KR0172031B1 - 반도체장치의 층간 절연막 형성방법 - Google Patents

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Abstract

오존-TEOS 산화막을 이용하여 반도체장치의 층간 절연막을 형성하는 방법이 개시되어 있다.
본 발명은 반도체기판상에서 임의의 패턴을 이루고 있는 하지막(11)상에 오존-TEOS 산화막(14)을 이용하여 층간 절연막을 형성하는 반도체장치의 층간절연막 형성방법에 있어서, 상기 하지막(11)상에 오존-TEOS 산화막(14)을 형성하기 전에 상기 하지막(11)에 대하여 상기 하지막(11)의 표면변화를 일으키도록 자외선(22)을 조사하는 공정을 추가하여 이루어진다.
따라서, 하지막에 대한 의존성이 제거되면서도 공정수 및 공정시간이 단축되고, 이물질이나 결함의 발생이 억제되며, 플라즈마 처리공정에 의한 산화막에서 나타나는 단차 증가를 방지하는 효과가 있다.

Description

반도체장치의 층간 절연막 형성방법
제1a도 내지 제1c도는 종래의 오존-TEOS 산화막을 이용한 층간 절연막의 형성과정을 나타낸 단면도들이다.
제2a도 및 제2b도는 본 발명의 일 실시예에 따라 오존-TEOS 산화막을 이용한 층간 절연막의 형성과정을 나타낸 단면도들이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 하지막 12 : 플라즈마 가스
13 : PECVD 산화막 14 : 오존 TEOS 산화막
22 : 자외선(UV light) 23 : 오존가스
본 발명은 반도체장치의 층간 절연막 형성방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하지막에 대한 의존성을 제거한 오존-TEOS(Tetraethylorthosilicate) 산화막을 이용하여 반도체장치의 층간 절연막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체소자는 다수의 노광, 현상, 증착, 산화, 확산, 이온 주입, 식각 등의 일련의 공정에 의하여 이루어진다. 그중 실리콘 산화막의 증착은 가장 빈번하게 이루어지는 공정이라 할 수 있다. 한편, 실리콘 산화막의 증착공정에서 주된 소스(source)로 사용되어온 사일렌(SiH4)은 반도체소자가 고밀도 집적회로로 가면서 점차 유기 실리콘 소스인 TEOS로 바뀌어 가고 있다. 상기 TEOS는 현재 700℃ 정도의 고온에서 고온 벽(hot wall) LPCVD(low pressure chemical vapour deposition)공정에서의 소스로 사용되고 있으며, 상대적으로 저온인 400℃ 전후에서는 오존과 반응하는 APCVD(atmospheric pressure CVD)공정에서의 소스나 PECVD(plasma enhanced CVD)공정에서의 소스로도 이용되고 있다. 이중 APCVD공정은 TEOS와 오존을 대기압에서 반응시켜 실리콘 산화막을 형성시키는 것으로, 종래 산소를 사용하던 것에 비해 반응온도를 700℃에서 400℃로 낮출 수 있게 되어 사용가능성이 점증되고 있다.
일반적으로 고농도의 오존에서 CVD방법으로 형성된 실리콘 산화막은 매우 치밀하게 형성되며, 그 스텝 커버리지(step-coverage) 특성도 매우 양호하다. 또한, 형성된 막중의 수분함유량은 감소되고 균열(crack)의 한계도 높아지며 열처리후의 막수축율은 감소되는 장점이 있다. 특히 고농도의 오존에서 PECVD 방법으로 증착된 오존-TEOS 산화막은 전자적, 기계적 성질이 매우 훌륭한 것으로 알려져 있다.
한편 오존-TEOS 산화막 형성공정은 몇 가지 특성을 가지고 있는데 증착(deposition)에 있어서의 하지막에 대한 증착속도 및 패턴 의존성이 크다는 점이다. 여기서 하지막이란 공정중에 형성되어 있는 기판의 표면을 지칭하며 단일한 평면이나 단일한 재질일 필요는 없다. 하지막 의존성은 하지막을 구성하는 재질과 형성조건에 의해 그 정도가 달라지며 위에 증착되어 형성되는 막의 종류에 따라서도 달라진다.
일반적으로 오존-TEOS 산화막을 증착시키는 경우 특히 오존의 농도가 높은 고농도 영역에서 지극히 현저한 하지막 의존성을 갖는다. 아래의 표 1은 APCVD로 형성된 오존-TEOS 산화막의 하부 하지막에 따른 의존성을 나타낸 것이다.
오존-TEOS 산화막은 앞서 언급한 여러 가지 장점들로 인하여 사용의 필요성이 늘어가지만 하지막에 대한 의존성이 높으므로 이러한 의존성을 제거하기 위한 방법들이 강구되어 왔다. 현재까지 하지막에 대한 의존성을 제거하는 알려진 방법으로서, 낮은 오존농도에 의한 USG막(undoped silicate glass: 산화막의 일종)의 응용, 하지막의 가스 플라즈마처리, 의존성의 영향을 받지 않도록 원래의 하지막에 오존-TEOS 산화막이 의존성을 갖지 않는 막을 얇게 형성한 후 오존-TEOS 산화막을 형성하는 방법 등이 대표적인 예이다.
제1a도는 임의의 패턴이 형성된 하지막(11)에 가스 플라즈마(12)처리를 하는 것을 나타낸 종래의 기술을 나타낸 도면이다. 상기 처리가스로 암모니아가스나 질소가스를 사용한 경우, 하부 산화막 표면에서는 일반적으로 SiON(silicon oxynitrides)가 형성되어 오존-TEOS 산화막의 하지막 의존성은 제거된다. 한편 처리가스로 산소를 사용한 경우, 오존-TEOS 산화막이 고립된 섬형상으로 형성되어 하지막 의존성이 심하게 나타난다는 문제점이 있다.
제1b도는 후속되는 오존-TEOS 산화막이 하지막에 대한 의존성을 가지지 않는 다른 막을 하지막(11)상에 얇게 형성한 상태를 나타낸다. 한 예로서 PECVD기술을 이용한 산화막(13)을 상정할 수 있다. PECVD기술을 이용한 산화막(13)은 사일렌 산화이질소나 산소를 플라즈마 처리하여 형성하게 된다.
제1c도는 상기 제1b도에서 PECVD기술을 이용하여 형성한 얇은 PECVD 산화막(13)상에 오존-TEOS 산화막(14)을 형성한 형태를 나타낸 것이다.
상기한 종래의 오존-TEOS 산화막을 이용한 층간 절연막 형성방법은, 오존-TEOS 산화막의 하지막에 대한 의존성은 제기되었으나, 별도의 추가공정과 그에 따른 공정 소요시간의 증가와 플라즈마 처리에서의 기판표면 손상에 따른 이물질의 발생, 단차 증가 등의 문제점이 발생한다. 특히 플라즈마에 의한 공정은 플라즈마를 구성하는 이온들이 하지막에 충돌할 때 생기는 기판표면에 대한 손상 및 이물질의 발생 가능성이 높기 때문에 반드체 소자의 수율 향상에 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 오존-TEOS 산화막 증착과정에서 발생되는 종래의 하지막 의존성 제거방법에서의 문제점들을 해결하면서도 간단하면서도 효과적인 반도체장치의 층간 절연막 형성방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 반도체장치의 층간 절연막 형성방법은, 반도체기판상에서 임의의 패턴을 이루고 있는 하지막상에 오존-TEOS 산화막을 이용하여 층간 절연막을 형성하는 반도체장치의 층간 절연막 형성방법에 있어서, 상기 하지막상에 오존-TEOS 산화막을 형성하기 전에 상기 하지막에 대하여 상기 하지막의 표면변화를 일으키도록 자외선을 조사하는 공정을 추가하여 이루어진다.
특히, 상기 자외선 조사공정은 후속되는 오존-TEOS 산화막 형성공정과 동일한 설비내에서 인 시투(in situ) 상태로 수행하는 것이 공정의 효율면에서 바람직하다. 나아가, 상기 자외선 조사공정은 오존가스 분위기하에서 수행함으로써 공정의 연속을 꾀할 수 있어 바람직하며, 그외 자외선 조사에 의해 상기 하지막의 표면변화를 일으킬 수 있는 한 다른 가스 분위기하에서도 실시할 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
제2a도는 오존-TEOS 산화막의 증착전에 임의의 패턴이 형성되어 있는 하지막(11)을 특정 가스의 분위기하에서 공간(공정챔버)에 위치시키고 하지막(11) 위로 자외선(22)을 조사하는 공정을 나타내고 있다. 이 상황에서 자외선(12)을 하지막 위로 조사하면 특정 가스에서 발생되는 이온들에 의해 하지막(11)에 변화가 유도되어 후속되는 오존-TEOS 산화막의 하지막 의존성이 제거된다. 상기 자외선(22) 조사공정의 상기 특정 가스로는 오존(23)이 대표적으로 사용된다. 이때 오존을 포함하는 가스의 압력은 대기압이나 기타 모든 압력으로 할 수 있으며 반응이 일어나는 공정챔버의 온도는 대략 상온 이상이고 처리시간은 설비와 소자의 종류에 따라 달라질 수 있는데 수 초에서 수 시간까지도 될 수 있다.
상기 자외선을 조사하는 공정이 진행될 때 하지막 주위의 특정 가스는 반드시 오존이 포함되어야 하는 것은 아니며, 자외선 조사에 의해 기판의 표면을 변화시킬 수 있는 한 질소, 암모니아, 산소, 헬륨, 아르곤가스나 이들의 2개이상의 혼합가스 등도 사용할 수 있다.
제2b도는 상기 제2a도의 공정에서 자외선 처리된 하지막(11)상에 별도의 막을 개입시키지 않고 오존-TEOS 산화막(14)을 증착한 상태를 나타내는 것이다. 제2a도의 공정에서 사용되는 특정 가스가 오존가스일 경우 이 분위기는 오존-TEOS 산화막의 형성에도 계속하여 사용될 수 있으므로 두 공정이 같은 공간(공정챔버)의 같은 장비 속에서 순차적으로 이루어지는 것이 즉, 인 시투(in situ)상태로 이루어지는 것이 가능하며 또한 공정 단순화면에서도 효과적이다.
한편, 상기 오존-TEOS 산화막(14)은 특히 고농도 오존 환경(예를들어, 5% 정도)에서 APCVD기술로 형성된 경우 그 막질이 매우 우수한 반면에, 강한 하지막 의존성을 나타내기 때문에 본 발명의 중요한 실시 대상이 되었다.
아래의 표 2는 하지막(11)이 PECVD방법에 의한 산화막일 때 별도로 처리되지 않았거나, 하지막 의존성 제거처리된 각각의 경우에서의 오존-TEOS USG막의 의존성을 대비하여 나타내는 것이다.
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 저농도(1%) 오존이나 암모니아 플라즈마 처리에 의한 경우 오존-TEOS 막의 하지막 의존성이 제거됨을 알 수 있으며, 특히 본 실시예에 따른 UV-O처리를 한 결과 기준막 대비 상기 오존-TEOS 막의 두께차이가 1% 오존 분위기하에서 가장 적었으며, 5% 오존 분위기하에서도 하지막 의존성이 제거되었음을 확인할 수 있다.
이상의 실시예에서 살펴본 바와같이, 본 발명에 의하면 오존-TEOS 산화막의 하지막에 대한 의존성을 제거하면서도 종래의 방법에 비해 공정수와 공정간 이동에 따른 공정시간의 증가를 막을 수 있고, 또한 플라즈마 처리에 의한 기판손상을 방지함으로써 이물질이나 결함의 발생을 억제하고 또한 종래의 가스 플라즈마 처리공정시 산화막에서 나타나는 단차증가를 방지하는 효과가 있다.
한편, 본 발명은 이상의 실시예에 국한되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상이 미치는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이며, 이들은 모두 이하의 특허 청구범위에 포함된다.

Claims (2)

  1. 반도체기판상에 임의의 패턴을 이루고 있는 하지막상에 오존-TEOS 산화막을 형성하여 층간절연막으로 이용하는 반도체장치의 층간절연막 형성방법에 있어서, 상기 하지막상에 오존-TEOS 산화막을 형성하기 전에 상기 오존-TEOS 산화막의 형성챔버를 오존 분위기로하는 동시에 자외선을 상기 하지막상에 조사하는 공정을 추가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 층간절연막 형성방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자외선 조사공정은 N2, NH2, O2, He 또는 Ar가스로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘이상의 혼합가스 분위기 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 상기 반도체장치의 층간 절연막 형성방법.
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