KR930008871B1 - 폴리실리콘층에 금속층 콘택 형성방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제 1 도는 종래기술에 의해 금속층이 제 1 폴리실리콘층에 콘택된 상태의 단면도.
제 2 도는 본 발명에 의해 금속층이 제 1 폴리실리콘층에 접속되고 제 1 폴리실리콘 하부에 비아콘택시킨 제 2 폴리실리콘층을 형성한 상태의 단면도.
제 3 도는 제 2 도의 레이아웃트 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 실리콘기판 2 : 필드산화막
3 : 제 1 절연층 4 : 제 1 폴리실리콘층
5 : 제 2 절연층 6 : 금속층
7 : 제 2 폴리실리콘층 10 : 비아홀(Via Hole)
20 : 콘택홀(Contact Hole)
본 발명은 고집적 반도체 소자에서 폴리실리콘층에 금속층 콘택형성 방법에 관한 것으로, 특히 금속층과 접속되는 제 1 폴리실리콘층 콘택하부에 제 2 폴리실리콘층을 형성하는 폴리실리콘층에 금속층 콘택 형성방법에 관한 것이다.
반도체 제조공정에서는 폴리실리콘층에 금속을 콘택하는 종래의 방법은 폴리실리콘층 상부의 절연층인 산화막(예를들어 BPSG 또는 PSG)의 필요한 부분에 콘택홀을 형성하고 금속을 증착하여 콘택홀을 통해 폴리실리콘층에 직접연결하는 방식을 채택하였다. 그러나 이방식은 콘택홀을 형성하는 식각공정시 산화막과 폴리실리콘 박막사이의 선택도(Selectivity ; 통상적으로 5 : 1) 제어에 따라 필연적으로 폴리실리콘층의 로스(Loss)가 발생되는데, 특히 폴리실리콘층의 두께가 얇을 경우 더 심각한 문제를 초래할 수 있다. 특 합금(Alloy) 공정과 같은 열처리 진행중 금속과 폴리실리콘층의 계면에서 실리콘의 용해(Dissolution), 금속내부로 확산현상과 실리콘의 재결정(Recrystallization) 작용이 발생된다. 이와같은 현상은 폴리실리콘의 그레인 경계(Grain Boundary)에서 시작되어 폴리실리콘의 벌크(Bulk) 지역으로 실리콘의 이동(Migration) 및 석출(Precipitaion)이 이루어지는 것으로 알려져 있으며 이의 주된 원인은 그레인 경계와 벌크에 위치한 실리콘 원자의 자유에너지(Free Energy) 차이 때문인 것으로 알려져 있다. 결국 경계면에 위치한 폴리실리콘의 그레인은 상호 분리되며 원래의 연속적인 폴리실리콘 박막은 상기 과정에 의하여 분리된 실리콘 입자로 재결정되며 결국 폴리실리콘 라인이 끊어지게 된다.
여기에서 주지할 것은 상기의 과정은 폴리실리콘의 그레인 크기, 합금온도 및 폴리실리콘 도핑레벨에 의존하는 것으로 알려져 있다.
따라서 이와같은 문제점을 고려하여 금속과 폴리실리콘의 콘택이 요구되는 부분에서는 레이 아웃트(Lay out) 작업시 상기 문제를 최소화시킬 수 있는 레이 아웃트(Lay Out)방범이 강구되어야 한다.
반도체 회로설계에 의해 레이아웃트 작업시 금속과 폴리실리콘의 콘택이 요구되는 부분에서 종래의 방법대로 디자인 할 경우 콘택 식각시 산화막/폴리실리콘간의 선택도 문제와 관련 폴리실리콘층의 로스(Loss) 및 이후 열처리 단계중에 발생되는 폴리실리콘의 재결정 작용으로 인한 콘택저항 증가와 폴리실리콘 라인의 끊어짐 현상등에 대해 대책 및 보상책이 없다.
본 발명은 금속층과 접속되는 제1 폴리실리콘층 콘택하부에 제 2 폴리실리콘을 형성하고 제 2 폴리실리콘층에 제 1 폴리실리콘층을 비아콘택함으로서 실리콘의 유효 면적 및 두께를 증가시켜서 종래 기술에 의해 발생되는 문제점을 해결하였다.
본 발명에 의하면 소정의 물질층 소정 상부에 제 2 폴리실리콘층을 형성하고, 제 2 폴리실리콘층을 포함하는 전영역 상부에 제 1 절연층을 형성하는 단계와, 상기 제 2 폴리실리콘층을 상부의 제 1 절연층을 소정부분 제거하여 비아 홀(Via hole)을 형성하는 단계와, 상기 비아홀을 포함하는 소정부분에 제 1 폴리실리콘층을 형성하여 제 2 폴리실리콘층에 접속한 다음, 전체적으로 제 2 절연층을 형성하는 단계와, 상기 비아콘택 상부의 제 2 절연층을 소정부분 제거하여 콘택홀을 형성하고 소정부분에 금속층을 형성하여 제 1 폴리실리콘에 접속하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
제 1 도는 종래기술에 의해 제 1 폴리실리콘층(4)에 금속층(6)을 콘택한 상태의 단면도로서, 실리콘기판(1)의 소정부분에 필드산화막(2)을 형성한 다음, 도면에 나타나지 않는 다른 지역에 회로에 필요한 제 2 폴리실리콘층을 형성하고 전체적으로 제 1 절연층(3)을 형성하고, 제 1 절연층(3)의 소정상부에 예정된 두께의 제 1 폴리실리콘층(4)을 형성한 후 그 상부에 제 2 절연층(5)을 전체적으로 도포하고, 상기 제 2 절연층(5)의 예정된 영역 상부에 콘택홀(20)을 형성한 다음 상기 제 2 절연층(5) 및 콘택홀(20) 상부에 금속층(6)을 증착하여 제 1 폴리실리콘층(4)에 금속층(6)이 접속되고 소정의 면적으로 패턴을 형성한 것을 도시한다. 여기서 주지해야 할 것은 금속층(6)이 콘택홀(20)을 통하여 제 1 폴리실리콘층(4)에 접속되는 경계면에서 실리콘의 용해, 이동 또는 재결정 작용에 의해 제 1 폴리실리콘층(4)이 끊어지거나, 콘택저항이 증대되는 문제점이 있다.
제 2 도는 본 발명에 의해 형성된 콘택구조를 나타낸 단면도로서, 종래기술(제 1 도 참조)의 문제점을 해결하기 위해 금속층(6)과 제 1 폴리실리콘층(4) 콘택하부에 제 2 폴리실리콘층(7)을 형성한 것을 도시한다. 제조단계는 실리콘기판(1) 소정부분에 필드산화막(2)을 형성한 다음, 필드산화막(2) 상부에 제 2 폴리실리콘층(7) 또는 폴리사이드를 소정면적 형성한 후, 전체적으로 제 1 절연층(3)을 예정된 두께로 도포하고 비아마스크(Via Mask) 또는 오버사이즈 콘택마스크(Oversize Contact Mask)를 사용하여 제 1 절연층(3)을 소정부분 제거하여 제 2 폴리실리콘층(7)이 노출된 비아홀(Via Hole)(10)을 형성한 다음, 비아홀(10)을 포함하는 제 1 절연층(3) 소정상부에 제 1 폴리실리콘층(4)을 증착하여 제 1 폴리실리콘층(4)이 비아홀(10)을 통하여 제 2 폴리실리콘층(7)에 접속되게한 후, 전체적으로 제 2 절연층(5) 예를들어 BPSG 또는 PSG를 형성하고 콘택마스크를 사용하여 비아홀(10)상부의 제 2 절연층(5)을 소정부분 제거하여 제 1 폴리실리콘층(4)이 노출된 콘택홀(20)을 형성한 다음, 전체적으로 금속층(6)을 증착하여 콘택홀(20)을 통해 제 1 폴리실리콘층(4)에 접속하고 패턴을 형성한 것이다. 여기에서 주지해야 할 것은 상기 금속층(6)을 제 1 폴리 실리콘층(8)에 콘택하기 위해 형성하는 콘택홀(20)의 면적은 그하부의 제 2 폴리실리콘층(7)의 비아홀(10) 면적보다 작게하여 비아홀(10)면적내에 완전히 포함되도록 한다. 그 이유는 반도체는 미세가공으로 비아홀을 통한 폴리실리콘간의 접촉저항은 콘택홀을 통한 금속과 폴리실리콘간의 접촉저항보다 약 6배 이상 높으므로 비아홀은 설계시 콘택홀보다 면적을 넓게 디자인 하여야 불량발생이 줄어든다. 한편 콘택홀은 저항율이 낮은 금속막과 폴리와의 접촉이 이루어지는 부분으로 접촉저항의 문제발생이 적고 넓게 설계된 경우 금속막이 홀을 완전히 커버하지 못하는 경우가 발생되어 불량 및 신뢰성 문제 발생의 요인이 되므로 비아홀보다는 좁게 형성한다.
제 3 도는 제 2 도의 레이아웃트를 도시한 것으로서, 제 2 폴리실리콘층(7)은 제 1 폴리실리콘층(4)이 콘택되는 비아홀(10)주변에만 형성됨을 알 수 있고, 금속층(6)이 제 2 폴리실리콘층(7)에 콘택되는 콘택홀(20)은 비아홀(10)의 면적보다 작게 형성됨을 알 수 있다.
본 발명의 구성을 SRAM셀에 적용하는 경우 제 1 폴리실리콘층은 워드라인으로, 제 2 폴리실리콘층은 부하저항(Load Resistor) 또는 연결선(Interconnection Line)으로 사용되는데 부하저항에는 항상 Vcc가 인가되어야 하며 이 Vcc전원은 금속선을 통해 공급된다. 따라서 전원공급선인 금속선은 콘택홀을 통하여 제 2 폴리실리콘층에 연결시키면 안정된 전원을 공급할 수 있다.
상기한 본 발명에 의하면 금속과 폴리실리콘을 연결할 경우 종래의 방법과는 달리 공정조건(Process condition)에 거의 영향을 받지 않는 안정된 콘택형상을 가능케하여 제조된 반도체 소자의 수율 및 특성방향을 기대할 수 있다. 또한 폴리실리콘에 금속을 연결후 열처리 스텝에서 발생되는 폴리실리콘의 재결정 작용에 의한 폴리실리콘선이 가늘게 되는 현상 또는 끊어지는 현상등을 예방할 수 있다.
Claims (2)
- 폴리실리콘층에 금속층 콘택 형성방법에 있어서, 소정의 물질층 소정상부에 제 2 폴리실리콘층을 형성하고, 제 2 폴리실리콘층을 포함하는 전영역 상부에 제 1 절연층을 형성하는 단계와, 상기 제 2 폴리실리콘층 상부의 제 1 절연층을 소정부분 제거하여 비하 홀(Via hole)을 형성하는 단게와, 상기 비아홀을 포함하는 소정부분에 제 1 폴리실리콘층을 형성하여 제 2 폴리실리콘층에 접속한 다음, 전체적으로 제 2 절연층을 형성하는 단계와, 상기 비아홀 상부의 제 2 절연층을 소정부분 제거하여 콘택홀을 형성하고 소정부분에 금속층을 형성하여 제 1 폴리실리콘에 접속하는 단계와, 상기 콘택홀은 비아홀 상부에 위치하며, 비아홀의 면적보다 작게 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘층에 금속층 콘택형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 폴리실리콘층 대신에 폴리사이드(Polycide)를 형성하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘층에 금속층 콘택형성방법.
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