KR960000363B1 - Semiconductor device and fabricating method thereof - Google Patents

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Abstract

a lower wiring layer formed on a semiconductor substrate; the first interlayer insulating film formed for enveloping the lower wiring layer; the contact part formed on the first interlayer insulating film to expose the part of the lower wiring layer; an upper wiring layer connecting tungsten silycide layer with the contact pad by connecting the lower wiring layer through the first contact part .

Description

반도체장치 및 그 제조방법Semiconductor device and manufacturing method

제1도는 텅스텐 폴리사이드로 이루어진 콘택패드를 구비한 종래 배선막구조를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing a conventional wiring film structure having a contact pad made of tungsten polyside.

제2도는 상기 제1도의 배선막구조에서 디자인룰의 감소에 따라 상부배선층이 침적되지 못하였고, 또한 보이드가 형성된 상태를 나타낸 단면도.2 is a cross-sectional view showing a state in which an upper wiring layer is not deposited and voids are formed due to a decrease in design rules in the wiring film structure of FIG.

제3도는 본 발명에 의한 배선막구조를 나타낸 단면도.3 is a cross-sectional view showing a wiring film structure according to the present invention.

제4a도 내지 제4d도는 상기 제3도의 배선막구조의 형성방법을 나타낸 공정순서도.4A to 4D are process flow charts showing a method of forming the wiring film structure of FIG.

제5a도는 접촉저항 실험을 위해 사용한 종래의 배선막구조를 나타낸 단면도.Figure 5a is a cross-sectional view showing a conventional wiring film structure used for the contact resistance experiment.

제5b도는 접촉저항 실험을 위해 사용한 본 발명의 배선막구조를 나타낸 단면도.Figure 5b is a cross-sectional view showing the wiring film structure of the present invention used for the contact resistance experiment.

제6도는 상기 제5a도 및 제5b도의 배선막구조를 사용하여 얻어진 접촉저항의 실험값을 나타낸 그래프.6 is a graph showing experimental values of contact resistance obtained using the wiring film structures of FIGS. 5A and 5B.

본 발명은 반도체장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 접촉저항을 감소시키기 위한 배선막구조 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a method for manufacturing a wiring film structure for reducing contact resistance.

집적회로의 소자가 미세화되고 고집적화 됨에 따라, 다결정실리콘의 게이트전극이나 소오스 및 드레인 확산영역을 금속배선과 접속시켜 주기 위한 콘택트 홀(contact hole)의 면적이 매우 작아지고 있고, 또한 확산영역의 PN 접합 깊이도 점점 얇아지게 되므로서 배선의 접촉저항이 증대되고, 배선형성에 따른 PN 접합이 파괴되어 가는 것이 큰 문제로 대두되고 있다. 또한, 현실의 소자 미세화는 가로방향 치수의 축소가 주된 것이기 때문에 고집적화에 따라 표면단차의 어스펙트 비(aspect ratio)가 증대한다. 따라서, 일반적인 스퍼터링법에 의해 형성되는 금속배선막의 피복력이 악화되어 배선이 단선되어지는 문제가 발생되고, 이로인해 소자의 신뢰성을 크게 저하시키는 문제점이 발생된다.As the elements of integrated circuits become finer and more integrated, the area of contact holes for connecting the gate electrodes or the source and drain diffusion regions of polycrystalline silicon with the metal wiring becomes very small, and the PN junctions of the diffusion regions are also very small. As the depth becomes thinner, the contact resistance of the wiring is increased, and the PN junction is destroyed due to the wiring formation. In addition, since the reduction of the lateral dimension is a main factor in the actual device miniaturization, the aspect ratio of the surface step increases with high integration. Therefore, the coating power of the metal wiring film formed by the general sputtering method is deteriorated and the wiring is broken, thereby causing a problem of greatly lowering the reliability of the device.

이에, 상기와 같은 문제점-즉 접촉저항의 증대 및 콘택트 홀의 어스펙트 비 증대-을 해결하기 위하여 상부배선층 및 하부배선층의 사이에 콘택패드(contact pad)라고 불리우는 도전층을 개재시키는 기술이 제시되었는데, 상기 콘택패드의 도전층으로는 폴리실리콘층위에 텅스텐실리사이드(WSi)층을 적층한 구조(이하, ′텅스텐 폴리사이드′라 칭함)가 일반적으로 사용되고 있다.Accordingly, in order to solve the above problems, namely, increase in contact resistance and increase in aspect ratio of contact holes, a technique of interposing a conductive layer called a contact pad between an upper wiring layer and a lower wiring layer has been proposed. As the conductive layer of the contact pad, a structure in which a tungsten silicide (WSi) layer is laminated on a polysilicon layer (hereinafter referred to as 'tungsten polyside') is generally used.

상기 텅스텐 폴리사이드로 이루어진 콘택패드를 구비한 종래 배선막구조는 제1도에 도시된 바와 같으며, 이를 제조공정을 통하여 살펴보면 다음과 같다.The conventional interconnection film structure having the contact pad made of the tungsten polyside is as shown in FIG. 1, which is described below through a manufacturing process.

제1도를 참조하면, 먼저 반도체기판(100)상에 필드산화막(101)을 형성하여 소자분리영역과 소자형성영역을 한정하고, 상기 소자형성 영역상에 하부배선층(1)(상기 제1도에는 확산영역을 예로들어 나타내었지만 상기 반도체기판상에 형성된 도전층의 패턴일 수도 있다)을 형성한 후, 결과물 전면에 제1층간절연막(3)을 형성한다. 이어서, 상기 제 1층간절연막 위에 포토레지스트 도포, 마스크노광 및 현상등의 공정을 거쳐 원하는 크기의 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 이 포토레지스트 패턴을 적용하여 상기 제 1층간절연막을 식각함으로써 원하는 부위에, 상기 하부배선층을 노출시키기 위한 제1콘택트홀을 형성한다.Referring to FIG. 1, first, a field oxide film 101 is formed on a semiconductor substrate 100 to define a device isolation region and a device formation region, and a lower wiring layer 1 on the device formation region (see FIG. 1). The diffusion region is illustrated as an example, but may be a pattern of a conductive layer formed on the semiconductor substrate), and then the first interlayer insulating film 3 is formed on the entire surface of the resultant. Subsequently, a photoresist pattern having a desired size is formed on the first interlayer insulating film through photoresist coating, mask exposure and development, and then the photoresist pattern is applied to etch the first interlayer insulating film to a desired portion. A first contact hole is formed to expose the lower wiring layer.

상기 제1콘택트홀 형성 후, 결과물 전면에 콘택패드 형성을 위한 도전층, 예컨대 불순물이 도우핑된 폴리실리콘층(5a) 및 텅스텐 실리사이드층(5b)을 차례로 적층한 후 패터닝함으로써 텅스텐 폴리사이드로 이루어진 콘택패드(5)를 형성하고, 결과물 전면에 제2층간절연막(7)을 형성한다. 이어서, 상기 제 2층간절연막 위에 포토레지스트 도포, 마스크노광 및 현상등의 공정을 거쳐 원하는 크기의 포토레지스트 패턴을 형성후, 이 포토레지스트 패턴을 적용하여 상기 제2층간절연막을 식각함으로써 원하는 부위에, 상기 하부배선층(1)과 연결되는 콘택패드(5)를 노출시키기 위한 제2콘택트홀을 형성한다.After forming the first contact hole, a conductive layer for forming a contact pad, for example, a polysilicon layer 5a and a tungsten silicide layer 5b doped with impurities, are sequentially stacked and patterned on the entire surface of the resultant to form a tungsten polyside. The contact pads 5 are formed, and a second interlayer insulating film 7 is formed on the entire surface of the resultant. Subsequently, a photoresist pattern having a desired size is formed on the second interlayer insulating film through a process such as photoresist coating, mask exposure and development, and then the photoresist pattern is applied to etch the second interlayer insulating film to a desired portion. A second contact hole for exposing the contact pad 5 connected to the lower wiring layer 1 is formed.

상기 제 2콘택트홀의 형성 후, 결과물 전면에 장벽금속층(9), 예컨대 티타늄 (Ti), 혹은 티타늄과 티타늄나이트라이드(TiN)의 이중층, 및 상부배선층 (11), 예컨대 알루미늄 혹은 알루미늄합금을 차례로 증착함으로써 하부배선층(1)과 상부배선층(11)을 연결시킨다.After the formation of the second contact hole, a barrier metal layer 9, for example titanium (Ti), or a double layer of titanium and titanium nitride (TiN), and an upper wiring layer 11, for example, aluminum or an aluminum alloy, are sequentially deposited on the entire surface of the resultant. As a result, the lower wiring layer 1 and the upper wiring layer 11 are connected.

상술한 바와 같이 종래 배선막의 제조방법은 층간절연막으로 통상 HTO(High Temperature Oxide)막, 혹은 BPSG(Boro-Phosphorus Silicate Glass)막과 같은 산화막을 사용하여, 열처리공정을 거치기 때문에 상기 폴리사이드로 이루어지는 콘택패드중 하부의 텅스텐 실리사이드층이 일부산화되고, 그 조성이 변화된다. 따라서 상부배선층을 연결하고자 할때 접촉저항이 크고, 그 값의 변화가 매우 심한 문제점이 있다.As described above, the conventional method for manufacturing a wiring film is a contact made of polyside because it is subjected to a heat treatment process using an oxide film such as a high temperature oxide (HTO) film or a BOSG (Boro-Phosphorus Silicate Glass) film as an interlayer insulating film. The lower tungsten silicide layer in the pad is partially oxidized and its composition is changed. Therefore, when trying to connect the upper wiring layer, the contact resistance is large, there is a problem that the value change is very severe.

텅스텐 폴리사이드로 이루어지는 콘택패드와 상부배선층의 접촉저항이 수kΩ에서 수 십kΩ으로(콘택트홀의 사이즈가 0.6㎛일때), 예상치(수백Ω)보다 크고, 값의 변화가 상기 콘택패드가 형성될 위치나 공정에 따라 심하며, 재현성이 나쁜데 있다.The contact resistance of the contact pad made of tungsten polyside and the upper wiring layer is from several kΩ to several tens of kΩ (when the contact hole has a size of 0.6 µm), which is larger than the expected value (hundreds of Ω) and where the change in value is formed. It is severe depending on process and is bad in reproducibility.

또한, 반도체소자의 종류와 디자인룰에 따라 어스펙트 비는 달라지는데, 예를들어 상기 반도체소자의 고집적화에 따른 디자인룰의 감소로 인하여 상기 하부배선층의 패턴 사이즈(size)가 작아지고, 콘택패드 사이즈가 작아져야 하는데, 제2도에 도시된 바와 같이, 상기 장벽금속층 및 상부배선층이 제대로 피복되지 못하는 문제점이 발생된다. 또 다른예로, 상기 상부배선층 형성시 상기 제 2콘택트홀내에 보이드(void)가 발생되는 문제점도 일어나게 된다.In addition, the aspect ratio varies according to the type and design rule of the semiconductor device. For example, the pattern size of the lower wiring layer is reduced and the contact pad size is reduced due to the reduction of the design rule due to the high integration of the semiconductor device. As shown in FIG. 2, a problem arises in that the barrier metal layer and the upper wiring layer are not properly covered. As another example, a void may occur in the second contact hole when the upper wiring layer is formed.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 콘택패드 기술을 개량하여 접촉저항을 줄일 수 있는 배선막구조를 제공하는데 있다.Therefore, an object of the present invention is to provide a wiring film structure that can reduce the contact resistance by improving the contact pad technology to solve the problems of the prior art as described above.

본 발명의 다른 목적은 상기한 구조의 배선막을 효율적으로 제조할 수 있는 배선막구조의 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a wiring film structure which can efficiently produce a wiring film having the above structure.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체기판상에 형성된 하부배선층 ; 상기 하부배선층을 덮도록 형성된 제1층간절연막 ; 상기 하부배선층의 일부를 노출시키기 위하여 상기 제 1층간절연막에 형성된 제1콘택트홀 ; 상기 제1콘택트홀을 통하여 상기 하부배선층과 연결되되, 텅스텐 실리사이드층을 샌드위치 구조로 포함하는 콘택패드 ; 및 상기 콘택패드와 연결된 상부배선층을 구비함을 특징으로 한다.The present invention to achieve the above object, the lower wiring layer formed on the semiconductor substrate; A first interlayer insulating film formed to cover the lower wiring layer; A first contact hole formed in the first interlayer insulating film to expose a portion of the lower wiring layer; A contact pad connected to the lower interconnection layer through the first contact hole and including a tungsten silicide layer in a sandwich structure; And an upper wiring layer connected to the contact pad.

상기한 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, 반도체기판상에 하부배선층을 형성하는 공정; 상기 하부배선층을 덮도록 제 1층간절연막을 형성하는 공정 ; 상기 제1층간절연막에, 상기 하부배선층의 일부를 노출시키기 위한, 제1콘택트홀을 형성하는 공정 ; 상기 제1콘택트홀을 통하여 상기 하부배선층과 연결되되, 텅스텐-실리사이드층을 샌드위치 구조로 포함하는 콘택패드를 형성하는 공정 ; 상기 콘택패드를 덮도록 제2층간절연막을 형성하는 공정; 상기 제2층간절연막에, 상기 콘택패드의 일부를 노출시키기 위한, 제 2콘택트홀을 형성하는 공정; 및 상기 제2콘택트홀을 통하여 상기 콘택패드와 연결되는 상부배선층을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a lower wiring layer on a semiconductor substrate; Forming a first interlayer insulating film to cover the lower wiring layer; Forming a first contact hole in the first interlayer insulating film to expose a portion of the lower wiring layer; Forming a contact pad connected to the lower interconnection layer through the first contact hole and including a tungsten-silicide layer in a sandwich structure; Forming a second interlayer insulating film to cover the contact pads; Forming a second contact hole in the second interlayer insulating film to expose a portion of the contact pad; And forming an upper wiring layer connected to the contact pad through the second contact hole.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 첨부되는 도면들중 동일한 부분은 동일한 참조부호를 사용하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention. Like parts in the accompanying drawings will be denoted by the same reference numerals.

제3도는 본 발명에 따른 배선막구조를 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a wiring film structure according to the present invention.

제3도를 참조하면, 먼저 반도체기판(100)상에 소자분리영역과 소자형성영역을 한정하기 위한 필드산화막(101)이 형성되어 있고, 상기 소자형성영역상에 하부배선층(1), 예컨대 불순물 확산영역이 형성되어 있으며, 상기 하부배선층(1)의 일부가 제1층간절연막(3)에 형성된 제1콘택트홀에 의해 노출되어, 불순물이 도우핑된 폴리실리콘/텅스텐 실리사이드/불순물이 도우핑된 폴리실리콘의 적층구조로 이루어진 콘택패드(5)와 연결되어 있고, 상기 콘택패드(5)의 일부가 제2층간절연막(7)에 형성된 제2콘택트홀에 의해 노출되어, 장벽금속층(9) 및 상부배선층(11)과 연결되되, 상기 콘택패드(5)와 장벽금속층(9)의 사이의 제2콘택트홀내에 불순물이 도우핑된 폴리실리콘 플러그(plug)(8)를 개재시킨다.Referring to FIG. 3, first, a field oxide film 101 is formed on a semiconductor substrate 100 to define a device isolation region and a device formation region, and the lower wiring layer 1, for example, an impurity, is formed on the device formation region. The diffusion region is formed, and a part of the lower wiring layer 1 is exposed by the first contact hole formed in the first interlayer insulating layer 3, and the doped polysilicon / tungsten silicide / impurity is doped. It is connected to a contact pad 5 made of a polysilicon stack structure, a part of the contact pad 5 is exposed by a second contact hole formed in the second interlayer insulating film 7, the barrier metal layer 9 and A polysilicon plug 8 connected to the upper interconnection layer 11 and doped with impurities in the second contact hole between the contact pad 5 and the barrier metal layer 9 is interposed therebetween.

제4a도 내지 제4d도는 상기 제3도의 배선막구조의 형성방법을 나타낸 공정순서도이다.4A to 4D are process flowcharts showing the method of forming the wiring film structure of FIG.

제4a도는 하부배선층(1) 및 제1콘택트흘(CH1)의 형성공정을 도시한 것으로, 먼저 반도체기판(100)상에 필드산화막(101)을 형성하여 소자분리영역과 소자형성영역을 한정하고, 상기 소자형성영역상에 하부배선층(1), 예컨대 불순물 확산영역을 형성하고, 결과물 전면에 제1층간절연막(3), 예컨대 HTO막 혹은 BPSG막을 형성한 후, 상기 제1층간 절연막상에 포토레지스트 도포, 마스크노광 및 현상등의 공정을 거쳐 원하는 크기의 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴을 적용하여 상기 제1층간절연막을 식각함으로써 원하는 부위에 상기 하부배선층을 노출시키기 위한 제1콘택트홀(CH1)을 형성한다.4A illustrates a process of forming the lower wiring layer 1 and the first contact channel CH1. First, a field oxide film 101 is formed on the semiconductor substrate 100 to define device isolation regions and device formation regions. A lower interconnection layer 1, for example, an impurity diffusion region, is formed on the device formation region, and a first interlayer insulating film 3, for example, an HTO film or a BPSG film, is formed on the entire surface of the resultant product, and then a photo is formed on the first interlayer insulating film. Through the process of resist coating, mask exposure and development, a photoresist pattern having a desired size is formed. Subsequently, the first interlayer insulating layer is etched by applying the photoresist pattern to form a first contact hole CH1 for exposing the lower wiring layer to a desired portion.

제4b도는 콘택패드(5)의 형성공정을 도시한 것으로, 상기 제1콘택트홀의 형성 후 결과물 전면에 제1도전층(5A) 예컨대 불순물이 도우핑된 폴리실리콘, 제2도전층(5B) 예컨대 텅스텐 실리사이드, 및 제3도전층(5C)예컨대 불순물이 도우핑된 폴리실리콘, 혹은 불순물이 도우핑되지 않은 폴리실리콘, 흑은 아몰퍼스 (amorphous) 실리콘을 차례로 각각 형성한 후, 패터닝함으로써 텅스텐 실리사이드가 실리콘 사이에 샌드위치 구조로 들어간 콘택패드(5)를 완성한다. 이때, 상기 텅스텐 실리사이드는 실리콘에 의해 덮혀 있기 때문에, 종래기술에서 문제시되던, 계속되는 후속공정으로(열처리공정)인한 산화반응이나, 조성의 변화를 방지할 수 있다.FIG. 4B illustrates a process of forming the contact pad 5. The first conductive layer 5A, for example, the polysilicon and the second conductive layer 5B doped with impurities, are formed on the entire surface of the resultant after the first contact hole is formed. Tungsten silicide, and the third conductive layer 5C, such as polysilicon doped with impurities, polysilicon doped with impurities, black or amorphous silicon, are formed in turn, and then tungsten silicide is formed by silicon patterning. The contact pad 5 which entered into the sandwich structure between them is completed. At this time, since the tungsten silicide is covered with silicon, it is possible to prevent the oxidation reaction or the change of composition due to the subsequent subsequent step (heat treatment step), which is a problem in the prior art.

제4c도는 제2콘택트홀(CH2)의 형성공정을 도시한 것으로, 상기 콘택패드(5) 형성공정 후 결과물 전면에 제2층간절연막(7), 예컨대 HTO막 혹은 BPSG막을 형성한 후, 상기 제2층간절연막상에 포토레지스트 도포, 마스크노광 및 현상등의 공정을 거쳐 원하는 크기의 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴을 적용하여 상기 제2층간절연막을 식각함으로써 원하는 부위에 상기 하부배선층을 노출시키기 위한 제 2콘택트홀(CH2)을 형성한다.FIG. 4C illustrates a process of forming the second contact hole CH2. After the process of forming the contact pad 5, the second interlayer insulating film 7, for example, the HTO film or the BPSG film is formed on the entire surface of the resultant material. A photoresist pattern having a desired size is formed on the interlayer insulating film by a process such as photoresist coating, mask exposure and development. Subsequently, the second interlayer insulating layer is etched by applying the photoresist pattern to form a second contact hole CH2 for exposing the lower wiring layer to a desired portion.

제4d도는 제4도전층 플러그(8), 장벽금속층(9), 및 상부배선층(11)의 형성공정을 도시한 것으로, 먼저 상기 제2콘택트홀이 형성된 결과물 전면에, 상기 제2콘택트홀내를 채우기 위한 제4도전층, 예컨대 불순물이 도우핑된 폴리실리콘(혹은 불순물이 도우핑된 아몰퍼스 실리콘)을 침적하고, 이어서 에치백(etch back) 공정을 실시함으로써, 도시된 바와 같이, 상기 제2콘택트홀내에만 제 4도전층 플러그(8), 즉 불순물이 도우핑된 폴리실리콘 플러그(혹은 불순물이 도우핑된 아몰퍼스실리콘 플러그)를 형성한다. 상기 폴리실리콘 플러그(8)가 형성된 결과물 전면에 장벽금속층(9) 예컨대 티타늄, 혹은 티타늄과 티타늄나이트리이드의 이중층 및 상부배선층 (11), 예컨대 알루미늄 혹은 알루미늄합금을 차례로 증착함으로써 하부배선층(1)과 상부배선층(11)을 연결시 킨다.4d illustrates a process of forming the fourth conductive layer plug 8, the barrier metal layer 9, and the upper wiring layer 11. First, the inside of the second contact hole is formed on the entire surface of the resultant product in which the second contact hole is formed. By depositing a fourth conductive layer for filling, such as polysilicon doped with impurities (or amorphous silicon doped with impurities), and then performing an etch back process, as shown, the second contact A fourth conductive layer plug 8, i.e., a polysilicon plug doped with impurities (or an amorphous silicon plug doped with impurities) is formed only in the hole. The lower wiring layer 1 and the lower barrier layer 1 are deposited by sequentially depositing a barrier metal layer 9 such as titanium, or a double layer of titanium and titanium nitride, and an upper wiring layer 11, such as aluminum or an aluminum alloy, on the entire surface of the product on which the polysilicon plug 8 is formed. The upper wiring layer 11 is connected.

제5a도는 접촉저항 실험을 위해 사용한 종래의 배선막구조를 나타낸 단면도이고, 제5b도는 접촉저항 실험을 위해 사용한 본 발명의 배선막구조를 나타낸 단면도이다.Figure 5a is a cross-sectional view showing a conventional wiring film structure used for the contact resistance experiment, Figure 5b is a cross-sectional view showing the wiring film structure of the present invention used for the contact resistance experiment.

제5a도 및 제5b도를 참조하면, 도시된 바와 같이 도전층 플러그(8) 예컨대 폴리실리콘 플러그와 콘택패드(5) 사이의 저항개선을 확실히 살펴보기 위하여 소자형성영역은 제외한 구조를 나타내었다. 제5a도는 종래방법에 의한 배선막구조이고, 제5b도는 본 발명에 의한 배선막구조로서, 실험을 위한 데이타를 살펴보면 폴리실리콘 플러그(8)가 형성되어 있는 콘택트 홀의 크기는 직경이 0.6㎛, 상기 폴리실리콘 플러그(8)의 높이는 약 3000Å 정도이다. 또한, 상기 제 2도전층(5b)인 텅스텐 실리사이드층의 두께는, 제5a도 및 제5b도에서 각각 1500Å 및 1000Å이고, 제1 및 제3도전층(5A,5C)의 두께는 각각 500Å 정도이다.Referring to FIGS. 5A and 5B, a structure except the device forming region is illustrated to clearly check resistance improvement between the conductive layer plug 8, for example, the polysilicon plug and the contact pad 5. FIG. 5A is a wiring film structure according to the conventional method, and FIG. 5B is a wiring film structure according to the present invention. Referring to the data for the experiment, the contact hole in which the polysilicon plug 8 is formed is 0.6 µm in diameter. The height of the polysilicon plug 8 is about 3000 mm 3. The thickness of the tungsten silicide layer, which is the second conductive layer 5b, is 1500 kPa and 1000 kPa in FIGS. 5A and 5B, respectively, and the thickness of the first and third conductive layers 5A and 5C is about 500 kPa, respectively. to be.

제6도는 상기 제5a도 및 제5b도의 배선막구조를 사용하며 얻어진 접촉저항의 실험값을 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing experimental values of contact resistance obtained using the wiring film structures shown in FIGS. 5A and 5B.

제6도를 참조하면, 도시된 상기 제6도의 그래프는 상기 제5a도 및 제5b도의 구조를 200개 직렬 연결하여 저항을 측정한 후 400으로 나눈 저항값으로, 콘택트 하나당 저항값에 해당한다. X축은 웨이퍼번호(wafer #)를, Y축은 접촉저항(contact resistance)을 각각 나타낸다. 상기 웨이퍼번호 Wl~Wl6은 상기 제5a도의 종래 배선막 구조에서 얻어지는 저항값을 나타낸 것으로, 웨이퍼내의 위치별로 저항값의 변화가 매우 심하고, 재현성(reproducibility)이 없음을 나타내고 있으며, 웨이퍼번호 W20은 상기 제5b도의 본 발명에 의한 배선막구조에서 얻어지는 저항값을 나타낸 것으로, 본 발명의 텅스텐 실리사이드층을 샌드위치 구조로 포함하는 콘택패드에 의해 접촉저항값이 500Ω 이하로 떨어지고, 웨이퍼내의 균일성(uniformity)이 좋음을 보여준다.Referring to FIG. 6, the graph of FIG. 6 is a resistance value obtained by dividing the structure of FIGS. 5A and 5B in series by measuring 200 and dividing by 400, and corresponds to a resistance value per contact. The X axis represents wafer # and the Y axis represents contact resistance, respectively. The wafer numbers Wl to Wl6 represent the resistance values obtained in the conventional wiring film structure of FIG. 5a, indicating that the resistance value is very changeable for each position in the wafer, and there is no reproducibility. The resistance value obtained in the wiring film structure according to the present invention shown in FIG. 5B is shown. The contact resistance value of the tungsten silicide layer of the present invention in a sandwich structure drops to 500 Ω or less, and the uniformity in the wafer is achieved. This shows good.

여기서, 상기 제6도에 도시된 바와 같이, 하나의 웨이퍼는 6개의 저항값을 갖게 되는데, 이는 웨이퍼의 플랫(flats)면을 기준으로 하여, 이 플랫면 부위를 웨이퍼의 저부(bottom)로, 상기 플랫면으로부터 가장 멀리 떨어져 있는 부위를 상부(top)로, 상기 저부와 상부의 중간부위를 센타(center)로 하고, 상기 플랫면을 기준으로 오른쪽부위(right)와 왼쪽부위(left)를 나누었을때 상 각 부위의 저항값과, 이들(5부분)의 평균값(average)를 나타낸 것이다.Here, as shown in FIG. 6, one wafer has six resistance values, which are based on the flat surface of the wafer, and the flat surface portion is the bottom of the wafer. The part farthest from the flat surface is at the top, the middle part of the bottom and the top is at the center, and the right and left parts are divided based on the flat surface. It shows the resistance of each part and the average of these (5 parts).

상술한 본 발명을, 상기 불순물 확산영역을 하부배선층으로 하는 구조에 적용하는데 그치지 않고, 하부배선층으로 트랜지스터의 게이트 전극(동일한 기능으로 사용되는 것으로, 메모리장치인 DRAM(SRAM)의 트랜지스터의 게이트전극), 흑은 텅스텐 실리사이드층을 샌드위치 구조로 포함하는 콘택패드등의 다른 구조에도 본 발명의 기술적 사상이 한정하는 범위내로 확장하여 적용할 수 있음은 물론이다.The present invention described above is not only applied to the structure having the impurity diffusion region as a lower wiring layer, but also a gate electrode of a transistor as a lower wiring layer (used in the same function, and used as a gate electrode of a transistor of a DRAM (SRAM) as a memory device). Of course, black may be extended to other structures, such as a contact pad including a tungsten silicide layer in a sandwich structure, within the limits of the technical idea of the present invention.

이상과 같이 본 발명에 의한 배선막구조는, 종래 상부배선층과 하부배선층을 연결시켜 주기 위한 콘택패드(통상, 텅스텐 폴리사이드)의 구성요소중 텅스텐 실리사이드가, 층간절연막인 HTO막 혹은 BPSG막의 형성 후 열처리공정시에 일부산화되거나, 그 조성이 변화하는 문제점을 제거하기 위하여, 상기 텅스텐 실리사이드층 침적 후, 불순물이 도우핑된 폴리실리콘층, 혹은 불순물이 도우핑되지 않은 폴리실리콘층, 혹은 아몰퍼스 실리콘층을 바로 침적함으로써, 상기 텅스텐 실리사이드층의 성질을 일정하게 유지하도륵 하였다.As described above, in the wiring film structure according to the present invention, tungsten silicide is a component of a contact pad (typically, tungsten polyside) for connecting the upper wiring layer and the lower wiring layer after the formation of an HTO film or a BPSG film, which is an interlayer insulating film. In order to eliminate the problem of partially oxidizing during the heat treatment process or changing its composition, after depositing the tungsten silicide layer, a polysilicon layer doped with an impurity, a polysilicon layer not doped with an impurity, or an amorphous silicon layer By directly depositing, the property of the tungsten silicide layer was kept constant.

따라서, 상부배선층과 하부배선층의 연결시 접촉저항값을 줄여주고, 이 접촉저항값의 균일성 및 재현성을 개선하여 소자의 집적도증대 및 수율향상을 기대할 수 있다.Therefore, the contact resistance value can be reduced when the upper wiring layer and the lower wiring layer are connected, and the uniformity and reproducibility of the contact resistance value can be improved, thereby increasing the integration density and improving the yield.

또한, 상기 텅스텐 실리사이드층의 성질이 일정하기 때문에 후속공정에 대한 영향을 받지 않아, 전체공정중 열처리공정에 대한 공정마아진(margin)이 크게 늘어나고, 텅스텐 실리사이드층의 리프팅(lifting) 현상도 제거 된다.In addition, since the property of the tungsten silicide layer is constant, it is not affected by the subsequent process, so that the process margin of the heat treatment process during the entire process is greatly increased, and the lifting phenomenon of the tungsten silicide layer is also eliminated.

또한, 폴리실리콘 플러그를 이용해도 접촉저항이 낮아 소자특성이 안정되기 때문에 상부배선층과 하부배선층을 연결시키기 위한 콘택트 사이즈를 더 줄여줄 수 있게 되어, 메모리 셀의 레이아웃(layout)마아진을 넓혀준다. 아울러, 반도체장치의 면적을 줄여줄 수 있어 차세대 고집적 메모리 셀 개발을 가능하게 해준다.In addition, even when the polysilicon plug is used, since the contact resistance is low and the device characteristics are stabilized, the contact size for connecting the upper wiring layer and the lower wiring layer can be further reduced, thereby increasing the layout margin of the memory cell. In addition, the area of semiconductor devices can be reduced, enabling the development of next generation highly integrated memory cells.

또한, 접촉저항값이 낮고 균일해서, 메모리 셀의 전기적특성의 불균성(unbalance) 확률을 줄여주기 때문에 동작전원전압이 낮아지더라도 셀의 안정성(stability)도 개선될 수 있다.In addition, since the contact resistance value is low and uniform, the probability of unbalance of the electrical characteristics of the memory cell is reduced, so that the stability of the cell may be improved even when the operating power supply voltage is low.

Claims (20)

하부배선층과 상부배선층을 연결시키기 위한 콘택패드를 가지는 반도체 장치에 있어서, 반도체기판상에 형성된 상기 하부배선층; 상기 하부배선층을 덮도록 형성된 제1층간절연막; 상기 하부배선층의 일부를 노출시키기 위하여 상기 제1층간절연막에 형성된 제1콘택트홀; 상기 제1콘택트홀을 통하여 상기 하부배선층과 연결되되, 텅스텐 실리사이드층을 상기 콘택패드; 및 상기 콘택패드와 연결된 상기 상부배선층을 구비함을 특징으로 하는 반도체장치.A semiconductor device having a contact pad for connecting a lower wiring layer and an upper wiring layer, the semiconductor device comprising: the lower wiring layer formed on a semiconductor substrate; A first interlayer insulating film formed to cover the lower wiring layer; A first contact hole formed in the first interlayer insulating film to expose a portion of the lower wiring layer; A contact pad connected to the lower interconnection layer through the first contact hole and having a tungsten silicide layer; And the upper wiring layer connected to the contact pad. 제 1항에 있어서, 상기 반도체장치는 상기 콘택패드와 상부배선층의 사이에, 상기 콘택패드를 덮도록 형성된 제2층간절연막 ; 상기 콘택패드의 일부를 노출시키기 위하여 상기 제2층간절연막에 형성된 제2콘택트홀; 상기 제2콘택트홀내에 형성된 도전층 플러그; 및 상기 도전층 플러그 형성 후, 결과물 전면에 형성된 장벽금속층을 더 구비함을 특징으로 하는 반도체장치.The semiconductor device of claim 1, wherein the semiconductor device comprises: a second interlayer insulating layer formed between the contact pad and the upper wiring layer to cover the contact pad; A second contact hole formed in the second interlayer insulating film to expose a portion of the contact pad; A conductive layer plug formed in the second contact hole; And a barrier metal layer formed on the entire surface of the resultant after the conductive layer plug is formed. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 콘택패드는 상기 텅스텐 실리사이드층을 사이에 두고, 그 하부층은 불순물이 도우핑된 폴리실리콘층이고, 그 상부층은 불순물이 도우핑된 폴리실리콘 혹은 불순물이 도우핑되지 않은 폴리실리콘 혹은 아몰퍼스 실리콘인 것을 특징으로 하는 반도체장치.The method of claim 1, wherein the contact pad has the tungsten silicide layer interposed therebetween, and a lower layer thereof is a polysilicon layer doped with impurities, and an upper layer thereof is polysilicon doped with impurities or doped with impurities. A semiconductor device, characterized in that it is undoped polysilicon or amorphous silicon. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제 2층간절연막은 HTO막 혹은 BPSG막인 것을 특징으로 하는 반도체장치.The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the first and second interlayer insulating films are HTO films or BPSG films. 제3항에 있어서, 상기 도전층 플러그는 불순물이 도우핑된 폴리실리콘 플러그인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.4. The semiconductor device of claim 3, wherein the conductive layer plug is a polysilicon plug doped with an impurity. 제3항에 있어서, 상기 도전층 플러그는 불순물이 도우핑된 아몰퍼스 실리콘 플러그인 것을 특징으로하는 반도체장치.4. The semiconductor device of claim 3, wherein the conductive layer plug is an amorphous silicon plug doped with impurities. 제2항에 있어서, 상기 장벽금속층은 티타늄, 혹은 티타늄과 티타늄 나이트라이드의 이중층인 것을 특징으로 하는 반도체장치.The semiconductor device according to claim 2, wherein the barrier metal layer is titanium or a double layer of titanium and titanium nitride. 제1항에 있어서, 상기 하부배선층은 불순물 확산영역인 것을 특징으로 하는 반도체장치.The semiconductor device according to claim 1, wherein the lower wiring layer is an impurity diffusion region. 제1항에 있어서, 상기 하부배선층은 트랜지스터 게이트전극인 것을 특징으로 하는 반도체장치.The semiconductor device of claim 1, wherein the lower wiring layer is a transistor gate electrode. 하부배선층과 상부배선층을 연결시키기 위한 콘택패드를 가지는 반도체장치의 제조방법에 있어서, 반도체기판상에 상기 하부배선층을 형성하는 공정; 상기 하부배선층을 덮도록 제1층간절연막을 형성하는 공정; 상기 제1층간절연막에, 상기 하부배선층의 일부를 노출시키기 위한, 제1콘택트홀을 형하는 공정; 상기 제1콘택트홀을 통하여 상기 하부배선층과 연결되되, 텅스텐 실리사이드층을 사이에 두고 그 양측에 실리콘층이 형성된 샌드위치 구조의 상기 콘택패드를 형성하는 공정 ; 상기 콘택패드를 덮도록 제2층간절연막을 형성하는 공정, 상기 제2층간절연막에, 콘택패드의 일부를 노출시키기 위한, 제 2콘택트홀을 형성하는 공정; 및 상기 제2콘택트홀을 통하여 상기 콘택패드와 연결되는 상기 상부배선층을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.A method of manufacturing a semiconductor device having a contact pad for connecting a lower wiring layer and an upper wiring layer, the method comprising: forming the lower wiring layer on a semiconductor substrate; Forming a first interlayer insulating film to cover the lower wiring layer; Forming a first contact hole in the first interlayer insulating film to expose a portion of the lower wiring layer; Forming the contact pad having a sandwich structure connected to the lower interconnection layer through the first contact hole and having a silicon layer formed at both sides thereof with a tungsten silicide layer interposed therebetween; Forming a second interlayer insulating film to cover the contact pad, and forming a second contact hole in the second interlayer insulating film to expose a portion of the contact pad; And forming the upper wiring layer connected to the contact pad through the second contact hole. 제10항에 있어서, 상기 반도체장치의 제조방법은, 상기 제2콘택트홀의 형성공정 후, 결과물 전면에 도전층을 형성하고 이어서 에치백함으로써 도전층 플러그를 형성하는 공정과; 상기 도전층 플러그의 형성후 결과물 전면에 장벽금속층 및 상기 상부배선층을 차례로 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.The method of claim 10, further comprising: forming a conductive layer plug by forming a conductive layer on the entire surface of the resultant and then etching back after forming the second contact hole; And forming the barrier metal layer and the upper wiring layer in order on the entire surface of the resultant after the formation of the conductive layer plug. 제11항에 있어서, 상기 도전층 플러그는 불순물이 도우핑된 폴리실리콘 플러그인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.12. The method of claim 11, wherein the conductive layer plug is a polysilicon plug doped with an impurity. 제11항에 있어서, 상기 도전층 플러그는 불순물이 도우핑된 아몰퍼스실리콘 플러그인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.12. The method of claim 11, wherein the conductive layer plug is an amorphous silicon plug doped with an impurity. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 콘택패드는 상기 제1콘택트홀이 형성된 결과물 전면에 제1도전층, 텅스텐 실리사이드, 및 제2도전층을 차례로 적층하여 패터닝함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.The semiconductor device of claim 10, wherein the contact pad is formed by sequentially stacking and patterning a first conductive layer, tungsten silicide, and a second conductive layer on an entire surface of a resultant in which the first contact hole is formed. Method of manufacturing the device. 제14항에 있어서, 상기 제 1도전층은 불순물이 도우핑된 폴리실리콘층인 것을 특징으로 하는 반도체장치 의 제조방법.15. The method of claim 14, wherein the first conductive layer is a polysilicon layer doped with impurities. 제15항에 있어서, 상기 제2도전층은 불순물이 도우핑된 폴리실리콘, 혹은 불순물이 도우핑되지 않은 폴리실리콘 혹은 아몰퍼스실리콘인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.16. The method of claim 15, wherein the second conductive layer is polysilicon doped with impurities or polysilicon or amorphous silicon doped with impurities. 제11항에 있어서, 상기 장벽금속층은 티타늄, 혹은 티타늄과 티타늄나이트라이드의 이중층인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.The method of claim 11, wherein the barrier metal layer is titanium or a double layer of titanium and titanium nitride. 제10항에 있어서, 상기 하부배선층은 불순물 확산영역인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.The method of claim 10, wherein the lower wiring layer is an impurity diffusion region. 제10항에 있어서, 상기 하부배선층은 트랜지스터의 게이트전극인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.The method of claim 10, wherein the lower wiring layer is a gate electrode of a transistor. 제10항에 있어서, 상기 하부배선층은 텅스텐 실리사이드층을 샌드위치 구조로 포함하는 콘택패드인것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.The method of claim 10, wherein the lower wiring layer is a contact pad including a tungsten silicide layer in a sandwich structure.
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