KR20080012462A - Semiconductor device having guardring with pn diode and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래기술에 따른 반도체소자의 제조방법을 설명하기 위한 평면도이다.1 is a plan view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.
도 2 및 도 3은 종래기술에 따른 반도체소자의 제조방법을 설명하기 위해 도 1의 절단선 I-I'에 따른 단면도들이다.2 and 3 are cross-sectional views taken along the line II ′ of FIG. 1 to explain a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체소자의 제조방법을 설명하기 위한 평면도이다.4 is a plan view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with embodiments of the present invention.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체소자의 제조방법을 설명하기 위해 도 4의 절단선 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도들이다. 5 through 8 are cross-sectional views taken along line II-II ′ of FIG. 4 to explain a method of manufacturing a semiconductor device according to example embodiments.
본 발명은 반도체 소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 PN 다이오드를 구비한 가아드링을 갖는 반도체 소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
반도체 공정은 웨이퍼 상에 수십 내지 수백개의 칩들(chips)을 형성한 후, 상기 칩들을 각각의 낱개로 자르는 스크라이브 공정이 포함된다. 상기 스크라이브 공정을 진행하는 동안, 완성된 칩들 내부로 외부충격 및 수분 침투 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 스크라이브 공정 중에 발생하는 외부 충격 및 수분 침투 현상 등을 방지하기 위해 상기 칩을 형성하는 공정과 동시에 상기 칩들의 각각의 둘레에 칩 가아드링(guardring)을 형성한다. The semiconductor process includes a scribe process in which tens or hundreds of chips are formed on a wafer, and then the chips are individually cut. During the scribing process, external impact and moisture penetration may occur inside the completed chips. Accordingly, chip guarding is formed around each of the chips at the same time as the chip forming process in order to prevent external impact and moisture penetration phenomenon occurring during the scribing process.
일반적으로 상기 칩 가아드링은 칩 내부의 콘택들, 비트라인 및 금속배선들을 형성할 때, 동시에 형성되므로, 도전 물질들로 형성된다. 또한, 상기 칩 가아드링은 상기 칩 둘레를 감싸도록 형성되어 상기 칩을 사방에서 보호하게 되는 구조를 갖는다.In general, the chip guard ring is formed of conductive materials since the chip guard ring is formed at the same time when forming the contacts, the bit line and the metal wires inside the chip. In addition, the chip guard ring is formed to surround the chip has a structure to protect the chip from all directions.
한편, 상기 반도체 공정은 상기 비트라인 및 금속배선들을 형성하기 위해 도전막 또는 금속막을 형성한 후, 상기 도전막 또는 금속막을 식각하는 공정을 포함한다. 이때, 미세한 패턴도 정확하게 식각할 수 있는 플라즈마 식각이 주로 사용된다. 예를 들어, 상기 플라즈마 식각은 RIE(reactive ion etching) 공정 일 수 있다. 이러한 플라즈마 식각은 평판형 식각챔버에 식각하고자 하는 소정의 막이 형성된 웨이퍼를 위치시키고, 산소나 불소원자를 포함하는 식각제(Etchant)를 공급하면서 고주파에너지를 공급하여 이 고주파에너지에 의하여 산소나 불소원자를 포함하는 식각제를 이온화시켜 이온화된 산소원자 또는 불소원자가 웨이퍼 표면의 막과 반응되도록 하여 식각해 내는 방법으로서 당해 기술분야에서 숙련된 자에게는 용이하게 이해될 수 있을 정도로 공지된 것이다. 이때의 반응생성물들은 거의 대부분이 기체 상으로 생성되며, 이는 진공배기 등에 의하여 간단하게 제거되므로 식각 후의 웨이퍼를 깨끗한 상태로 유지할 수 있어 널리 사용되고 있다.Meanwhile, the semiconductor process includes forming a conductive film or a metal film to form the bit lines and metal wires, and then etching the conductive film or the metal film. In this case, plasma etching, which can accurately etch fine patterns, is mainly used. For example, the plasma etching may be a reactive ion etching (RIE) process. Plasma etching is performed by placing a wafer on which a predetermined film to be etched is formed in a flat etching chamber, and supplying high frequency energy while supplying an etchant including oxygen or fluorine atoms. A method of ionizing an etchant comprising an ion and reacting the ionized oxygen atom or fluorine atom with the film on the surface of the wafer to be etched will be well known to those skilled in the art. At this time, almost all reaction products are generated in the gas phase, which is easily removed by vacuum exhaust, and thus, the wafer after etching can be kept in a clean state.
그러나, 반도체소자의 제조공정에서 플라즈마를 이용한 식각공정에서는 노출된 웨이퍼 표면에는 다량의 전하를 포함한 반응생성물이 축적하게 된다. 이러한 반응생성물은 진공배기 등을 통해 어느 정도는 제거가 가능하다. 그러나, 이러한 반응생성물 중 대부분의 다량의 전하들은 전도성이 있는 도전패턴 부근에 트랩되어 전하가 축적되는 차지-업(charge-up)현상이 발생한다. 이렇게 되면, 상기 축적된 전하는 디스차지(discharge)되면서 게이트 산화막과 같은 얇은 산화막을 손상시키는 플라즈마 데미지 현상을 발생시킬 수 있다. 따라서, 상기 플라즈마 데미지 현상을 방지하기 위해 상기 칩영역 내에 안테나 다이오드를 구비할 수 있다. However, in the etching process using plasma in the semiconductor device manufacturing process, reaction products including a large amount of charge accumulate on the exposed wafer surface. Such reaction products can be removed to some extent through vacuum exhaust. However, a large amount of charges in these reaction products are trapped in the vicinity of the conducting conductive pattern, the charge-up phenomenon that accumulates the charge occurs. In this case, the accumulated charge may be discharged to generate a plasma damage phenomenon that damages a thin oxide film such as a gate oxide film. Therefore, an antenna diode may be provided in the chip area to prevent the plasma damage phenomenon.
도 1은 종래기술에 따른 반도체소자의 제조방법을 설명하기 위한 평면도이며, 도 2 및 도 3은 종래기술에 따른 반도체소자의 제조방법을 설명하기 위해 도 1의 절단선 I-I'에 따른 단면도들이다.1 is a plan view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art, and FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views taken along the cutting line I-I 'of FIG. admit.
도 1 및 도 2를 참조하면, 칩영역(CR0) 및 상기 칩영역(CR0)을 둘러싸는 가아드링 영역(GR0)을 구비하는 반도체 기판(100)을 준비한다. 상기 칩영역(CR0) 및 상기 가아드링 영역(GR0) 내의 상기 반도체 기판(100) 내에 p웰 영역(105)을 형성한다. 상기 가아드링 영역(GR0) 내의 상기 p웰 영역(105) 상부에 p+영역(115)을 형성한다. 또한, 상기 칩영역(CR0) 내의 상기 p웰 영역(105) 상부에 n+영역(110)을 형성하여 안테나 다이오드(AD0)를 형성한다. 1 and 2, a
이어, 상기 칩영역(CR0)의 상기 반도체 기판(100) 상에 게이트들(120)을 형 성한다. 상기 게이트들(120)은 각각 차례로 적층된 게이트 절연막(120a) 및 게이트 전극(120b)으로 형성할 수 있다. 상기 게이트들(120)을 갖는 반도체 기판 상에 상기 게이트들(120)을 덮는 제 1 층간절연막(125)을 형성한다. 상기 제 1 층간절연막(125)을 관통하여 칩영역(CR0)의 상기 반도체 기판(100) 및 상기 게이트들(120)과 접촉하는 직접콘택들(127a)을 형성한다. 또한, 이와 동시에 상기 가아드링 영역(GR0)의 상기 p+영역(115)과 접촉하는 제 1 콘택(127b)을 형성한다. Subsequently,
상기 제 1 층간절연막(125) 상에 상기 직접콘택들(127a) 및 상기 제 1 콘택(127b)을 각각 덮는 비트라인(130a) 및 제 1 도전패턴(130b)을 형성한다. 이어, 상기 비트라인(130a) 및 상기 제 1 도전패턴(130b)을 덮는 제 2 층간절연막(135)을 형성한다. 상기 제 2 층간절연막(135)을 관통하여 상기 비트라인(130a) 및 상기 제 1 도전패턴(130b)과 각각 접촉하는 금속콘택(137a) 및 제 2 콘택(137b)을 형성한다. 상기 제 2 층간절연막(135) 상에 금속콘택(137a) 및 상기 제 2 콘택(137b)을 각각 덮는 제 1 금속배선(140a) 및 제 2 도전패턴(140b)을 형성한다. A
이어, 상기 제 1 금속배선(140a) 및 상기 제 2 도전패턴(140b)을 덮는 제 3 층간절연막(145)을 형성한다. 상기 제 3 층간절연막(145)을 관통하여 상기 제 1 금속배선(140a) 및 상기 제 2 도전패턴(140b)과 각각 접촉하는 제 1 비아콘택(147a) 및 제 3 콘택(147b)을 형성한다. 상기 제 3 층간절연막(145) 상에 상기 제 1 비아콘택(147a) 및 제 3 콘택(147b)을 각각 덮는 제 2 금속배선(150a) 및 제 3 도전패턴(150b)을 형성할 수 있다. Next, a third interlayer
또한, 상기 제 2 금속배선(150a) 및 제 3 도전패턴(150b)을 덮는 제 4 층간 절연막(155)을 형성한다. 상기 제 4 층간절연막(155)을 관통하여 상기 제 2 금속배선(150a) 및 제 3 도전패턴(150b)과 각각 접촉하는 제 2 비아콘택(157a) 및 제 4 콘택(157b)을 형성한다. 상기 제 4 층간절연막(155) 상에 상기 제 2 비아콘택(157a) 및 제 4 콘택(157b)을 덮는 금속막(160)을 형성한다. 상기 금속막(160) 상에 마스크 패턴(163)을 형성한다. 상기 마스크 패턴(163)을 식각마스크로 이용하여 RIE(reactive ion etching) 공정의 플라즈마 식각을 진행한다. 이때, 상기 플라즈마 식각에 의해 상기 반도체 소자의 표면에 전하들이 차지-업(charge-up)되게 되는데 이러한 차지-업된 전하들을 상기 안테나 다이오드(AD0)를 통해 디스차지(D0)시킬 수 있다. In addition, a fourth
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 금속막(160)이 모두 식각되어 상기 제 2 비아콘택(157a) 및 상기 제 4 콘택(157b)과 각각 접촉하는 제 3 금속배선(160a) 및 제 4 도전패턴(160b)이 형성된다. 이어, 상기 제 1 마스크 패턴(163)을 제거한다. 상기 가아드링 영역(GR0) 내의 p+ 영역(115), 제 1 콘택(127b), 제 1 도전패턴(130b), 제 2 콘택(137b), 제 2 도전패턴(140b), 제 3 콘택(147b), 제 3 도전패턴(150b), 제 4 콘택(157b) 및 제4 도전패턴(160b)은 가아드링(G0)을 구성하게 된다. 1 and 3, all of the
상술한 바와 같이, 플라즈마 식각 중 차지-업된 전하들은 상기 안테나 다이오드(AD0)를 통해 디스차지(D0)시킬 수 있다. 그러나, 반도체 소자가 점점 축소화됨에 따라 칩영역 내에 안테나 다이오드를 구비하기 위한 공간이 부족한 경우가 발생할 수 있다. 또한, 칩영역 내에 안테나 다이오드를 구비할 공간이 있다고 하더라 도 상기 안테나 다이오드를 추가함으로써 제조공정이 복잡해질 수 있게 된다.As described above, the charge-up charges during plasma etching may be discharged through the antenna diode AD0. However, as the semiconductor device is gradually reduced in size, there may occur a case where there is insufficient space for providing the antenna diode in the chip region. In addition, even if there is a space for the antenna diode in the chip area, the manufacturing process can be complicated by adding the antenna diode.
따라서, 상기 칩영역 내에 상기 안테나 다이오드를 구비하기 위한 공간이 부족한 경우에도 상기 플라즈마 데미지 현상을 방지할 수 있는 기술 개발이 절실히 요구된다. Therefore, there is an urgent need to develop a technology capable of preventing the plasma damage phenomenon even when the space for providing the antenna diode in the chip region is insufficient.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 금속막의 플라즈마 식각 공정에서의 전하 축적에 의한 플라즈마 데미지 현상을 방지할 수 있는 PN 다이오드를 구비한 가아드링을 갖는 반도체 소자 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a semiconductor device having a guard ring including a PN diode capable of preventing plasma damage caused by charge accumulation in a plasma etching process of a metal film, and a method of manufacturing the same.
본 발명의 일 양태에 따르면, PN 다이오드를 구비한 가아드링을 갖는 반도체 소자를 제공한다. 상기 반도체 소자는 칩영역 및 상기 칩영역을 둘러싸는 가아드링(guardring) 영역을 갖는 반도체 기판을 구비한다. 상기 칩영역 및 상기 가아드링 영역 내의 상기 반도체 기판 내에 p웰 영역이 배치된다. 상기 가아드링 영역의 상기 p웰 영역 상부에 n+영역이 배치된다. 상기 가아드링 영역 내의 상기 반도체 기판 상에 상기 n+영역과 전기적으로 접속된 가아드링 댐이 배치된다. 상기 가아드링 영역 내의 상기 p웰 영역 및 상기 n+영역은 가아드링 PN 다이오드를 구성한다. According to one aspect of the present invention, a semiconductor device having a guard ring having a PN diode is provided. The semiconductor device includes a semiconductor substrate having a chip region and a guarding region surrounding the chip region. A p well region is disposed in the semiconductor substrate in the chip region and the guard ring region. An n + region is disposed above the p well region of the guard ring region. A guard ring dam electrically connected to the n + region is disposed on the semiconductor substrate in the guard ring region. The p well region and the n + region in the guard ring region constitute a guard ring PN diode.
본 발명의 몇몇 실시예들에서, 상기 반도체 소자는 상기 칩영역 내의 상기 반도체기판 상에 배치된 게이트를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 게이트를 덮는 제 1 층간절연막, 상기 제 1 층간절연막을 관통하는 직접콘택, 상기 제 1 층간절연막 상에 상기 직접콘택을 덮으면서 배치된 비트라인, 상기 비트라인을 덮는 제 2 층간절연막, 상기 제 2 층간절연막을 관통하는 금속콘택, 상기 제 2 층간절연막 상에 상기 금속콘택을 덮으면서 배치된 제 1 금속배선, 상기 제 1 금속배선을 덮는 제 3 층간절연막, 상기 제 3 층간절연막을 관통하는 비아콘택, 및 상기 제 3 층간절연막 상에 상기 비아콘택을 덮으면서 배치된 제 2 금속배선을 더 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the semiconductor device may further include a gate disposed on the semiconductor substrate in the chip region. A first interlayer insulating film covering the gate, a direct contact penetrating the first interlayer insulating film, a bit line disposed on the first interlayer insulating film to cover the direct contact, a second interlayer insulating film covering the bit line, A metal contact penetrating the second interlayer insulating film, a first metal wiring disposed on the second interlayer insulating film to cover the metal contact, a third interlayer insulating film covering the first metal wiring, and a third interlayer insulating film The via contact may further include a second metal wire on the third interlayer insulating layer to cover the via contact.
다른 실시예들에서, 상기 칩영역 내의 상기 반도체 기판 내에 상기 직접콘택과 접촉하는 안테나 다이오드가 배치될 수 있다. In other embodiments, an antenna diode in contact with the direct contact may be disposed in the semiconductor substrate in the chip region.
또 다른 실시예들에서, 상기 가아드링 댐은 상기 제 1 층간절연막을 관통하여 상기 n+영역과 접촉하는 제 1 콘택, 상기 제 1 층간절연막 상에 상기 제 1 콘택을 덮으면서 배치된 제 1 도전패턴, 상기 제 1 도전패턴을 덮는 상기 제 2 층간절연막을 관통하여 상기 제 1 도전패턴과 접촉하는 제 2 콘택, 상기 제 2 층간절연막 상에 상기 제 2 콘택을 덮으면서 배치된 제 2 도전패턴, 상기 제 2 도전패턴을 덮는 상기 제 3 층간절연막을 관통하여 상기 제 2 도전패턴과 접촉하는 제 3 콘택, 및 상기 제 3 층간절연막 상에 상기 제 3 콘택을 덮으면서 배치된 제 3 도전패턴을 포함할 수 있다.In still other embodiments, the guard ring dam may include a first contact penetrating the first interlayer insulating layer and contacting the n + region, and a first conductive pattern disposed on the first interlayer insulating layer to cover the first contact. A second contact penetrating the second interlayer insulating layer covering the first conductive pattern to contact the first conductive pattern; a second conductive pattern disposed on the second interlayer insulating layer to cover the second contact; A third contact penetrating the third interlayer insulating film covering the second conductive pattern and contacting the second conductive pattern; and a third conductive pattern disposed on the third interlayer insulating film to cover the third contact. Can be.
또 다른 실시예들에서, 상기 제 1 금속배선 및 상기 제 2 금속배선 중 어느 하나는 상기 가아드링 댐과 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 가아드링 댐과 전기적으로 접속된 배선이 상기 제 1 금속배선일 경우 상기 제 1 금속배선은 상기 제 2 도전패턴과 연결되어 배치될 수 있다. 상기 가아드링 댐과 전기적으로 접속된 배선이 상기 제 2 금속배선일 경우 상기 제 2 금속배선은 상기 제 3 도전패턴과 연결되 어 배치될 수 있다.In still other embodiments, any one of the first metal wire and the second metal wire may be electrically connected to the guard ring dam. When the wire electrically connected to the guard ring dam is the first metal wire, the first metal wire may be connected to the second conductive pattern. When the wire electrically connected to the guard ring dam is the second metal wire, the second metal wire may be connected to the third conductive pattern.
또 다른 실시예들에서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 콘택들은 각각 상기 직접콘택, 상기 금속콘택 및 상기 비아콘택과 동일한 물질막일 수 있다.In still other embodiments, the first, second and third contacts may be the same material layer as the direct contact, the metal contact, and the via contact, respectively.
또 다른 실시예들에서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 도전패턴들은 각각 상기 비트라인, 상기 제 1 금속배선 및 상기 제 2 금속배선과 동일한 물질막일 수 있다.In example embodiments, the first, second and third conductive patterns may be formed of the same material layer as the bit line, the first metal wiring, and the second metal wiring, respectively.
본 발명의 다른 일 양태에 따르면, PN 다이오드를 구비한 가아드링을 갖는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다. 이 방법은 칩영역 및 상기 칩영역을 둘러싸는 가아드링(guardring) 영역을 갖는 반도체 기판을 준비하는 것을 포함한다. 상기 칩영역 및 상기 가아드링 영역의 상기 반도체 기판 내에 p웰 영역을 형성한다. 상기 가아드링 영역 내의 상기 p웰 영역 상부에 n+영역을 형성하여 가아드링 PN 다이오드를 형성한다. 상기 가아드링 영역 내의 상기 반도체 기판 상부에 상기 n+영역과 전기적으로 접속하는 가아드링 댐을 형성한다. According to another aspect of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device having a guard ring having a PN diode is provided. The method includes preparing a semiconductor substrate having a chip region and a guardring region surrounding the chip region. A p well region is formed in the semiconductor substrate of the chip region and the guard ring region. A n + region is formed over the p well region in the guard ring region to form a guard ring PN diode. A guard ring dam electrically connected to the n + region is formed on the semiconductor substrate in the guard ring region.
본 발명의 몇몇 실시예들에서, 상기 가아드링 댐을 형성하는 것은 상기 n+영역을 갖는 반도체 기판 상에 제 1 층간절연막을 형성하고, 상기 제 1 층간절연막을 관통하여 상기 n+영역과 접촉하는 제 1 콘택을 형성하고, 상기 제 1 층간절연막 상에 상기 제 1 콘택을 덮는 제 1 도전패턴을 형성하고, 상기 제 1 도전패턴을 덮는 제 2 층간절연막을 형성하고, 상기 제 2 층간절연막을 관통하여 상기 제 1 도전패턴과 접촉하는 제 2 콘택을 형성하고, 상기 제 2 층간절연막 상에 상기 제 2 콘택을 덮는 제 2 도전패턴을 형성하고, 상기 제 2 도전패턴을 덮는 제 3 층간절연막을 형성하고, 상기 제 3 층간절연막을 관통하여 상기 제 2 도전패턴과 접촉하는 제 3 콘택을 형성하고, 상기 제 3 층간절연막 상에 상기 제 3 콘택을 덮는 제 3 도전패턴을 형성하는 것을 포함할 수 있다. In some embodiments of the present disclosure, the forming of the guard ring dam may include forming a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate having the n + region and penetrating the first interlayer insulating film to contact the n + region. Forming a contact, forming a first conductive pattern covering the first contact on the first interlayer insulating film, forming a second interlayer insulating film covering the first conductive pattern, and penetrating the second interlayer insulating film Forming a second contact in contact with the first conductive pattern, forming a second conductive pattern covering the second contact on the second interlayer insulating film, and forming a third interlayer insulating film covering the second conductive pattern, And forming a third contact penetrating the third interlayer insulating layer to contact the second conductive pattern, and forming a third conductive pattern covering the third contact on the third interlayer insulating layer. .
다른 실시예들에서, 상기 제 1 콘택, 제 1 도전패턴, 제 2 콘택, 제 2 도전패턴, 제 3 콘택 및 제 3 도전패턴을 형성하는 동안, 상기 칩영역 내에는 각각 직접콘택, 비트라인, 금속콘택, 제 1 금속배선, 비아콘택 및 제 2 금속배선이 동시에 형성될 수 있다.In other embodiments, the first contact, the first conductive pattern, the second contact, the second conductive pattern, the third contact, and the third conductive pattern may be formed in the chip region, respectively, during the direct contact, the bit line, The metal contact, the first metal wire, the via contact, and the second metal wire may be simultaneously formed.
또 다른 실시예들에서, 상기 제 1 층간절연막을 형성하기 전에 상기 칩영역 내의 상기 반도체 기판 상에 게이트를 형성할 수 있다.In other embodiments, a gate may be formed on the semiconductor substrate in the chip region before forming the first interlayer insulating layer.
또 다른 실시예들에서, 상기 가아드링 영역에 상기 n+영역을 형성하는 동안, 상기 칩영역의 일부영역에 칩 n+영역을 형성하여 안테나 PN 다이오드를 형성할 수 있다.In still other embodiments, the antenna PN diode may be formed by forming a chip n + region in a portion of the chip region while forming the n + region in the guard ring region.
또 다른 실시예들에서, 상기 제 1 금속배선 및 상기 제 2 금속배선 중 어느 하나는 상기 가아드링 댐과 전기적으로 접속되도록 형성될 수 있다. 상기 가아드링 댐과 전기적으로 접속된 배선이 상기 제 1 금속배선일 경우 상기 제 1 금속배선은 상기 제 2 도전패턴과 연결되어 형성될 수 있다. 상기 가아드링 댐과 전기적으로 접속된 배선이 상기 제 2 금속배선일 경우 상기 제 2 금속배선은 상기 제 3 도전패턴과 연결되어 형성될 수 있다.In still other embodiments, any one of the first metal wire and the second metal wire may be formed to be electrically connected to the guard ring dam. When the wire electrically connected to the guard ring dam is the first metal wire, the first metal wire may be connected to the second conductive pattern. When the wire electrically connected to the guard ring dam is the second metal wire, the second metal wire may be connected to the third conductive pattern.
또 다른 실시예들에서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 콘택들은 각각 상기 직접콘택, 상기 금속콘택 및 상기 비아콘택과 동일한 물질막으로 형성될 수 있다.In other embodiments, the first, second and third contacts may be formed of the same material layer as the direct contact, the metal contact, and the via contact, respectively.
또 다른 실시예들에서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 도전패턴들은 각각 상기 비 트라인, 상기 제 1 금속배선 및 상기 제 2 금속배선과 동일한 물질막으로 형성될 수 있다.In other embodiments, the first, second and third conductive patterns may be formed of the same material layer as the bit line, the first metal wiring, and the second metal wiring, respectively.
또 다른 실시예들에서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 도전패턴들, 상기 비트라인, 상기 제 1 금속배선 및 상기 제 2 금속배선을 형성하는 것은, 상기 층간절연막 상에 금속막을 형성하고, 상기 금속막을 RIE(reactive ion etching) 공정으로 식각하는 것을 포함할 수 있다. 이때, 상기 RIE 공정을 진행하는 동안 발생된 전자들은 상기 가아드링 PN 다이오드 및 상기 안테나 PN 다이오드를 통하여 디스차지(discharge)될 수 있다.In still other embodiments, the forming of the first, second and third conductive patterns, the bit line, the first metal wiring and the second metal wiring may include forming a metal film on the interlayer insulating film, The metal layer may be etched by a reactive ion etching (RIE) process. In this case, electrons generated during the RIE process may be discharged through the guard ring PN diode and the antenna PN diode.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명 되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당 업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하여 위하여 과장 되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosure may be made thorough and complete, and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. Like numbers refer to like elements throughout.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체소자의 제조방법을 설명하기 위한 평면도이며, 도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체소자의 제조방법을 설명하기 위해 도 4의 절단선 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도들이다. 참조부호 'V' 및 'H'는 각각 도 4의 절단선 Ⅱ-Ⅱ'에서 수직방향 및 수평방향의 단면도를 나타낸다.4 is a plan view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with embodiments of the present invention, and FIGS. 5 to 8 are cut views of FIG. 4 to explain a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with embodiments of the present invention. Sections along the line II-II '. Reference numerals' V 'and' H 'denote cross-sectional views in the vertical and horizontal directions, respectively, at the cutting line II-II' of FIG. 4.
도 4 및 도 5를 참조하면, 칩영역(CR1) 및 상기 칩영역(CR1)을 둘러싸는 가 아드링 영역(GR1)을 구비하는 반도체 기판(1)을 준비한다. 상기 칩영역(CR1) 및 상기 가아드링 영역(GR1) 내의 상기 반도체 기판(1) 내에 p웰 영역(5)을 형성한다. 상기 가아드링 영역(GR1) 내의 상기 p웰 영역(5) 상부에 n+영역(10b)을 형성하여 가아드링 PN 다이오드(AD2)를 형성한다. 또한, 상기 n+영역(10b)을 형성함과 동시에 상기 칩영역(CR1) 내의 상기 p웰 영역(5)의 상부에도 칩 n+영역(10a)을 형성할 수 있다. 그 결과, 안테나 PN 다이오드(AD0)가 형성될 수 있다. 상기 안테나 PN 다이오드(AD0)의 경우, 상기 칩영역(CR1)의 공간이 부족할 경우 생략될 수 있다.4 and 5, a
이어, 상기 칩영역(CR1)의 상기 반도체 기판(1) 상에 게이트들(20)을 형성할 수 있다. 상기 게이트들(20)은 각각 차례로 적층된 게이트 절연막(20a) 및 게이트 전극(20b)으로 형성될 수 있다. 상기 게이트들(20)을 갖는 반도체 기판 상에 상기 게이트들(20)을 덮는 제 1 층간절연막(25)을 형성할 수 있다. 상기 제 1 층간절연막(25)을 관통하여 칩영역(CR1)의 상기 반도체 기판(11) 및 상기 게이트들(20)과 접촉하는 직접콘택들(27a)을 형성할 수 있다. 또한, 이와 동시에 상기 가아드링 영역(GR1)의 상기 n+영역(10b)과 접촉하는 제 1 콘택(27b)을 형성할 수 있다.Subsequently,
이어, 상기 제 1 층간절연막(25) 상에 상기 직접콘택들(27a) 및 제 1 콘택(27b)을 덮는 제 1 금속막(130)을 형성할 수 있다. 상기 제 1 금속막(130) 상에 제 1 마스크 패턴(32)을 형성한다. 상기 제 1 마스크 패턴(32)을 식각마스크로 이용하여 RIE(reactive ion etching) 공정의 플라즈마 식각을 진행할 수 있다. 이때, 상기 플라즈마 식각에 의해 상기 반도체 소자의 표면에 전하들이 차지-업(charge-up)되게 되는데 이러한 차지-업된 전하들을 상기 안테나 다이오드(AD1) 및 상기 가 아드링 PN 다이오드(AD2)를 통해 디스차지(D1,D2)될 수 있다. 또는 이와 달리, 상기 안테나 다이오드(AD1)가 생략된 경우, 상기 가아드링 PN 다이오드(AD2)만을 통해 디스차지(D2)될 수 있다. 따라서, 반도체 소자의 축소화에 따라 칩영역(CR1) 내에 상기 안테나 다이오드(AD1)를 형성할 공간이 부족한 경우에도 상기 가아드링 PN 다이오드(AD2)를 통해 전하를 디스차지(D2)시키게 됨으로써 플라즈마 데미지 현상을 방지할 수 있게 된다. Subsequently, a first metal layer 130 covering the
도 4 및 도 6을 참조하면, 상기 제 1 금속막(130)이 모두 식각되어 상기 직접콘택들(27a) 및 제 1 콘택(27b)과 각각 접촉하는 비트라인(30a) 및 제 1 도전패턴(30b)이 형성된다. 이어, 상기 제 1 마스크 패턴(32)을 제거한다.4 and 6, all of the first metal layer 130 is etched to contact the
도 4 및 도 7을 참조하면, 상기 비트라인(30a) 및 상기 제 1 도전패턴(30b)을 덮는 제 2 층간절연막(35)을 형성한다. 상기 제 2 층간절연막(35)을 관통하여 상기 비트라인(30a) 및 상기 제 1 도전패턴(30b)과 각각 접촉하는 금속콘택(37a) 및 제 2 콘택(37b)을 형성한다. 상기 제 2 층간절연막(35) 상에 금속콘택(37a) 및 상기 제 2 콘택(37b)을 각각 덮는 제 1 금속배선(40a) 및 제 2 도전패턴(40b)을 형성한다. 상기 제 1 금속배선(40a) 및 상기 제 2 도전패턴(40b)의 형성방법은 도 5 및 도 6에서 설명한 상기 비트라인(30a) 및 상기 제 1 도전패턴(30b)의 형성방법과 동일한 방법으로 형성될 수 있다. 4 and 7, a second
이어, 상기 제 1 금속배선(40a) 및 상기 제 2 도전패턴(40b)을 덮는 제 3 층간절연막(45)을 형성한다. 상기 제 3 층간절연막(45)을 관통하여 상기 제 1 금속배선(40a) 및 상기 제 2 도전패턴(40b)과 각각 접촉하는 제 1 비아콘택(47a) 및 제 3 콘택(47b)을 형성한다. 상기 제 3 층간절연막(45) 상에 상기 제 1 비아콘택(47a) 및 제 3 콘택(47b)을 각각 덮는 제 2 금속배선(50a) 및 제 3 도전패턴(50b)을 형성할 수 있다. 상기 제 2 금속배선(50a) 및 상기 제 3 도전패턴(50b)의 형성방법은 도 5 및 도 6에서 설명한 상기 비트라인(30a) 및 상기 제 1 도전패턴(30b)의 형성방법과 동일한 방법으로 형성될 수 있다. Next, a third
또한, 상기 제 2 금속배선(50a) 및 상기 제 3 도전패턴(50b)을 덮는 제 4 층간절연막(55)을 형성한다. 상기 제 4 층간절연막(55)을 관통하여 상기 제 2 금속배선(50a) 및 제 3 도전패턴(50b)과 각각 접촉하는 제 2 비아콘택(57a) 및 제 4 콘택(57b)을 형성한다. 상기 제 4 층간절연막(55) 상에 상기 제 2 비아콘택(57a) 및 상기 제 4 콘택(57b)을 덮는 제 2 금속막(60)을 형성한다. 상기 제 2 금속막(60) 상에 제 2 마스크 패턴(63)을 형성한다. In addition, a fourth
상기 제 2 마스크 패턴(63)을 식각마스크로 이용하여 RIE(reactive ion etching) 공정의 플라즈마 식각을 진행할 수 있다. 이때, 상기 플라즈마 식각에 의해 상기 반도체 소자의 표면에 전하들이 차지-업(charge-up)되게 되는데 이러한 차지-업된 전하들을 상기 안테나 다이오드(AD1) 및 상기 가아드링 PN 다이오드(AD2)를 통해 디스차지(D1,D2)될 수 있다. 또는 이와 달리, 상기 안테나 다이오드(AD1)가 생략된 경우, 상기 가아드링 PN 다이오드(AD2)만을 통해 디스차지(D2)될 수 있다. 따라서, 반도체 소자의 축소화에 따라 칩영역(CR1) 내에 상기 안테나 다이오드(AD1)를 형성할 공간이 부족한 경우에도 상기 가아드링 PN 다이오드(AD2)를 통해 전하를 디스차지(D2)시키게 됨으로써 플라즈마 데미지 현상을 방지할 수 있게 된 다. Plasma etching of a reactive ion etching (RIE) process may be performed using the
도 4 및 도 8을 참조하면, 상기 제 2 금속막(60)이 모두 식각되어 상기 제 2 비아콘택(57a) 및 상기 제 4 콘택(57b)과 접촉하는 제 3 금속배선(60a)이 형성될 수 있다. 이때, 상기 제 3 금속배선(60a)은 상기 가아드링(GR1) 영역까지 연장되어 배치될 수 있다. 이어, 상기 제 2 마스크 패턴(32)을 제거한다. 상기 가아드링 영역(GR1) 내의 제 1 콘택(27b), 제 1 도전패턴(30b), 제 2 콘택(37b), 제 2 도전패턴(40b), 제 3 콘택(47b), 제 3 도전패턴(50b), 제 4 콘택(57b) 및 제 3 금속배선(60a)은 가아드링 댐(G1)을 구성할 수 있다. 또한, 상기 가아드링 댐(G1) 및 상기 가아드링 PN 다이오드(AD2)는 가아드링(G2)을 구성할 수 있다.4 and 8, the
상기 가아드링(G2)은 상기 제 3 금속배선(60a)에 전기적으로 접속된 상태이다. 따라서, 상기 제 3 금속배선(60a)에 VDD 또는 Vpp의 전압을 인가할 경우, 상기 가아드링(G2) 역시 동일한 전압이 인가되게 된다. 그 결과, 상기 가아드링 PN 다이오드(AD2)는 역방향 바이어스가 걸리게 된다. 또는 이와 달리, 상기 제 3 금속배선(60a) 대신 상기 제 2 금속배선(50a), 상기 제 1 금속배선(40a) 및 상기 비트라인(30a) 중 어느 하나를 상기 가아드링 영역(GR1)까지 연장하여 형성할 수 도 있다.The guard ring G2 is in a state of being electrically connected to the
도 4 및 도 8을 다시 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 반도체소자를 설명하기로 한다. 참조부호 'V' 및 'H'는 각각 도 4의 절단선 Ⅱ-Ⅱ'에서 수직방향 및 수평방향의 단면도를 나타낸다.Referring to FIGS. 4 and 8 again, a semiconductor device according to example embodiments will be described. Reference numerals' V 'and' H 'denote cross-sectional views in the vertical direction and the horizontal direction, respectively, at the cutting line II-II' of FIG. 4.
도 4 및 도 8을 참조하면, 상기 반도체소자는 칩영역(CR1) 및 상기 칩영 역(CR1)을 둘러싸는 가아드링 영역(GR1)을 갖는 반도체 기판(1)을 구비한다. 상기 칩영역(CR1) 및 상기 가아드링 영역(GR1) 내의 상기 반도체 기판(1) 내에 p웰 영역(5)이 배치된다. 상기 가아드링 영역(GR1) 내의 상기 p웰 영역(5) 상부에 n+영역(10b)이 배치된다. 상기 가아드링 영역(GR1) 내의 상기 p웰 영역(5) 및 상기 n+영역(10b)은 가아드링 PN 다이오드(AD2)를 구성할 수 있다. 또한, 상기 칩영역(CR1) 내의 상기 p웰 영역(5)의 상부에 칩 n+영역(10a)이 배치될 수 있다. 상기 칩영역(CR1) 내의 상기 p웰 영역(5) 및 상기 칩 n+영역(10a)은 안테나 PN 다이오드(AD0)를 구성할 수 있다. 상기 안테나 PN 다이오드(AD0)는 생략될 수 있다.4 and 8, the semiconductor device includes a
상기 칩영역(CR1)의 상기 반도체 기판(1) 상에 게이트들(20)이 배치될 수 있다. 상기 게이트들(20)은 각각 차례로 적층된 게이트 절연막(20a) 및 게이트 전극(20b)일 수 있다. 상기 게이트들(20)을 갖는 반도체 기판 상에 상기 게이트들(20)을 덮는 제 1 층간절연막(25)이 배치될 수 있다. 상기 제 1 층간절연막(25)을 관통하여 칩영역(CR1)의 상기 반도체 기판(11) 및 상기 게이트들(20)과 접촉하는 직접콘택들(27a)이 배치될 수 있다. 상기 가아드링 영역(GR1)의 상기 n+영역(10b)과 접촉하는 제 1 콘택(27b)이 배치될 수 있다. 상기 제 1 층간절연막(25) 상에 상기 직접콘택들(27a) 및 제 1 콘택(27b)을 각각 덮는 비트라인(30a) 및 제 1 도전패턴(30b)이 배치될 수 있다.
상기 비트라인(30a) 및 상기 제 1 도전패턴(30b)을 덮는 제 2 층간절연막(35)이 배치될 수 있다. 상기 제 2 층간절연막(35)을 관통하여 상기 비트라인(30a) 및 상기 제 1 도전패턴(30b)과 각각 접촉하는 금속콘택(37a) 및 제 2 콘 택(37b)이 배치될 수 있다. 상기 제 2 층간절연막(35) 상에 금속콘택(37a) 및 상기 제 2 콘택(37b)을 각각 덮는 제 1 금속배선(40a) 및 제 2 도전패턴(40b)이 배치될 수 있다. A second
상기 제 1 금속배선(40a) 및 상기 제 2 도전패턴(40b)을 덮는 제 3 층간절연막(45)이 배치될 수 있다. 상기 제 3 층간절연막(45)을 관통하여 상기 제 1 금속배선(40a) 및 상기 제 2 도전패턴(40b)과 각각 접촉하는 제 1 비아콘택(47a) 및 제 3 콘택(47b)이 배치될 수 있다. 상기 제 3 층간절연막(45) 상에 상기 제 1 비아콘택(47a) 및 제 3 콘택(47b)을 각각 덮는 제 2 금속배선(50a) 및 제 3 도전패턴(50b)이 배치될 수 있다. A third
상기 제 2 금속배선(50a) 및 상기 제 3 도전패턴(50b)을 덮는 제 4 층간절연막(55)이 배치될 수 있다. 상기 제 4 층간절연막(55)을 관통하여 상기 제 2 금속배선(50a) 및 제 3 도전패턴(50b)과 각각 접촉하는 제 2 비아콘택(57a) 및 제 4 콘택(57b)이 배치될 수 있다. 상기 제 4 층간절연막(55) 상에 상기 제 2 비아콘택(57a) 및 상기 제 4 콘택(57b)을 각각 덮는 제 3 금속배선(60a)이 배치될 수 있다. 상기 제 3 금속배선(60a)은 상기 가아드링 영역(GR1)까지 연장되어 배치될 수 있다. A fourth
상기 가아드링 영역(GR1) 내의 제 1 콘택(27b), 제 1 도전패턴(30b), 제 2 콘택(37b), 제 2 도전패턴(40b), 제 3 콘택(47b), 제 3 도전패턴(50b), 제 4 콘택(57b) 및 제 3 금속배선(60a)은 가아드링 댐(G1)을 구성할 수 있다. 또한, 상기 가아드링 댐(G1) 및 상기 PN 다이오드(AD2)는 가아드링(G2)을 구성할 수 있다. The
상기 가아드링(G2)은 상기 칩영역(CR1)의 상기 제 3 금속배선(60a)에 전기적으로 접속된 상태이다. 따라서, 상기 제 3 금속배선(60a)에 VDD 또는 Vpp의 전압을 인가할 경우, 상기 가아드링(G2) 역시 동일한 전압이 인가되게 된다. 그 결과, 상기 가아드링 PN 다이오드(AD2)는 역방향 바이어스가 걸리게 된다. 또는 이와 달리, 상기 제 3 금속배선(60a) 대신 상기 제 2 금속배선(50a), 상기 제 1 금속배선(40a) 및 상기 비트라인(30a) 중 어느 하나가 상기 가아드링 영역(GR1)까지 연장되어 배치될 수 도 있다.The guard ring G2 is electrically connected to the
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 반도체소자의 가아드링 영역에 가아드링 PN 다이오드를 형성하여, 상기 반도체 소자의 제조공정 중 플라즈마를 이용한 식각공정에서 차지-업(charge-up)현상에 의해 축전된 전하를 칩영역의 안테나 다이오드를 통해 디스차지 시킴과 동시에 상기 가아드링 PN 다이오드를 통해 디스차지(discharge)시킬 수 있게 된다. 또는 이와 달리, 반도체 소자의 축소화에 따라 칩영역 내에 안테나 다이오드를 형성할 공간이 부족하여, 상기 안테나 다이오드를 생략한 경우에도, 상기 가아드링 PN 다이오드를 통해 전하를 디스차지시키게 됨으로써 플라즈마 데미지 현상을 방지할 수 있게 된다. 또한, 가아드링을 칩영역의 비트라인 및 금속배선들 중 어느 하나와 전기적으로 접속시킴으로써 상기 가아드링 PN 다이오드에 역방향 바이어스를 걸리게 함으로써 전류 흐름을 방지할 수 있게 된다. As described above, according to the present invention, a guard ring PN diode is formed in a guard ring region of a semiconductor device, and the capacitor is charged by a charge-up phenomenon in an etching process using a plasma during the manufacturing process of the semiconductor device. The charge can be discharged through the antenna diode in the chip region and simultaneously discharged through the guard ring PN diode. Alternatively, there is not enough space to form an antenna diode in the chip region as the semiconductor element is reduced, and even when the antenna diode is omitted, the charge is discharged through the guard ring PN diode, thereby preventing plasma damage. You can do it. In addition, by electrically connecting the guard ring to any one of the bit lines and the metal wires of the chip region, current flow can be prevented by applying a reverse bias to the guard ring PN diode.
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2006
- 2006-08-03 KR KR1020060073299A patent/KR20080012462A/en not_active Application Discontinuation
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