KR100236076B1 - 반도체소자의 배선형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 두 금속간을 연결하는 배선공정에 있어서 연결하고자 하는 금속들간의 사이에 레이저빔을 이용하여 결합력이 우수한 전도성물질을 형성하는데 적당한 반도체소자의 배선형성방법에 관한 것으로서 반도체기판상에 복수개의 금속라인들을 형성하는 공정과, 상기 금속라인을 포함한 전면에 제 1 전도성물질을 증착하는 공정과, 서로 연결시키고자 하는 금속라인들 사이의 제 1 전도성물질에 레이저빔을 조사하여 제 2 전도성물질을 형성하는 공정과, 상기 제 2 전도성물질 이외의 제 1 전도성물질을 제거하는 공정을 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 반도체소자에 관한 것으로 특히, 게이트 어레이(Gate Array)형성시 TAT(Turn Around Time)단축 및 새로이 추가되는 마스크없이 공정을 간략화하는데 적당한 반도체소자의 배선형성방법에 관한 것이다.
일반적으로 게이트 어레이의 동작은 병렬적으로 나열된 복수개의 게이트들을 배선을 통해 선택적으로 연결하여 동작시키는 것이다.
배선을 어떻게 연결하느냐에 따라 어떠한 소자로서 동작할 것인지가 결정된다.
즉, 기존의 스텐다드(standard)셀과 비교할 경우 기존의 스텐다드 셀은 소자 및 배선구조을 미리 결정하여 칩을 제조하는 방식인 반면에 게이트 어레이는 병렬적으로 연결할 수 있는 게이트 및 소자를 미리 형성한 다음 칩(chip)을 장착할 제품의 사향에 맞추어 배선을 결정하는 방식이다.
이하, 종래 반도체소자의 배선형성방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 종래기술에 따른 반도체소자의 배선형성방법은 미리 소자공정까지 완료한 후 커스터머(customer)의 요구가 있을 때까지 이후의 모든 공정은 대기상태가 된다.
즉, 소자공정을 완료하고 소자와 배선을 연결해주는 콘택홀 형성전에 서로 다른 배선 레이아웃을 갖는 커스터머들의 요구에 대응하기 위해 일단 공정진행을 중단한 다음 커스터머들의 요구를 기다리게 된다.
그러므로 최종적으로 공정을 중단하는 시점은 소자공정 후 층간절연막 형성 이후부터이다.
이와같은 종래 반도체소자의 배선형성방법을 도 1a 내지 1d에 나타내었다.
도 1a 내지 1d는 종래 제 1 실시예에 따른 반도체소자의 배선형성방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
도 1a에 도시한 바와같이 웨이퍼(11)상에 제 1 금속층을 형성한 후 제 1 금속층위에 도면에는 도시하지 않았지만 포토레지스트를 도포한다.
노광 및 현상공정으로 포토레지스트를 패터닝한 후 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 이용하여 제 1 금속층을 선택적으로 제거함으로써 복수개의 제 1 금속배선(13)들을 형성한다.
도 1b에 도시한 바와같이 제 1 금속배선(13)들을 포함한 웨이퍼(11)전면에 제 1 층간절연층(15)을 형성한다.
상기의 공정이 완료되었으면 공정을 중단하고 커스터머의 요구를 기다렸다가 커스터머로부터 제공된 배선 레이아웃에 따라 상기 제 1 층간절연층(15)을 선택적으로 제거한다.
즉, 복수개의 제 1 금속배선(13)들중 임의의 제 1 금속배선(13)의 표면이 노출되도록 제 1 층간절연층(15)을 선택적으로 제거한다.
여기서 임의의 제 1 금속배선이라함은 커스터머의 요구를 만족시키기 위한 배선형성에 요구되는 금속배선을 말한다.
노출된 제 1 금속배선(13)을 포함한 전면에 제 1 텅스텐(17)을 증착한 후 에치백한다.
이어, 도 1c에 도시한 바와같이 제 1 텅스텐(17) 및 제 1 층간절연층(15)을 포함한 전면에 제 2 금속층을 형성한 후 이를 선택적으로 제거하여 제 2 금속배선(19)들을 형성한다.
이때 제 2 금속배선(19)들중 어느하나와 상기 임의의 제 1 금속배선(13)과는 제 1 텅스텐(17)에 의해 서로 전기적으로 연결된다.
도 1d에 도시한 바와같이 제 2 금속배선(19)들을 포함한 전면에 제 2 층간절연층(21)을 형성한다.
그리고 제 2 금속배선(19)들중 어느하나의 제 2 금속배선(19)의 표면이 노출되도록 제 2 층간절연층(21)을 선택적으로 제거한다.
이때에도 커스터머의 요구에 따라 어느하나의 제 2 금속배선(19)을 선택한다.
이후 노출된 제 2 금속배선(19) 및 제 2 층간절연층(21)을 포함한 전면에 제 2 텅스텐(23)을 증착한 후 에치백한다.
이와같은 공정을 반복함으로써 다층의 금속배선공정을 수행하게 된다.
한편 도 2는 종래 제 2 실시예에 따른 반도체소자의 배선형성방법을 나나탠 거승로서 이는 미국 Light speed 사에서 제시한 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 나타낸 것이다.
도 2에 도시한 바와같이 Light speed 사에서 제시한 방법은 배선공정을 수행함에 있어서 두 금속간을 레이저빔을 이용하여 직접 연결시키는 방법이다.
즉, 하부 금속라인(31)과 그 상부에 층간절연층(도면에 도시하지 않음)을 개재하여 형성된 상부의 금속라인(33)을 전기적으로 연결시키기 위해 비아콘택홀(35)을 형성한다.
그리고 배선공정시 비아콘택홀(35)과 연결된 금속(37)과 상기 상부의 금속라인(33)을 연결한다.
이때 두 금속(33,37)이 연결될 부위(점선으로 표시)에 레이저빔을 조사하여 두 금속(33,37)을 직접 연결시킨다.
이는 종래 제 1 실시예에 비해 금속 패터닝까지 완료한 후 레이저를 이용한 배선공정을 통해 TAT를 단축시키고자 하였다.
이와같이 구성된 종래 반도체소자의 금속배선 형성방법은 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 종래 제 1 실시예에 따르면 소자공정이 완료된 이후 커스터머의 요구가 있을때까지는 이후의 공정을 진행할 수 없기 때문에 최초공정에서부터 하나의 칩(chip)으로 완성되기까지 걸리는 시간(TAT)이 많이 소요된다.
둘째, 종래 제 2 실시예에 따르면 금속과 금속을 직접 연결시킴으로써 두 금속간의 접촉이 불량하여 소자의 신뢰성을 저하시킨다.
셋째, 종래 제 1 실시예에 따르면 7∼12V에서 프로그램이 이루어지므로 0.5㎛이하 즉, 0.35㎛, 0.25㎛ 등의 미세선폭을 갖는 소자에서는 고전압에 의한 정션 브렉다운(Junction Breakdown)이 생겨 0.5㎛이하에서는 FPGA 칩(chip)으로 사용할 수가 없다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서 TAT를 단축시키고 소자의 신뢰성을 향상시킴과 동시에 미세선폭의 소자에서도 FPGA를 적용할 수 있는 반도체소자의 배선형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 내지 1d는 종래 제 1 실시예에 따른 반도체소자 배선형성방법을 설명하기 위한 공정단면도
도 2는 종래 제 2 실시예에 따른 반도체소자 배선형성방법을 설명하기 위한 레이아웃도
도 3은 본 발명에 따른 반도체소자의 배선구조를 도시한 평면도
도 4a 내지 4d는 본 발명의 반도체소자 배선형성방법을 설명하기 위한 공정레이아웃의 공정도
도 5는 본 발명의 반도체소자의 배선구조에 따른 다른실시예를 도시한 평면도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
17,23 : 제 1, 제 2 텅스텐 35 : 비아콘택홀
41 : 웨이퍼 43 : 금속라인
45 : 제 1 전도성물질 45a : 제 2 전도성물질
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체소자 배선형성방법은 반도체기판상에 복수개의 금속라인들을 형성하는 공정과, 상기 금속라인을 포함한 전면에 실리사이드화가 가능한 제 1 물질을 증착하는 공정과, 금속라인들이 서로 연결될 부위에 상응하는 제 1 물질에 레이저빔을 조사하여 전도성물질을 형성하는 공정과, 상기 전도성물질 이외의 제 1 물질을 제거하는 공정을 포함하여 이루어진다.
이하, 본 발명의 반도체소자 배선형성방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 반도체소자의 배선구조를 도시한 평면도이다.
도 3에 도시한 바와같이 일측이 굴곡진 패턴을 갖고 형성된 제 1 금속라인(43)과, 상기 제 1 금속라인(43)의 굴곡진부분에서 동일한 굴곡을 갖고 대칭적으로 형성된 제 2 금속라인(43a)과, 상기 제 1, 제 2 금속라인(43,43a)들의 굴곡진 부분에서 두 금속라인(43,43a)들을 전기적으로 연결시키는 실리사이드(45a)를 포함하여 구성된다.
상기의 구조를 갖는 본 발명의 반도체소자의 배선형성방법은 다음과 같다.
도 4a 내지 4d는 본 발명의 반도체소자 배선형성방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
도 4a에 도시한 바와같이 반도체기판(41)상에 금속을 증착한다.
여기서 금속으로서는 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 티타늄 나이트라이드(TiN), 그리고 티타늄 텅스텐(TiW)중 어느하나를 사용한다.
금속을 포함한 웨이퍼(41)전면에 포토레지스트(도면에 도시하지 않음)를 도포한 후 노광 및 현상공정을 이용하여 상기 포토레지스트를 패터닝한다.
패터닝된 포토레지스트를 마스크로 이용한 식각공정을 통해 금속을 선택적으로 제거하여 복수개의 금속라인(43)들을 형성한다.
이때 상기 금속라인(43)들을 패터닝함에 있어서, 두 금속간의 전기전도도를 극대화시키기 위해 디자인한다.
즉, 도 3에 도시한 바와같이 각각의 금속라인(43,43a)들의 일측을 굴곡지게 패터닝한 후 굴곡진 부분에서 서로 마주보도록 형성하면, 두 금속이 전체적으로 서로 평행하게 패터닝되었을 때보다 두 금속간의 전기전도도를 향상시킬 수 있다.
한편, 도 5는 이와같이 전기전도도를 향상시키기 위한 금속간의 패터닝형태를 보여주는 다른 실시예를 도시하였다.
도 5에 도시한 바와같이 제 1 금속라인(43)과 제 2 금속라인(43a)이 서로 접촉되는 부분에서 요철모양을 갖도록 패터닝하고 상기 제 1 금속라인(43)과 제 2 금속라인(43a)의 접촉부분에 실리사이드를 형성한 것이다.
이후, 금속라인(43,43a)들이 형성되었으면 커스터머의 요구에 부응하여 배선공정을 수행한다.
상기의 배선공정은 다음과 같이 이루어진다.
즉, 도 3b에 도시한 바와같이 복수개의 금속라인(43,43a)들을 포함한 반도체기판(41)전면에 실리사이드화가 가능한 제 1 물질(45)을 증착한다.
여기서, 상기 실리사이드화가 가능한 물질(45)이란, 넓은 의미에서는 안티퓨즈용 물질을 포함한다.
일반적으로 퓨즈는 외부적인 신호에 의해 두 금속간의 전기적 연결을 단절시키는 역할을 하지만 안티퓨즈는 외부적인 신호에 의해 두 금속을 서로 연결시키는 역할을 한다.
이러한 의미에서 안티퓨즈용 물질은 실리사이드화가 가능한 물질을 포함한다.
이어서, 금속라인(43,43a)들중 서로 연결시키고자 하는 부위에 상응하는 제 1 물질(45)을 선택적으로 노출시킨다.
여기서 상기 제 1 물질(45)로서는 a-실리콘(비정질 실리콘) 또는 폴리실리콘중 어느하나를 사용한다.
이어, 노출된 제 1 물질(45)에 레이저빔을 조사한다.
본 발명의 일실시예로서 ESIN9300(장비명)에서 레이저의 에너지를 3.0μJ, 스팟 사이즈를 2.5∼6.5㎛(직경기준)로 조절하여 레이저빔을 조사한다.
따라서 레이저빔이 제 1 물질(45)에 조사됨에 따라 상기 제 1 물질)45)은 상기 금속라인(43)들과 반응하여 도 3c에 도시한 바와같이 전도성물질(45a)이 형성된다.
여기서 전도성물질(45a)은 실리사이드(silicide)이며 면적은 약 4.5×4.5㎛2이다.
이러한 실리사이드는 직접 레이저빔을 이용하여 금속과 금속을 접촉시킬 때보다 두 금속간의 결합력을 향상시킨다.
이어서, 도 3d에 도시한 바와같이 레이저빔이 조사됨에 따라 형성된 전도성물질(45a)을 제외한 제 1 물질(45)을 제거하면 본 발명의 반도체소자 배선공정이 완료된다.
이상 상술한 바와같은 본 발명의 반도체소자 배선형성방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 배선공정에 소요되는 시간을 단축시키므로 전체적으로 TAT를 단축시킨다.
둘째, 커스터머들이 요구할 때마다 각각의 마스크를 형성하지 않아도 되므로 마스크비용을 절감시킨다.
셋째, 연결시키고자 하는 금속과 금속사이에 결합력이 우수한 실리사이드층을 형성하므로 금속들이 오픈(open)될 염려가 없으므로 소자의 신뢰성을 향상시킨다.
넷째, 전원을 공급하여 금속간을 연결하는 것이 아니라 레이저빔을 이용하는 것이므로 미세선폭을 갖는 소자에서도 FPGA를 적용할 수 있다.
Claims (3)
- 웨이퍼상에 복수개의 금속라인들을 형성하는 공정과,상기 금속라인을 포함한 웨이퍼 전면에 실리사이드화가 가능한 제 1 물질을 증착하는 공정과,금속라인들이 서로 연결될 부위에 상응하는 제 1 물질에 레이저빔을 조사하여 금속라인들을 서로 연결시키는 전도성물질을 형성하는 공정과,상기 전도성물질 이외의 제 1 물질을 제거하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 배선형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 물질은 α-실리콘 또는 폴리실리콘중 어느하나 인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 배선형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속라인들의 물질은 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 티타늄 나이트라이드(TiN), 티타늄 텅스텐(TiW)중 어느하나 인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 배선형성방법.
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