KR100599431B1 - 반도체 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소형화 및 고집적화 소자에서 금속배선과 비트라인과의 콘택 마진을 향상시킬 수 있는 반도체 소자 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 기판 상에 형성되며 내부 연결선이 콘택될 패드부를 포함하는 비트라인, 상기 비트라인을 포함하는 기판 전체구조 상에 형성되고, 상기 패드부가 드러나도록 오픈부를 갖는 제1절연막, 상기 제1절연막 상에 패턴되며 상기 제1절연막의 오픈부 내에 매립되어 상기 비트라인의 패드부와 연결되는 중간패드와, 상기 중간패드로부터 소정 거리를 두고 상기 제1절연막 상에 형성된 커패시터의 플레이트전극을 각각 구성하는 도전막, 상기 도전막을 포함하는 기판 상에 형성되며, 상기 중간패드의 일부가 드러나도록 오픈부를 갖는 제2절연막, 및 상기 중간패드와 연결되도록 상기 제2절연막의 오픈부 내에 매립되어 상기 내부연결선을 구성하는 금속막을 포함하는 반도체 소자 및 그의 제조 방법을 제공함으로써, 금속배선과 비트라인 간에 여유있는 콘택 형성이 가능하게 되어 콘택저항을 감소시키고 금속배선 공정의 안정성을 향상시킬 수 있다.
콘택, 비트라인, 중간패드, 플레이트전극
Description
도 1은 금속배선과의 콘택이 형성될 비트라인 패드를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 소자 단면도.
도 3은 콘택 형성이 실패한 부분의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 소자의 단면도.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조 공정을 나타낸 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 반도체 기판 11a, 11b: 비트라인
12: 비트라인 패드 13: 제1절연막
14a, 14b: 오픈부 16: 중간패드
17: 제2절연막 18: 금속배선
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 제조 공정 중 비트라인에 내부연결배선을 콘택하는 방법에 관한 것이다.
금속 콘택 형성 공정은 다층화된 반도체 소자를 제조하기 위해서는 필수적으로 도입되는 기술로서, 상/하부 전도층 간의 수직배선의 근간이 된다. 한편, 집적회로의 발달에 따라 단위 면적(cm2)당 수백만 개의 트랜지스터를 포함할 수 있을 정도로 소자 밀도가 증가되었다. 소자의 집적도가 높아질수록 단위 셀의 크기가 작아지며, 이에 따라 전원을 공급하는 배선과 전원을 공급받는 노드를 연결하는 콘택의 크기 역시 작아지게 된다. 하지만, 소자가 요구하는 신호의 응답 속도의 기대치는 직접도가 향상된 만큼 증가되며, 이에 따라 작아진 콘택의 크기에 대해서도 콘택저항은 임계치 이하의 값을 요구하게 된다. 따라서, 금속 콘택 형성 공정의 난이도와 중요성이 증대되고 있다.
최근 DRAM 소자의 크기가 작아지면서 비트라인(bit line)에 전원을 공급하기 위한 금속배선 콘택의 크기도 그만큼 작아졌다. 특히, 도 1에 도시된 바와 같이 특정한 지역에서는 콘택의 크기 뿐만 아니라 비트라인에 전원을 전달하기 위한 비트라인 패드의 크기도 이웃하고 있는 비트라인 배선에 의해 제약을 받아 그 크기를 확대하기가 어려워져 금속배선과의 콘택 노드의 크기를 확대하는 것이 더욱 어려워졌다.
도 2는 이에 대한 소자 단면도를 도시하고 있는바, 기판상에 패드부(2)를 포함하는 비트라인(1a, 1b)이 미세한 간격으로 패턴되어 있고, 이에 따라 패드부(2)가 면적 제약을 받아 작은 크기로 형성되면서, 콘택(4) 사이즈 또한 제약을 받고 있음을 알 수 있다(도면부호 "A" 참조). 또한, 소자의 집적도가 높아짐에 따라 단위 셀의 크기가 작아질 때, 셀당 전하저장용량이 이전의 소자와 동일하거나 그 이상인 소자를 제조하기 위해서는 커패시터의 높이가 높아져야 하며, 이에 의한 층간절연막(3)의 두께가 두꺼워져 결국 콘택의 깊이 또한 커지게 된다. 이러한 이유로 상기 언급한 바와 같이 제한된 작은 크기의 비트라인 패드에 금속배선의 콘택을 형성하는 것은 더욱 어려워지고 있다.
도 3은 이러한 제한된 크기의 콘택 크기와 높은 층간절연막이 적용된 소자에서 콘택의 형성이 실패한 부분을 국부적으로 관찰한 단면을 보여주고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 소형화 및 고집적화 소자에서 금속배선과 비트라인과의 콘택 마진을 향상시킬 수 있는 반도체 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 기판 상에 형성되며 내부 연결선이 콘택될 패드부를 포함하는 비트라인, 상기 비트라인을 포함하는 기판 전체구조 상에 형성되고, 상기 패드부가 드러나도록 오픈부를 갖는 제1절연막, 상기 제1절연막 상에 패턴되며 상기 제1절연막의 오픈부 내에 매립되어 상기 비트라인의 패드부와 연결되는 중간패드와, 상기 중간패드로부터 소정 거리를 두고 상기 제1절연막 상에 형성된 커패시터의 플레이트전극을 각각 구성하는 도전막, 상기 도전막을 포함하는 기판 상에 형성되며, 상기 중간패드의 일부가 드러나도록 오픈부를 갖는 제2절연막, 및 상기 중간패드와 연결되도록 상기 제2절연막의 오픈부 내에 매립되어 상기 내부연결선을 구성하는 금속막을 포함하는 반도체 소자를 제공한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 기판 상에 내부연결선이 콘택될 패드부를 포함하는 비트라인을 형성하는 단계; 상기 비트라인을 포함하는 기판 전체구조 상에 상기 패드부가 드러나도록 오픈부를 갖는 제1절연막을 형성하는 단계; 상기 제1절연막의 오픈부 내에 매립되는 중간패드와 상기 제1절연막 상부에 패턴되는 커패시터의 플레이트전극을 동일한 도전막을 사용하여 각각 형성하는 단계; 상기 도전막을 포함하는 기판 상에 상기 중간패드가 드러나도록 오픈부를 갖는 제2절연막을 형성하는 단계; 및 상기 제2절연막의 오픈부 내에 매립되어 상기 내부연결선을 구성하는 금속막을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 비트라인 패드 상에 커패시터의 플레이트전극용 도전층으로 중간패드를 형성하고 이 중간패드에 금속배선을 콘택함으로써, 금속배선과 비트라인 간에 여유있는 콘택 형성이 가능하게 되어 콘택저항을 감소시키고 금속배선 공정의 안정성을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명은 DRAM의 크기가 줄어들면서 작은 셀 크기에 임계 크기 이상 의 전하저장용량을 확보하기 위해 과거 커패시터의 플레이트전극으로서 도핑된 폴리실리콘을 사용하던 것에서 금속을 사용하고 있는 데에 착안하여, 금속배선과 비트라인을 직접(direct) 콘택하지 않고 커패시터의 플레이트전극으로 사용되는 금속을 중간패드로 사용한다. 따라서, 본 발명은 기존의 장비를 활용하여 비트라인 패드와 금속배선을 연결할 수 있어 반도체 제조 비용을 절감할 수 있다는 장점도 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 소자를 나타낸 단면도이다.
도 4를 참조하면, 기판(10) 상에 내부연결선이 콘택될 패드부(12)를 포함하는 비트라인(11a, 11b)이 배치되어 있다.
비트라인(11a, 11b)을 포함하는 기판의 전체구조 상에 패드부(12)가 드러나도록 오픈부(14a)를 갖는 제1절연막(13)이 배치되어 있다.
제1절연막(13) 상에 패턴되며, 제1절연막(13)의 오픈부(14a) 내에 매립되는 중간패드(16)와 커패시터의 플레이트전극(20)을 각각 구성하는 도전막이 배치되어 있다. 도전막은 금속으로 이루어져 있으며, 이에 따라 중간패드(16) 및 플레이트전극(20)은 도전성을 갖는다. 중간패드(16)는 제1절연막(13)의 오픈부(14a)내에 매립됨과 동시에 제1절연막의 상부로 확장되어 형성된다. 평면적으로, 중간패드는 DRAM 소자의 주변회로를 구성하는 기판의 영역에 형성되고 플레이트전극은 DRAM 소자의 셀을 구성하는 기판의 영역에 각각 패턴된다.
도전막을 포함하는 기판(10) 상에, 중간패드(16)가 드러나도록 오픈부(14b)를 갖는 제2절연막(17)이 배치되어 있다. 제2절연막(17)의 오픈부(14b)는 제1절연막(13)의 오픈부(14a) 보다 큰 사이즈로 형성된다.
제2절연막(17)의 오픈부(14b) 내에 매립되어 내부연결선을 구성하는 금속막(18)이 배치되어 있다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법의 일련의 공정 단면도이다.
본 실시예에 따르면, 우선 도 5a에 도시된 바와 같이, 일반적인 소자의 제작 공정에 따라 반도체 기판(10) 상부에 패드(12)를 포함하는 비트라인(11a, 11b)을 형성하고, 결과물의 전체구조 상에 제1절연막(13)을 형성한다.
그 다음, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1절연막(13)을 선택적으로 식각하여 비트라인 패드(12)가 드러나는 오픈부(14a)를 형성한다.
그 다음, 도 5c에 도시된 바와 같이, 커패시터의 플레이트전극용 금속 박막을 증착하고 패터닝하여 제1절연막(13)의 오픈부(14a)를 매립하는 중간패드(16)를 형성함과 동시에 커패시터의 플레이트전극(20)을 형성한다.
그 다음, 도 5d에 도시된 바와 같이, 중간패드(16)를 포함하는 기판의 전체구조 상에 제2절연막(17)을 형성한다.
그 다음, 도 5e에 도시된 바와 같이, 제2절연막(17)을 선택적으로 식각하여 중간패드(16)와 금속배선과의 연결홀인 오픈부(14b)를 형성한다. 이때, 오픈부 (14b)의 크기는 설계가 허용하는 범위내에서 가급적 큰 크기로 형성한다.
그 다음, 도 5f에 도시된 바와 같이, 오픈부(14b)를 매립하면서 제2절연막 위에 금속층을 증착한 후 패터닝하여 금속배선(18)을 형성한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 본 발명은 비트라인 패드 상에 커패시터의 플레이트전극용 도전층으로 중간패드를 형성하고 이 중간패드에 금속배선을 콘택함으로써, 금속배선과 비트라인 간에 여유있는 콘택 형성이 가능하게 되어 콘택저항을 감소시키고 금속배선 공정의 안정성을 향상시킬 수 있다.
Claims (9)
- 기판 상에 형성되며 내부 연결선이 콘택될 패드부를 포함하는 비트라인;상기 비트라인을 포함하는 기판 전체구조 상에 형성되고, 상기 패드부가 드러나도록 오픈부를 갖는 제1절연막;상기 제1절연막 상에 패턴되며 상기 제1절연막의 오픈부 내에 매립되어 상기 비트라인의 패드부와 연결되는 중간패드와, 상기 중간패드로부터 소정 거리를 두고 상기 제1절연막 상에 형성된 커패시터의 플레이트전극을 각각 구성하는 도전막;상기 도전막을 포함하는 기판 상에 형성되며, 상기 중간패드의 일부가 드러나도록 오픈부를 갖는 제2절연막; 및상기 중간패드와 연결되도록 상기 제2절연막의 오픈부 내에 매립되어 상기 내부연결선을 구성하는 금속막을 포함하는 반도체 소자.
- 제1항에 있어서,상기 도전막은 금속인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 중간패드는 상기 제1절연막의 오픈부내에 매립되면서 상기 제1절연막 상부로 확장되어 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제3항 있어서,상기 제2절연막의 오픈부는 상기 제1절연막의 오픈부 보다 큰 사이즈로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,평면적으로, 상기 중간패드는 DRAM 소자의 주변회로를 구성하는 기판의 영역에 형성되고 상기 플레이트전극은 상기 DRAM소자의 셀을 구성하는 기판의 영역에 각각 패턴되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 기판 상에 내부연결선이 콘택될 패드부를 포함하는 비트라인을 형성하는 단계;상기 비트라인을 포함하는 기판 전체구조 상에 상기 패드부가 드러나도록 오픈부를 갖는 제1절연막을 형성하는 단계;상기 제1절연막의 오픈부 내에 매립되는 중간패드와 상기 제1절연막 상부에 패턴되는 커패시터의 플레이트전극을 동일한 도전막을 사용하여 각각 형성하는 단계;상기 도전막을 포함하는 기판 상에 상기 중간패드가 드러나도록 오픈부를 갖 는 제2절연막을 형성하는 단계; 및상기 제2절연막의 오픈부 내에 매립되어 상기 내부연결선을 구성하는 금속막을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조 방법.
- 제6항에 있어서,상기 도전막으로 금속을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.
- 제6항 또는 제7항에 있어서,상기 중간패드는 상기 제1절연막의 오픈부내에 매립되면서 상기 제1절연막 상부로 확장하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.
- 제8항 있어서,상기 제2절연막의 오픈부를 상기 제1절연막의 오픈부 보다 큰 사이즈로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.
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