KR0144950B1 - 반도체장치의 층간절연막 형성방법 - Google Patents
반도체장치의 층간절연막 형성방법Info
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Abstract
반도체 장치의 층간절연막 형성방법이 개시되어 있다. 배선이 형성되어 있는 반도체기판 상에 절연막을 침적하고, 상기 절연막을 이방성 식각하여 배선의 측벽에 스페이서를 형성한다. 금속배선의 라인 스페이스에 보이드가 발생하지 않아 디자인 룰을 축소할 수 있다.
Description
제1a도 내지 제1e도는 종래의 SOG 에치백에 의한 층간절연막 평탄화 방법을 설명하기 위한 단면도들.
제2a도 내지 제2f도는 본 발명에 의한 층간절연막 형성방법을 설명하기 위한 단면도들.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10:반도체기판 12:제1금속배선
13:희생 절연막 13a:스페이서
14:하부 절연막 16:SOG
18:상부 절연막 20:제2금속배선
본 발명은 반도체 장치의 제조방법에 관한 것으로, 특히 반도체장치의 층간절연막 형성방법에 관한 것이다.
반도체장치가 고집적화됨에 따라 셀의 크기는 작아지고, 금속배선의 피치(pitch)는 감소하게 되었다. 이러한 금속배선 피치의 감소에 따라 배선저항이 증가하고 인접배선간에 형성되는 정전용량이 증가하게 되어, 원하는 소자 동작 속도를 얻을 수 없는 문제가 발생하게 되었다.
따라서 이를 해결할 수 있는 방법으로서 2층이상의 다층배선의 적용이 필요하게 되었는데, 이러한 다층배선 공정에서 1차 금속배선 패턴위에 2차 금속배선의 패턴형성을 가능하게 하기 위한 층간절연막의 평탄화 공정이 중요한 공정으로 부각하게 되었다.
이러한 다층배선의 층간절연막 평탄화 방법으로, 포토레지스트 에치백(etch-back)방법, 스핀-온-글라스(Spin-On Glass; 이하 SOG라 한다) 도포법, 바이어스-스퍼터링(bias-sputtering) 방법 및 화학기계폴리싱(Chemical Mechanical Polishing) 방법들이 현대 사용되고 있거나 개발 중에 있다.
상기한 평탄화 방법들 중에서 SOG에 의한 층간절연막 평탄화는 크게, SOG 에치백 방법과 SOG 비(non) 에치백 방법의 두가지로 분류할 수 있으나, 신뢰성 측면에서 현재 주로 사용하고 있는 방법은 샌드위치 구조의 SOG 에치백 방법이다.
제1a도 내지 제1e도는 종래의 샌드위치 구조를 갖는 SOG 에치백에 의한 층간절연막 평탄화방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
먼저, 알루미늄과 같은 금속물질로 이루어진 제1금속배선(12)이 형성되어 있는 반도체기판(10) 전면에 절연물질, 예컨대 산화물을 침적하여 버퍼층으로 이용되는 하부 절연막(14)을 형성한다(제1a도). 이어서, 상기 하부 절연막(14)이 형성된 결과물 전면에 SOG(16)를 도포한 후(제1b도), 상기 SOG(16)를 에치백한다. 이때, 상기 하부 절연막(14)도 소정깊이로 식각된다(제1c도). 다음에, 상기 결과물 전면에 절연물질, 예컨대 산화물을 침적하여 상부 절연막(18)을 형성하고(제1e도), 그 위에 제2금속배선(20)을 형성한다.
상술한 SOG 에치백에 의한 층간절연막 평탄화 방법에 의하면, 금속배선의 디자인 룰, 즉 금속배선의 폭(width)과 스페이스(space)의 축소에 대응하기가 어렵다. 다시 말하면, SOG 에치백 공정시, 버퍼층으로 사용되는 하부 절연막의 단차 도포성(step coverage)이 약 60%정도이기 때문에, 상기 하부 절연막이 두꺼워지면 금속배선의 라인 스페이스에 보이드(void;제1E도의 X 참조)가 발생하거나 SOG의 매립이 불충분한 영역이 발생하게 된다. 다음의 「표1」은 금속배선의 라인 스페이스와 하부 절연막의 두께에 따른 갭(gap)의 개구 치수를 나타낸다. 여기서, 갭은 인접한 금속배선들 사이에 하부 절연막으로 인해 형성된 공간부를 의미한다.
버퍼층으로 이용되는 하부 절연막의 두께가 3000Å 이하이면 SOG 에치백 공정시 에치백에 대한 마진이 작기 때문에, 주로 SOG 비 에치백 구조에서 사용한다. 일반적으로, SOG 에치백에 의한 평탄화 공정에서는 하부 절연막으로 4000Å 이상의 두께를 사용한다.
따라서, 상기 [표1]에 의하면, 종래의 SOG 에치백에 의한 평탄화 방법으로는 금속배선의 스페이스가 0.5μm 이하에서 보이드가 발생하거나 SOG 매립이 불충분하기 때문에 공정에 적용하기가 어렵다.
본 발명의 목적은 상술한 종래방법의 문제점을 해결할 수 있는 반도체장치의 층간절연막 형성방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 배선이 형성되어 있는 반도체기판 상에 절연막을 형성하는 단게; 및 상기 배선의 상부 표면이 노출되지 않도록 상기 절연막을 이방성 식각하여 상기 배선의 측벽을 덮는 스페이서를 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 층간절연막 형성방법을 제공한다.
본 발명이 바람직한 실시예에 의하면, 상기 스페이서를 형성하는 단계 후, 결과물 전면에 하부 절연막을 형성하는 단계; 상기 하부 절연막 상에 스핀-온-글라스를 도포하는 단계; 상기 스핀-온-글라스를 에치백하는 단계; 및 결과물 전면에 상부 절연막을 형성하는 단계를 더 구비한다.
본 발명에 의하면, 금속배선의 라인 스페이스에 보이드가 발생하지 않아 디자인 룰 축소에 따른 소자의 집적도를 증가시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
제2a도 내지 제2f도는 본 발명에 의한 층간절연막 형성방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
제2a도는 제1금속배선(12) 및 희생 절연막(13)을 형성하는 단계를 도시한다. 반도체기판(10)상에 소자, 예컨대 트랜지스터를 형성한 다음, 후속공정에서 형성될 금속배선과의 절연을 위하여 상기 소자가 형성된 반도체기판(10)전면에 절연물질을 침적하여 절연막(도시되지 않음)을 형성한다. 이어서, 상기 절연막 상에 금속물질, 예컨대 알루미늄을 침적하고 이를 리소그라피 공정으로 패터닝함으로써 제1금속배선(12)을 형성한다. 다음에, 상기 제1금속배선(12)이 형성된 결과물 전면에 절연물질, 예컨대 산화물을 침적하여 희생 절연막(13)을 형성한다. 이때, 상기 희생 절연막(13)은 금속배선의 라인 스페이스에 보이드가 발생하지 않는 두께로 형성한다.
제2b도는 상기 희생 절연막(13)을 이방성 식각하여 상기 제1금속배선(12)의 측벽을 덮는 희생 절연막으로 이루어진 스페이서(spacer:13a)를 형성하는 단계를 도시한다. 이때, 상기 제1금속배선(12)의 상부 표면이 노출되지 않도록 상기 희생 절연막(13)을 이방성 식각하는 공정을 수행한다. 이때, 상기 이방성 식각 공정을 제어하여 상기 제1금속배선(12)의 상부 표면을 덮는 부분의 두께를 조절한다. 이와 같이 하여 상기 제1금속배선(12)의 측벽을 덮는 상기 스페이서(13a)를 형성한다. 이때, 제2b도에 도시된 바와 같이 상기 스페이서(13a)에 의해서 상기 제1금속배선(12)는 완전히 뒤덮이게 된다.
제2c도는 상기 스페이서(13a)가 형성된 결과물 전면에 절연물질, 예컨대 산화물을 침적하여 버퍼층으로 이용되는 하부 절연막(14)을 형성한 다음, 그 위에 SOG(16)를 도포하는 단계를 도시한다.
제2d도는 상기 SOG(16)를 에치백함으로써 그 표면을 평탄화하는 단계를 도시한다. 이때, 상기 하부 절연막(14)도 소정 깊이만큼 식각된다.
제2e도는 상기 결과물 전면에 절연물질, 예컨대 산화물을 침적하여 상부 절연막(18)을 형성하는 단계를 도시한다.
제2f도는 상기 상기 하부 절연막(18)상에 금속물질을 침적하고, 이를 리소그라피 공정으로 패터닝하여 제2금속배선(20)을 형성하는 단계를 도시한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 금속배선의 측벽에 절연물질로 이루어진 스페이서를 형성하고 그 위에 하부 절연막을 형성한 다음, SOG 에치백에 의한 평탄화 공정을 실시한다. 따라서, 상기 스페이서에 의해 금속 배선의 라이 스페이스에 보이드가 발생하지 않으며, SOG가 불충분하게 매립되는 현상이 없어진다. 이에 따라, 금속배선의 디자인 룰을 축소할 수 있으므로, 소자의 집적도를 증가시킬 수 있다.
본 발명이 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.
Claims (2)
- 배선이 형성되어 있는 반도체기판 상에 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 배선의 상부 표면이 노출되지 않도록 상기 절연막을 이방성 식각하여 상기 배선의 측벽을 덮는 스페이서를 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 층간절연막 형성방법
- 제1항에 있어서, 상기스페이서를 형성하는 단계 후, 상기 스페이서가 형성된 결과물 전면에 하부 절연막을 형성하는 단계; 상기 하부 절연막 상에 스핀-온-글라스를 도포하는 단계; 상기 스핀-온-글라스를 에치백하는 단계; 및 상기 결과물 전면에 상부 절연막을 형성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 층간절연막 형성방법.
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