KR950010873B1 - 반도체장치의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

반도체장치의 제조방법
제1도 내지 제6도는 종래의 PID용 안티퓨즈 형성방법을 도시한 공정순서도.
제7도 내지 제11도는 본 발명에 의한 PID용 안티퓨즈 제조방법을 도시한 공정순서도.
본 발명은 집적회로 반도체장치의 제조방법에 관한 것으로, 특히 프로그램가능한 접속소자(Programmable interconnect devices: PID)의 제조방법에 관한 것이다.
프로그램가능한 반도체장치에는 PROM(Programmable Read only Memory), PLD(Programmable Logic Device) 및 프로그램 가능한 게이트어레이(Programmable Gate Array) 등이 있으며, 이러한 종류의 반도체장치들에 적합한 프로그램가능한 소자에는 퓨즈(fuse) 방식과 안티퓨즈(antifuse)방식이 적용된다.
PID는 안티퓨즈(Antifuse) 구조의 한 유형으로서, 안티퓨즈구조란 이름 그대로 퓨즈와 반대되는 동작을 하는 소자를 말한다. 안티퓨즈는 프로그램되지 않았을 때, 즉, 프로그래밍전압을 인가하기 전에는 고저항을 형성하거나 저기적 통로를 개방시키고, 임계전압을 인가함에 따라 프로그램되면 저저항을 형성하거나 두도전선간에 폐쇄된 전기적 통로를 형성한다.
집적회로에 있어서, 접속되는 도전선(coducting line)들이 다층으로 서로 적층되는데 이러한 다층접속구조는 도전선들 사이에 절연층을 개재하여 형성한다. 특히, 가장 최하부의 제1도전선들과 그 윗층의 제2도전선들 사이에 안티퓨즈 구조를 형성하기 위해서는 제1도전선상에 두거운 절연층을 형성한다. 이 제1 도전선은 집적회로기판의 불순물이 도우프된 영역, 기판상에 형성된 에피택셜층의 불순물이 도우프된 영역 또는 기판상의 불순물이 도우프된 풀리실리콘층일 수도 있다. 그리고 나서 상기 두꺼운 절연막을 통하여 원하는 접속부위에 콘택개구부(contact opening)를 형성한 다음 상기 두꺼운 절연층과 콘택개구부상에 안티퓨즈 유전층을 증착한다. 안티퓨즈구조의 중요한 변수는이 유전층에 사용되는 물질에 크게 의존한다. 이어서 상기 안티퓨즈 유전층상에 제2 도전층을 증착한 후, 통상의 반도체 공정기술에 의해 상기 제2 도전층을 마스킹, 식각 및 한정하여 도전성을 형성한다.
종래의 필드 프로그램가능한 소자(Field programmable devices; FPD) 또는 안티퓨즈구조는 통상 기준 프로그래밍 전압이 15V~30V 인가되면 프로그램되는 동안 약 1msec의 프로그램시간 동안에 약 1mA의 프로그래밍전류를 흐르게 한다. 또한, 이들 종래의 소자는 통상 프로그램되지 않은 상태에서 10MΩ~10GΩ의 오프(off) 저항을 가지며, 10Ω~1000Ω의 온(on) 저항을 갖는다.
여러가지 다양한 안티퓨즈구조가 미합중국 특허 제4,882,611호 및 유럽특허 416,903A2에 개시되어 있다.
미합중국 특허 제4,882,611호에 개시된 안티퓨즈구조는 이온주입기술을 이용하여 도핑된 반도체기판 부분의 표면을 비정질환(Amorphous)하여 저항값을 증가시켜 개방(open)효과를 얻고, 고전압을 인가하면 비정질조직이 다시 결정화되어 단락(Short)되는 효과를 얻는 것이다.
유럽틀허 416,903A2에 개시된 안티퓨즈구조는 안티퓨즈층으로서 비정질실리콘으로 사용하거나, 또는 비정질실리콘층/박막의 유전체막/비정질실리콘층의 적층된 구조를 사용하고 있다.
제1도 내지 제6도를 참조하여 종래의 PID용 안티퓨즈 형성방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제1도를 참조하면, 실리콘기판(1)상에 통상의 MOS공정에 의해 필드산화막(2), 게이트전극(3) 및 소오스/드레인영역(4)을 형성하고 전면에 절연층(5)을 형성한 후 포토리소그래피공정에 의해 상기 절연층(5)에 안티퓨즈 콘택을 형성한다.
이어서 제2도에 도시된 바와 같이 상기 안티퓨즈 콘택에 산화막(6)을 형성한다.
다음에 제3도에 도시된 바와 같이 상기 결과물 전면에 불순물에 도핑되지 않은 폴리실리콘(Undoped polysilicon)(7)을 증착한다.
이어서 제4도에 도시된 바와 같이 포토레지스트(PR)를 도포하고 포토리소그래피공정을 통해 안티퓨즈가 형성될 부분에만 상기 폴리실리콘층(7)이 남도록 패터닝하여 소정 패턴의 폴리실리콘층(8)을 형성한다.
다음에 제5도에 도시된 바와 같이 포토레지스트(PR)를 도포하고 포토리소그래피공정을 통해 금속콘택을 형성한다.
이어서 제6도에 도시된 바와 같이 포토레지스트를 제거한 후, 상기 결과물 전면에 금속을 증착한 후, 포토리소그래피공정에 의해 금속배선(10)을 형성한다.
상기한 종래의 안티퓨즈 형성방법들에 있어서는, 일반적인 MOS공정에 PID형성공정을 적용할 경우 안티퓨즈콘택 형성을 위한 포토리소그래피공정 및 상기 불순물이 도핑되지 않은 폴리실리콘층(Undoped polysilicon) 패터닝을 위한 포토리소그래피공정등으로 제조공정이 복잡하며, 안티퓨즈층이 산화막/불순물이 도핑되지 않은 폴리실리콘층(Undoped polysilicon)의 구조로 구성되므로 안티퓨즈층 두께의 조절이 불리하며, 불순물이 도핑되지 않은 폴리실리콘층의 추가에 따른 안티퓨즈의 캐패시턴스 변화가 크고 누설전류가 문제가 된다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, PID 제조공정을 최소한의 포토리소그래피공정에 의해 MOS 공정에 적용할 수 있으며, 금속산화막을 안티퓨즈막질로 사용함으로써 막질의 두께조절 및 누설전류의 감소가 가능한 PID제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 반도체기판상에 하부도전층을 형성하는 공정; 상기 하부도전층상에 절연층을 형성하는 공정; 상기 하부도전층의 소정부분을 노출시키기 위해 상기 절연층에 안티퓨즈 콘택개구부 및 금속 콘택개구부를 동시에 형성하는 공정; 상기 결과물 전면에 금속산화막을 형성하는 공정; 상기 안티퓨즈 콘택영역에만 상기 금속산화막을 남기는 공정; 및 상기 결과물 전면에 금속을 증착한 후 이를 소정패턴으로 패터닝하여 상기 안티퓨즈 콘택영역의 상기 남아 있는 금속산화막의 상부 및 상기 금속 콘택영역상에 상부 도전층을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 프로그램가능한 접속소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 금속산화막은 금속을 증착한 후 산화공정에 의해 상기 금속을 산화시켜 형성한다.
상기 금속으로는 Ti, Al, Ba, Ge, Sn, Be, Nb 및 Ta중에서 선택한 어느 하나를 사용하여 금속산화막을 형성한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 금속산화막은 금속가스를 산소플라즈마에 통과시켜 형성한다.
상기 상부전층은 반도체기판에 형성된 불순물확산영역, 불순물이 도우프된 폴리실리콘층, 폴리사이드층 또는 반도체기판의 도전영역일 수 있다.
본 발명에 의한 PID용 안티퓨즈 제조방법은 PID용 안티퓨즈 콘택과 금속콘택을 동시에 형성하는 공정과 안티퓨즈 막질로서 금속산화막을 형성하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제7도 내지 제11도를 참조하여 본 발명에 의한 PID용 안티퓨즈 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제7도를 참조하면, 실리콘기판(21)상에 통상의 MOS 공정에 의해 필드산화막(22), 게이트전극(23) 및 소오스/드레인영역(24)을 형성하고 전면에 절연층(25)을 형성한 후 포토리소그래피공정에 의해 상기 절연층(5)에 안티퓨즈 콘택개구부(26)와 금속콘택개구부(27)를 동시에 형성한다.
이어서 제8도를 참조하면, 상기 결과물상에 금속층(28)을 얇게 증착한다.
다음에 제9도를 참조하면, 산화공정을 진행하여 상기 형성된 금속층을 산화시켜 금속산화막(29)을 형성한다.
이어서 제10도를 참조하면, 포토리소그래피공정을 통해 상기 안티퓨즈 콘택부분에만 상기 금속산화막(29)을 남기고 나머지 부분에 형성된 금속산화막은 제거한다.
다음에 제11도를 참조하면, 상기 결과물 전면에 금속을 증착한 후 이를 포토리소그래피공정에 의해 소정패턴으로 패터닝하여 금속배선(30)을 형성한다.
상기한 바와 같이 본 발명은 안티퓨즈콘택과 금속패턴을 동시에 형성함으로써 제조공정을 단순화시킬 수 있다. 또한, 안티퓨즈 산화막/불순물이 도핑되지 않은 폴리실리콘으로 된 안티퓨즈구조를 금속산화막으로 된 안티퓨즈구조로 바꿈으로써 안티퓨즈막두께의 조절이 용이하게 되며, 누설전류를 감소시키는 효과가 생긴다.
이하, 본 발명의 일실시예를 도면에 참조하여 설명하면 다음과 같다.
제7도 내지 제11도에 본 발명에 의한 PID용 안티퓨즈 제조방법을 도시하였다.
먼저, 제7도에 도시한 바와 같이 실리콘기판(21)상에 통상의 MOS공정에 의해 필드산화막(22), 게이트 전극(23) 및 소오스/드레인영역(24)을 형성하고 전면에 절연층(25)으로서, 예컨대 산화막을 형성한 후, 포토리소그래피공정에 의해 상기 산화막(5)에 안티퓨즈 콘택개구부(26)와 금속콘택개구부(27)를 동시에 형성한다.
이어서 제8도에 도시한 바와 같이 상기 결과물상에 금속층(28)으로서, 예컨대 Ti, Al, Sn, Ta, Ba, Ge, Be, Nb 중에서 선택한 어느 하나를 100Å~500Å 정도의 두께로 얇게 증착한다.
다음에 제9도에 도시한 바와 같이 450℃~800℃의 온도범위에서 산화공정을 진행하여 상기 형성된 금속층을 산화시켜 금속산화막(29)을 형성한다.
이때, 상기 금속산화막을 형성하는 공정을 제8도 및 제9도에 도시한 바와 같이 금속층을 먼저 형성한 후 이를 산화시키는 공정을 이용하지 않고, 금속가스를 산소플라즈마에 통과시켜 금속산화물을 형성할 수도 있다.
이어서 제10도에 도시한 바와 같이 포토리소그래피공정을 통해 상기 안티퓨즈 콘택부분에만 상기 금속산화막(29)을 남기고 나머지 부분에 형성된 금속산화막은 제거한다.
다음에 제11도에 도시된 바와 같이 상기 결과물을 전면에 금속을 증착한 후 이를 포토리소그래피공정에 의해 소정패턴으로 패터닝하여 금속배선(30)을 형성한다.
상기 금속산화막을 Al을 이용하여 형성할 경우, 상술한 바와 하나의 챔버(Chamber)내에서 산소플라즈마에 Al가스를 흘려주어 Al2O3의 금속산화막을 형성한 후, 동일한 챔버내에서 타갯(Target)만 변경하여(인시이튜(in-situ)로 Al(1% Si+0.5% Cu를 함유하는)을 증착함으로써 금속배선을 형성할 수 있으므로 현재의 스퍼터(Sputter)장비에서 쉽게 적용시킬 수 있으며, 금속산화막 형성후에 행해지는 후속공정인 금속배선의 형성을 하나의 장비내에서 용이하게 형성할 수 있다.
상술한 본 발명에 의하면, 안티퓨즈 콘택과 금속콘택을 동시에 형성함으로써 이를 각각 형성하던 종래방법 보다 공정을 단순화시킬 수 있으며, 종래의 산화막/불순물이 도핑되지 않은 폴리실리콘구조로 이루어진 안티퓨즈구조를 금속산화막으로 대체함으로써 안티퓨즈막의 두께조절이 용이하게 되며 누설전류가 감소하게 된다. 특히, Al2O3와 같은 금속산화막은 Na+이온의 확산에 강한 배리어(barrier)로 작용하여 소자를 신뢰성을 향상시킨다.
이상, 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 최소한의 포토리소그래피공정에 의해 PID용 안티퓨즈를 형성할 수 있으며, 금속산화막을 안티퓨즈막으로 사용함으로써 막질의 두께를 조절할 수 있고 누절전류를 감소시킬 수 있어 안정된 소자동작을 얻을 수 있다.

Claims (6)

  1. 반도체기판상에 하부도전층을 형성하는 공정; 상기 하부도전층상에 절연층을 형성하는 공정; 상기 하부도전층의 소정부분을 노출시키기 위해 상기 절연층에 안티퓨즈 콘택개구부 및 금속 콘택개구부를 동시에 형성하는 공정; 상기 결과를 전면에 금속산화막을 형성하는 공정; 사기 안티퓨즈 콘택영역에만 상기 금속산화막을 남기는 공정; 및 상기 결과물 전면에 금속을 증착한 후 이를 소정패턴으로 패터닝하여 상기 안티퓨즈 콘택영역의 상기 남아 있는 금속산화막의 상부 및 상기 금속 콘택영역상에 상부도전층을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속산화막은 금속을 증착한 후 산화공정에 의해 상기 금속을 산화시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 금속은 Ti, Al, Ba, Ge, Sn, Be, Nb 및 Ta 중에서 선택한 어느 하나임을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 산화공정은 400℃~800℃의 온도범위내에서 행하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 금속산화막은 금속가스를 산소플라즈마에 통과시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 상부도전층은 반도체기판에 형성된 불순물확산영역, 불순물이 도우프된 폴리실리콘층, 폴리사이드층 또는 반도체기판의 도전영역임을 특징으로 하는 프로그램 가능한 접속소자의 제조방법.
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