forming an interlayer insulating film on at least the lower electrode; A step of forming a contact hole in the interlayer insulating film, a step of forming a silicon insulating film inside the contact hole, a step of forming an amorphous silicon layer above the silicon insulating film, and a step of forming the upper electrode above the amorphous silicon layer. And at least a forming step.

また、この発明に係る半導体素子の製造方法は、下部電
極を有する第1導電層と、上部電極を有する第2導電層
との間に電圧を印加して電流を流すことにより、高抵抗
状態から低抵抗状態へ遷移するアンタイ・ヒューズとし
て機能する、前記下部電極と前記上部電極との間に形成
された半導体素子の製造方法において、少なくとも前記
下部電極上に層間絶縁膜を形成する工程、前記下部電極
上の前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工
程、少なくとも前記コンタクトホールの内部にアモルフ
ァスシリコン層を形成する工程、前記アモルファスシリ
コン層上方にシリコン絶縁膜を形成する工程、前記シリ
コン絶縁膜上方に前記上部電極を形成する工程、とを少
なくとも有することを特徴とする。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor element of the present invention, a voltage is applied between a first conductive layer having a lower electrode and a second conductive layer having an upper electrode to cause a current to flow. In a method of manufacturing a semiconductor device formed between the lower electrode and the upper electrode, which functions as an anti-fuse that transitions to a low resistance state, a step of forming an interlayer insulating film on at least the lower electrode, the lower portion Forming a contact hole in the interlayer insulating film on the electrode; forming an amorphous silicon layer at least inside the contact hole; forming a silicon insulating film above the amorphous silicon layer; and forming a silicon insulating film above the silicon insulating film. And a step of forming the upper electrode.

さらに、前記シリコン絶縁膜の膜厚を50Å〜100Åの厚
さに形成することを特徴とする。
Further, the silicon insulating film is formed to have a film thickness of 50Å to 100Å.

〔作用〕[Action]

この発明においては、半導体素子の中でアンタイヒュー
ズとして機能する素子を上部電極とアモルファスシリコ
ンとシリコン絶縁膜と下部電極との四層構造としたか
ら、Roffは比抵抗の高いシリコン絶縁膜により高抵抗が
確保され、アンタイヒューズの信頼性はアモルファスシ
リコンの特性により確保される。そしてシリコン絶縁膜
は高Roffを確保する目的のため使用されるので非常に薄
くてもよく、かつ薄くすることでプログラム電圧を印加
したとき容易に破壊できるので、Ronにも殆ど影響を与
えることなく低抵抗化も容易である。
In the present invention, the element functioning as an anti-fuse in the semiconductor element has a four-layer structure of the upper electrode, the amorphous silicon, the silicon insulating film, and the lower electrode. Therefore, R off is higher than that of the silicon insulating film having a high specific resistance. The resistance is secured, and the reliability of the anti-fuse is secured by the characteristics of amorphous silicon. Since the silicon insulating film is used for the purpose of ensuring a high R off , it may be very thin, and it can be easily broken when a program voltage is applied by thinning it, so it has almost an effect on R on. It is easy to reduce the resistance.

また、四層構造中のアモルファスシリコン領域にIII族
又はV族の不純物をドープしたものについては、イオン
打ち込みを1015cm-3程度行った場合、プログラム(書き
込み)電圧の印加による電流によって生ずるジュール熱
の発生のため、アモルファスシリコンの一部が溶け、そ
の部分が冷えたとき恐らく多結晶のようなものに変化す
る。この時、ドープされている不純物元素はこの結晶の
ようなもの(この言葉は一般に学会や特許の分野でフィ
ラメントと称されている)にとり込まれ活性化されるこ
とによってRonを下げることができる。
For the amorphous silicon region in the four-layer structure doped with Group III or Group V impurities, when ion implantation is carried out at about 10 15 cm -3, the Joule generated by the current due to the application of the program (writing) voltage. Due to the generation of heat, some of the amorphous silicon melts, and when that part cools it will probably turn into something like a polycrystal. At this time, the doped impurity element can be lowered into R on by being taken into and activated by something like this crystal (this word is generally called a filament in academic fields and patent fields). .

〔実施例〕〔Example〕

実施例1: 第1図はこの発明の一実施例を示す半導体素子の模式断
面図による構造説明図である。101は例えばシリコン単
結晶の半導体基板、102はn+型又はp+型の不純物拡散層
(下部電極)、103、103aは層間絶縁膜、104はAl等の配
線電極、105はアモルファスシリコン、106はAl等の上部
電極、107はSiO2又はSi3N4で形成されたシリコン絶縁
膜、108はコンタクトホールである。上部電極106とアモ
ルファスシリコン105とシリコン絶縁膜107と下部電極10
2とでアンタイヒューズの主要構成部である四層構造の
電極を形成している。上記の構成は第2図の従来例と比
較すると、不純物拡散層からなる下部電極102とアモル
ファスシリコン105の間にシリコン絶縁膜107が介在して
いることを特徴としている。
Embodiment 1: FIG. 1 is a structural explanatory view by a schematic sectional view of a semiconductor device showing an embodiment of the present invention. 101 is, for example, a silicon single crystal semiconductor substrate, 102 is an n + type or p + type impurity diffusion layer (lower electrode), 103 and 103a are interlayer insulating films, 104 is a wiring electrode such as Al, 105 is amorphous silicon, 106 Is an upper electrode of Al or the like, 107 is a silicon insulating film formed of SiO 2 or Si 3 N 4 , and 108 is a contact hole. Upper electrode 106, amorphous silicon 105, silicon insulating film 107, and lower electrode 10
2 and 4 form a four-layer structure electrode, which is the main component of the anti-fuse. The above structure is characterized in that a silicon insulating film 107 is interposed between the lower electrode 102 made of an impurity diffusion layer and the amorphous silicon 105, as compared with the conventional example shown in FIG.

第1図の実施例のようにアモルファスシリコン105と下
部電極(不純物拡散層)102との間にシリコン絶縁膜107
を介在させた場合は、アモルファスシリコン成長時、シ
リコン基板に接する面にはシリコン絶縁膜が形成されて
おり、この絶縁膜はアモルファスであるため、均質なア
モルファスシリコンが形成できる。したがって、プログ
ラム電圧・電流の安定性・再現性がよくなる。この点は
第2図の従来例のように基板上にアモルファスシリコン
を成長させる場合はシリコン結晶に従った異状成長が成
長し易くなり、均質なアモルファスシリコンが形成しに
くかったのと比較すれば大幅な改良を示したものといえ
る。なお、アモルファスシリコン105は不純物拡散層102
と同一導電型のIII族又はV族の不純物元素をドープし
たものであってもよく、この場合は不純物がドープされ
ていない場合よりもRonを下げることができることは前
述の通りである。
As in the embodiment of FIG. 1, a silicon insulating film 107 is provided between the amorphous silicon 105 and the lower electrode (impurity diffusion layer) 102.
In the case of interposing, a silicon insulating film is formed on the surface in contact with the silicon substrate during the growth of amorphous silicon, and since this insulating film is amorphous, homogeneous amorphous silicon can be formed. Therefore, the stability and reproducibility of the program voltage / current are improved. This point is significantly larger than that in the case of growing amorphous silicon on a substrate as in the conventional example of FIG. 2, abnormal growth according to silicon crystals is likely to grow, and it is difficult to form homogeneous amorphous silicon. It can be said that it showed a significant improvement. The amorphous silicon 105 is the impurity diffusion layer 102.
It may be doped with an impurity element of Group III or Group V of the same conductivity type as above, and in this case, R on can be lowered as compared with the case where no impurity is doped, as described above.

実施例2: 第3図はこの発明による半導体素子の他の実施例を示す
模式断面図による構造説明図である。第1図の実施例と
同一又は相当部分には同じ符合を付し説明を省略する。
Embodiment 2 FIG. 3 is a structural explanatory view by a schematic sectional view showing another embodiment of the semiconductor device according to the present invention. The same or corresponding parts as those of the embodiment of FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

第3図の実施例においては、アモルファスシリコン105
と上部電極106との間にシリコン絶縁膜107が介在するよ
うに構成したものである。この場合も実施例1と同様に
アモルファスシリコン105にIII族又はV族の不純物元素
をドープしてRonを下げてもよい。
In the embodiment of FIG. 3, amorphous silicon 105
The silicon insulating film 107 is interposed between the upper electrode 106 and the upper electrode 106. Also in this case, similar to the first embodiment, the amorphous silicon 105 may be doped with a group III or group V impurity element to reduce R on .

第3図の実施例のように、アモルファスシリコン105と
上部電極106との間にシリコン絶縁膜107を配設した場合
は、例えば上部電極106の下側にTiN等のバリア金属を用
いて、そこに万一ピンホールが発生してAlが侵入しても
Alとシリコン絶縁膜107との反応が少ないために歩留り
低下などのトラブルを生じない利点がある。この点は、
アモルファスシリコンがAlとの反応が著しいから、例え
ば上述のバリア金属を用いない場合は300℃程度でも反
応が進行する。そのため素子製造中にショートして不良
とすることが発生する。また、バリア金属を用いてもピ
ンホールなどが発生して歩留りの低下を来たすという第
2図のような従来例で発生した問題を克服したものであ
る。
When the silicon insulating film 107 is provided between the amorphous silicon 105 and the upper electrode 106 as in the embodiment shown in FIG. 3, a barrier metal such as TiN is used under the upper electrode 106, for example. In the unlikely event that a pinhole occurs and Al invades,
Since the reaction between Al and the silicon insulating film 107 is small, there is an advantage that a trouble such as a decrease in yield does not occur. This point is
Since the reaction of amorphous silicon with Al is remarkable, for example, when the above-mentioned barrier metal is not used, the reaction proceeds even at about 300 ° C. Therefore, a short circuit may occur during manufacturing of the device, resulting in a defect. Further, the present invention overcomes the problem that has occurred in the conventional example as shown in FIG. 2 in that pinholes and the like are generated even if a barrier metal is used and the yield is reduced.

実施例3: 第4図はこの発明による半導体素子の他の実施例を示す
模式断面図による構造説明図である。
Embodiment 3: FIG. 4 is a structural explanatory view by a schematic sectional view showing another embodiment of the semiconductor device according to the present invention.

本実施例は、下部電極として404の多結晶シリコンを用
いており、その上部に408のシリコン酸化膜、405のアモ
ルファスシリコン及び407の上部電極の四層構造であ
る。電極間に電圧を印加して電流を流した時に発生する
ジュール熱によりプログラムされるわけであるが、本実
施例のように多結晶シリコンを下部電極に用い、周囲を
酸化シリコン膜で囲むことにより、熱伝導度を下げ、ジ
ュール熱による温度上昇を、加速することができ、効率
の高いプログラムができるものである。
In this embodiment, 404 polycrystalline silicon is used as the lower electrode, and a four-layer structure of a silicon oxide film 408, amorphous silicon 405, and an upper electrode 407 is formed on the polycrystalline silicon. It is programmed by Joule heat generated when a voltage is applied between the electrodes and a current is applied, but by using polycrystalline silicon for the lower electrode and enclosing the periphery with a silicon oxide film as in this example. The thermal conductivity can be reduced, and the temperature rise due to Joule heat can be accelerated, and a highly efficient program can be performed.

また、シリコン酸化膜408は、本実施例の他に多結晶シ
リコン404とアモルファスシリコン405の間に存在してい
てもいいし、あるいはアモルファスシリコン405と上部
電極407の間に存在していてもいいし、アモルファスシ
リコン405の両側に存在していてもいいものである。
Further, the silicon oxide film 408 may be present between the polycrystalline silicon 404 and the amorphous silicon 405, or may be present between the amorphous silicon 405 and the upper electrode 407 in addition to the present embodiment. However, it may exist on both sides of the amorphous silicon 405.

実施例4: この発明による半導体素子の製造方法の一実施例を、第
1図の実施例に示した半導体素子を参照して、(a)〜
(f)の製造工程順に説明する。なお、(c2)工程はア
モルファスシリコンに不純物元素をドープする場合の追
加工程である。しかし、ドープする必要のない場合はこ
の工程は省略される。
Example 4 An example of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the semiconductor device shown in the example of FIG.
The manufacturing process of (f) will be described in order. The step (c2) is an additional step in the case of doping the amorphous silicon with an impurity element. However, this step is omitted if it is not necessary to dope.

(a)工程…シリコン(Si)の半導体基板101に不純物
拡散層102を形成し、全面にSiO2又はSi3N4の層間絶縁膜
103を形成したのち、不純物拡散層102の上方のアモルフ
ァスシリコン被着予定の所定箇所にホトリソグラフィ技
術によりコンタクトホール108を形成する。(b)工程
…CVD法によりSiO2を100Å以下例えば50Å堆積してコン
タクトホール108の底部にシリコン絶縁膜107を形成す
る。
Step (a): An impurity diffusion layer 102 is formed on a semiconductor substrate 101 made of silicon (Si), and an interlayer insulating film made of SiO 2 or Si 3 N 4 is formed on the entire surface.
After forming 103, a contact hole 108 is formed by photolithography at a predetermined location above the impurity diffusion layer 102 where amorphous silicon is to be deposited. Step (b): SiO 2 is deposited by 100 Å or less by CVD, for example, 50 Å to form a silicon insulating film 107 on the bottom of the contact hole 108.

(c)工程…560℃のCVD法によりアモルファスシリコン
105を約1500Åの厚さに形成し、コンタクトホール108の
中にも埋め込む。
(C) step ... Amorphous silicon by CVD method at 560 ° C
105 is formed to a thickness of about 1500Å, and is also embedded in the contact hole 108.

(c2)工程…アモルファスシリコン105に不純物元素を
ドープする場合はこの工程で行い、例えばn型不純物と
してP(V族元素)の場合はP+を60Kev、1×1015〜1
×1016cm-3の条件でイオン打込みを行い、Pをアモルフ
ァスシリコン105中にドープする。またp型不純物とし
て例えばB(III族元素)の場合BF2 +を80Kev、1×1015
〜1×1016cm-3の条件でイオン打込みを行いBをドープ
する。
Step (c2): This step is performed when doping the amorphous silicon 105 with an impurity element. For example, in the case of P (group V element) as an n-type impurity, P + is 60 Kev, 1 × 10 15 to 1
Ion implantation is performed under the condition of × 10 16 cm -3 to dope P into the amorphous silicon 105. In the case of B (group III element) as a p-type impurity, BF 2 + is 80 Kev, 1 × 10 15
Ion implantation is performed under the condition of 1 × 10 16 cm -3 to dope B.

(d)工程…アモルファスシリコン105のホトエッチン
グを行い、パターニングして電極形状のアモルファスシ
リコン105を形成する。
Step (d): Amorphous silicon 105 is photo-etched and patterned to form electrode-shaped amorphous silicon 105.

(e)工程…全面に層間絶縁膜103aを堆積したのち、引
き出し配線接続用のコンタクトホール108a及び109を形
成する。コンタクトホール108aはアモルファスシリコン
105の上面まで、コンタクトホール109は不純物拡散層10
2の上面に達するように形成する。
Step (e): After depositing an interlayer insulating film 103a on the entire surface, contact holes 108a and 109 for connecting lead wires are formed. Contact hole 108a is amorphous silicon
The contact hole 109 is formed in the impurity diffusion layer 10 up to the upper surface of 105.
It is formed so as to reach the upper surface of 2.

(f)工程…はじめに例えばTi-TiNのバリア金属を、つ
いで、Al-Siをスパッタ法を用いて堆積し、パターニン
グ加工を行って配線電極104及び上部電極106を形成す
る。
(F) Step ... First, a barrier metal of, for example, Ti—TiN, and then Al—Si is deposited by a sputtering method, and a patterning process is performed to form the wiring electrode 104 and the upper electrode 106.

以上で第1図の実施例素子の基本構造の形成が終了す
る。なお(b)工程においてSiO2膜の形成は例えばN2
ス中のO2濃度2%の雰囲気で900℃、30分の熱酸化法で
行って50〜100ÅのSiO2膜を成長してもよい。また、別
の方法としては、H2SO4+H2O2中で数10Å成長したSiO2
膜であってもよく、あるいはこのSiO2を900℃でアニー
ルしたものであってもよい。
This completes the formation of the basic structure of the embodiment element shown in FIG. In the step (b), the SiO 2 film is formed, for example, by a thermal oxidation method at 900 ° C. for 30 minutes in an atmosphere having an O 2 concentration of 2% in N 2 gas even if a SiO 2 film of 50 to 100 Å is grown. Good. As another method, H 2 SO 4 + H 2 O 2 SiO 2 in which several 10Å grown in
It may be a film, or may be a film obtained by annealing this SiO 2 at 900 ° C.

実施例5: この発明による半導体素子の製造方法の他の実施例を第
3図の実施例に示した半導体素子を参照して(A)〜
(E)の工程順に説明する。なお(B2)工程はアモルフ
ァスシリコンに不純物元素をドープする場合の追加工程
であるが、その内容は実施例3の(C2)工程と同様であ
るのでその説明は省略する。
Embodiment 5: Another embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the semiconductor device shown in the embodiment of FIG.
The steps (E) will be described in this order. The step (B2) is an additional step in the case of doping the amorphous silicon with an impurity element, but since the contents thereof are the same as the step (C2) of Example 3, the description thereof will be omitted.

(A)工程…シリコンの半導体基板101に不純物拡散層1
02を形成し、全面にSiO2又はSiN4の層間絶縁膜103を形
成したのち、不純物拡散層102の上方のアモルファスシ
リコン105形成予定の所定箇所にホトリソグラフィ技術
によりコンタクトホール108を形成する。
Step (A) ... Impurity diffusion layer 1 on silicon semiconductor substrate 101
After forming 02 and forming an interlayer insulating film 103 of SiO 2 or SiN 4 on the entire surface, a contact hole 108 is formed by photolithography at a predetermined position above the impurity diffusion layer 102 where the amorphous silicon 105 is to be formed.

(B)工程…560℃のCVD法によりアモルファスシリコン
(膜)105を約1500Åの厚さに形成し、コンタクトホー
ル108の中にも埋め込む。
Step (B): Amorphous silicon (film) 105 is formed to a thickness of about 1500 Å by a CVD method at 560 ° C, and is embedded in the contact hole 108 as well.

(B2)工程…アモルファスシリコン105の中にIII族又は
V族の不純物をドープする場合は実施例3の(C2)工程
と同様にして、P又はBをイオン打込みによりドープす
る。
Step (B2): When doping Group III or Group V impurities into the amorphous silicon 105, P or B is doped by ion implantation in the same manner as in Step (C2) of Example 3.

(C)工程…アモルファスシリコン(膜)105をCF4を用
いたドライエッチングによりエッチングを行い電極形状
のアモルファスシリコン105を形成する。
Step (C) ... Amorphous silicon (film) 105 is etched by dry etching using CF 4 to form electrode-shaped amorphous silicon 105.

(D)工程…全面に層間絶縁膜103aを堆積したのち、引
き出し配線接続用のコンタクトホール108a及び109を形
成する。
Step (D) ... After depositing an interlayer insulating film 103a on the entire surface, contact holes 108a and 109 for connecting lead wires are formed.

(E)工程…CVD法でSiO2(膜)107を100Å程度または
それ以下の厚さに形成する。ホトエッチングによりアモ
ルファスシリコン(膜)105上以外のSiO2(膜)107を除
去する。
Step (E): SiO 2 (film) 107 is formed to a thickness of about 100 Å or less by a CVD method. SiO 2 (film) 107 other than on the amorphous silicon (film) 105 is removed by photoetching.

(F)工程…以下は実施例3の(f)工程と同様にして
配線電極104と上部電極106を形成して、この段階までの
プロセスを終了する。
Step (F) ... Thereafter, the wiring electrode 104 and the upper electrode 106 are formed in the same manner as the step (f) of Example 3, and the process up to this stage is completed.

なお、この発明による半導体素子はアンタイヒューズと
して使用するのに有効であるだけでなく、前記のPLAや
一般の記憶装置に組込むことにより形成される半導体装
置に適用できる。また、上記のようにPROM素子として直
接用いたり、その他の装置の配線接続スイッチとして使
用できる。すなわち、配線接続スイッチの応用の一つと
しては特定用途のスタンダードセルのようなマクロセル
をもつICの配線接続箇所に挿入することによって、ユー
ザーが任意のICをデスクトップでつくり出すことが可能
となる利点がある。
The semiconductor element according to the present invention is not only effective for use as an anti-fuse, but also applicable to the PLA and a semiconductor device formed by being incorporated in a general memory device. Further, it can be directly used as a PROM element as described above, or can be used as a wiring connection switch for other devices. In other words, one of the applications of the wiring connection switch is that the user can create an arbitrary IC on the desktop by inserting it into the wiring connection location of an IC that has a macro cell such as a standard cell for a specific purpose. is there.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上のようにこの発明によれば、半導体素子のアンタイ
ヒューズとして使用される部分に従来のアモルファスシ
リコンを用いるほかに、絶縁膜をその上側又は下側に配
置することによりプログラム素子を構成するから、高R
offはシリコン絶縁膜によって確保され、信頼性はアモ
ルファスシリコンにより確保される。したがって、上記
2つの作用の相乗効果により操作時のプログラム電流・
電圧の安定性と再現性が高められる。従って、高Roff
従来より低いRon特性をもつプログラム素子が得られ
る。
As described above, according to the present invention, since the conventional amorphous silicon is used for the portion used as the anti-fuse of the semiconductor element, the program element is configured by disposing the insulating film on the upper side or the lower side thereof. High R
Off is secured by a silicon insulating film, and reliability is secured by amorphous silicon. Therefore, due to the synergistic effect of the above two actions, the program current during operation
Voltage stability and reproducibility are enhanced. Therefore, a program element having high R off and lower R on characteristics than the conventional one can be obtained.

また、この構造によれば、Ron低下のためにアモルファ
スシリコンに不純物をドープしてもRoffへの影響はなく
高Roff、低Ronの特性が実現できる。とくに第3図のよ
うな構成においては、上部電極剤自体や、その一部とし
ての例えばバリア金属等とアモルファスシリコンとの反
応も防止できるため、製造工程が容易となる。
Further, according to this structure, even if the amorphous silicon is doped with impurities due to a decrease in R on , R off is not affected, and high R off and low R on characteristics can be realized. In particular, in the structure as shown in FIG. 3, the reaction between the upper electrode material itself or a part thereof, for example, a barrier metal or the like and amorphous silicon can be prevented, so that the manufacturing process becomes easy.

以上のことから、アンタイヒューズの形成やその応用と
して組み込まれるPLAやメモリ装置への適用が平易とな
り、全体のコスト低下に寄与する。
From the above, the formation of the anti-fuse and its application to the PLA and memory device incorporated as its application become easy and contribute to the reduction of the overall cost.

また、本発明は下部電極を半導体基板に形成した拡散領
域に代えて、半導体基板上方に形成した多結晶シリコン
等を用い、しかも酸化膜を多結晶シリコンとアモルファ
スシリコンとの間もしくはアモルファスシリコンと上部
電極との間またはその両方に設ければ前述の効果の他に
次のような効果を有するものである。
Further, in the present invention, the lower electrode is replaced with the diffusion region formed on the semiconductor substrate and polycrystalline silicon or the like formed on the semiconductor substrate is used, and the oxide film is formed between the polycrystalline silicon and the amorphous silicon or between the amorphous silicon and the upper portion. If provided between the electrodes or both of them, the following effects are obtained in addition to the above-mentioned effects.

つまりその酸化膜を熱酸化膜から形成する場合に半導体
基板に与える熱的影響を少なくでき、これにより半導体
素子を構成している基板中の拡散領域における不純物の
再分布が抑制できるので、信頼性の高い半導体装置が得
られるという効果があるのである。
In other words, when the oxide film is formed from a thermal oxide film, the thermal effect on the semiconductor substrate can be reduced, and this can suppress the redistribution of impurities in the diffusion region in the substrate that constitutes the semiconductor element, thus improving reliability. The advantage is that a high-performance semiconductor device can be obtained.

また、下部電極を基板に形成した不純物層に代えて、 基板上に絶縁膜を介して設けた多結晶シリコンとするこ
とにより次のような効果がある。
The following effects can be obtained by using polycrystalline silicon provided on the substrate with an insulating film in place of the impurity layer formed on the substrate as the lower electrode.

1.多結晶シリコン上の酸化レートは単結晶シリコンに較
べ速いため、低温で短時間処理が可能であり、下地トラ
ンジスター特性への影響を小さくできる。
1. Since the oxidation rate on polycrystalline silicon is faster than that on single crystal silicon, it can be processed at low temperature for a short time, and the effect on the underlying transistor characteristics can be reduced.

2.多結晶シリコン上に生長させた酸化膜は、単結晶シリ
コン上に生長させた膜に較べて破壊耐圧が低く、プログ
ラム電圧の増加を小さくすることができる。
2. The oxide film grown on polycrystalline silicon has a lower breakdown voltage than the film grown on single crystal silicon, and the increase in programming voltage can be reduced.

3.多結晶シリコン上に生長させた酸化膜は、単結晶シリ
コン上に生長させた膜に較べて結晶性が悪く、アモルフ
ァスシリコン膜の被膜に対して効果的である。結晶性が
よいとアモルファスシリコンが、酸化膜との界面に於い
て多結晶化する可能性がある。
3. The oxide film grown on polycrystalline silicon has poorer crystallinity than the film grown on single crystal silicon and is effective for the amorphous silicon film. If the crystallinity is good, amorphous silicon may be polycrystallized at the interface with the oxide film.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の半導体素子の一実施例を示す要部断
面図、第2図は従来の半導体素子の構造を示す断面説明
図、第3図はこの発明の他の実施例を示す要部断面図で
ある。第4図はこの発明の他の実施例を示す要部断面図
である。 図において、 101、102……シリコンの半導体基板 102、202……不純物拡散層 103、103a……層間絶縁膜 104、204……配線電極 105、205……アモルファスシリコン 106、206……上部電極 107……シリコン絶縁膜 108、108a……コンタクトホール 109……コンタクトホール 401……シリコン基板 402、403……絶縁膜 408……酸化シリコン絶縁膜 405……アモルファスシリコン 407……上部電極
FIG. 1 is a sectional view showing an essential part of an embodiment of a semiconductor device according to the present invention, FIG. 2 is a sectional explanatory view showing the structure of a conventional semiconductor device, and FIG. 3 is a view showing another embodiment of the present invention. FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of essential parts showing another embodiment of the present invention. In the figure, 101, 102 ... Silicon semiconductor substrate 102, 202 ... Impurity diffusion layer 103, 103a ... Interlayer insulating film 104, 204 ... Wiring electrode 105, 205 ... Amorphous silicon 106, 206 ... Upper electrode 107 ...... Silicon insulation film 108, 108a …… Contact hole 109 …… Contact hole 401 …… Silicon substrate 402,403 …… Insulation film 408 …… Silicon oxide insulation film 405 …… Amorphous silicon 407 …… Upper electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/10 491 7210−4M ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 27/10 491 7210-4M

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】下部電極を有する第1導電層と、上部電極
を有する第2導電層との間に電圧を印加して電流を流す
ことにより、高抵抗状態から低抵抗状態へ遷移するアン
タイ・ヒューズとして機能する、前記下部電極と前記上
部電極との間に形成された半導体素子の製造方法におい
て、 少なくとも前記下部電極上に層間絶縁膜を形成する工
程、 前記下部電極上の前記層間絶縁膜にコンタクトホールを
形成する工程、 前記コンタクトホール内部にシリコン絶縁膜を形成する
工程、 前記シリコン絶縁膜上方にアモルファスシリコン層を形
成する工程、 前記アモルファスシリコン層上方に前記上部電極を形成
する工程、 とを少なくとも有することを特徴とする半導体素子の製
造方法。
1. An anti-phase transition from a high resistance state to a low resistance state by applying a voltage between a first conductive layer having a lower electrode and a second conductive layer having an upper electrode to flow a current. In the method of manufacturing a semiconductor element that functions as a fuse and is formed between the lower electrode and the upper electrode, a step of forming an interlayer insulating film on at least the lower electrode, the interlayer insulating film on the lower electrode. A step of forming a contact hole, a step of forming a silicon insulating film inside the contact hole, a step of forming an amorphous silicon layer above the silicon insulating film, and a step of forming the upper electrode above the amorphous silicon layer. A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises at least a semiconductor device.
【請求項2】下部電極を有する第1導電層と、上部電極
を有する第2導電層との間に電圧を印加して電流を流す
ことにより、高抵抗状態から低抵抗状態へ遷移するアン
タイ・ヒューズとして機能する、前記下部電極と前記上
部電極との間に形成された半導体素子の製造方法におい
て、 少なくとも前記下部電極上に層間絶縁膜を形成する工
程、 前記下部電極上の前記層間絶縁膜にコンタクトホールを
形成する工程、 少なくとも前記コンタクトホールの内部にアモルファス
シリコン層を形成する工程、 前記アモルファスシリコン層上方にシリコン絶縁膜を形
成する工程、 前記シリコン絶縁膜上方に前記上部電極を形成する工
程、 とを少なくとも有することを特徴とする半導体素子の製
造方法。
2. An anti-phase transition from a high resistance state to a low resistance state by applying a voltage between a first conductive layer having a lower electrode and a second conductive layer having an upper electrode to flow a current. In the method of manufacturing a semiconductor element that functions as a fuse and is formed between the lower electrode and the upper electrode, a step of forming an interlayer insulating film on at least the lower electrode, the interlayer insulating film on the lower electrode. A step of forming a contact hole, a step of forming an amorphous silicon layer at least inside the contact hole, a step of forming a silicon insulating film above the amorphous silicon layer, a step of forming the upper electrode above the silicon insulating film, A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項3】前記シリコン絶縁膜の膜厚を50Å〜100Å
の厚さに形成することを特徴とする特許請求の範囲第1
項または第2項に記載の半導体素子の製造方法。
3. The thickness of the silicon insulating film is 50Å to 100Å
Claim 1 characterized in that it is formed to a thickness of
Item 2. A method for manufacturing a semiconductor element according to Item 2 or Item 2.
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