KR0172739B1 - 반도체 소자의 스핀-온-글래스막 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 BF2 +이온을 주입함에 의해 SOG막의 표면부에서 일정깊이 까지 막질을 치밀화시키고 수분 흡수율을 감소시키므로써, 비아홀 형성후 산소 플라즈마 처리시 SOG막의 리세스 형성을 억제하고, SOG막 내부로 수분유입현상을 억제하는 한편 고온에서 금속막 증착시 비아홀 측벽면에 노출된 SOG막으로 부터의 수분 방출을 억제하여 금속막의 층덮힘성을 개선시키므로 단선으로 인한 불량이 감소되어 수율이 증가되고, 소자의 동작으로 인한 단선의 가능성을 최소화하여 소자의 신뢰성을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 보다 고집적한 소자의 제조를 실현할 수 있게 한다.
Description
제1a 및 제1b도는 종래 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 소자의 단면도.
제2a 및 제2e도는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 소자의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 11 : 실리콘 기판 2, 12 : 폴리-금속 층간절연막
3, 13 : 하부 금속배선 4, 14 : 제1절연막
5, 15 : SOG막 15A : 치밀화된 SOG막
6, 16 : 제2 절연막 7, 17 : 비아홀
8, 18 : 상부 금속배선 10 : 리세스
본 발명은 반도체 소자의 스핀-온-글래스(Spin-On-Glass; SOG)막 제조방법에 관한 것으로, 특히 다층 금속배선 구조에서 금속층간 절연막의 평탄화막으로 사용되는 SOG막의 막질을 수분 흡수율 감소 및 밀도가 증가되도록 개선시킬 수 있는 반도체 소자의 SOG막 제조방법에 관한 것이다.
금속층간 절연막으로 쓰이는 SOG막은 간극 매립 특성과 평탄성이 우수할 뿐만 아니라 공정이 단순하여 금속층간 절연막의 평탄화막으로 널리 쓰이고 있다. 그러나 SOG막은 막내에 다량의 수분을 함유하고 있고, 또한 친수성이 강한관계로 수분 제거를 위한 열처리후에도 외부로부터 수분을 흡수하기 때문에 소자가 고집적화될수록 많은 문제점을 유발하고 있다. 즉, SOG막 제조공정중 SOG용액 자체에 포함되어 있는 솔벤트 및 유기물들을 통상의 500℃ 이하의 저온 소성법으로는 완전히 제거하기 힘들며, 또한 500℃ 이하의 저온 소성 이후에도 SOG막은 밀도가 낮고 치밀하지 못한 막 구조를 가지므로 화학증착막에 비해 수분 흡수율이 극히 높은 단점이 있다. 또한 저온 소성후에도 SOG막은 약 1 내지 2×109dynes/㎠ 정도의 높은 인장응력을 지니게 되는데, 이는 플라즈마 화학증착법에 의해 증착된 실리콘 산화막의 약 10배 수준의 높은 값으로 제조된 반도체 집적소자의 열화를 일으키는 한 요인이 된다. 또한 반도체 집적소자 제조시 SOG 미식각공정(non-etchback) 사용시에는 비아홀에서 노출된 SOG막이 산소 플라즈마에 의한 포토레지스트 제거공정중 식각되어 리세스(recess)를 형성하고, 금속 증착공정시 노출된 SOG막에서 수분이 방출됨에 의해 비아홀에서의 금속 증착막의 스템-커버리지(step-coverage)를 악화시켜 비아홀 부분에서 금속막 연결 결함(via fail)을 유발시킬 가능성이 높아진다.
제1a 및 제1b도는 종래 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 소자의 단면도이다.
제1a도를 참조하면, 폴리-금속 층간절연막(2)이 실리콘 기판(1)상에 형성되고, 폴리-금속 층간절연막(2)상에는 금속배선공정을 통해 다수의 하부 금속배선(3)이 형성된다. 다수의 하부 금속배선(3)을 포함한 층간절연막(2)상에 제1 절연막(4), SOG막(5) 및 제2 절연막(6)이 순차적으로 형성된다. 비아 콘택 마스크를 사용한 습식 및 건식식각방식으로 제2 절연막(6), SOG막(5) 및 제1 절연막(4)을 순차적으로 식각함에 의해 비아홀(7)이 형성된다.
상기에서, 제1 및 제2 절연막(4 및 6)각각은 플라즈마 화학기상증착법에 의해 TEOS 산화막, SiH4산화막 또는 실리콘 과다 산화막등으로 형성되며, 이들 막(4 및 6)은 SOG막(5)에 함유된 수분이 외방확산되는 것을 방지하면서 금속배선간을 전기적으로 절연시킨다. SOG막(5)은 하부 금속배선(3)이 조밀하게 형성됨에 의해 생기는 갭(gap)을 매우기 위해 스핀방식으로 제1 절연막(4)상에 형성된다.
잘알려진 바와같이 SOG막은 막 자체내에 다량의 수분이 함유되어있어 SOG막 도포후 수분 제거를 위한 열처리공정을 실시한다. 그러나 SOG막 내의 수분을 완전히 제거하기는 어렵다. 이상태에서 비아 콘택 공정을 통해 SOG막(5)이 비아홀(7)의 측벽으로 노출되면, 노출된 SOG막(5)을 통해 수분(H2O)이 유입되어 이미 SOG막(5)내에 함유되어 있던 수분과 더불어 SOG막(5)에는 수분함량이 증가된다. 다량의 수분은 기판쪽으로의 확산 이동으로 접합과 접합간 격리 불량 현상을 심화시키는 요인으로 작용한다. 또한 비아 콘택 공정시 마스크로 사용되는 포토레지스트를 산소 플라즈마에 의해 제거하는데, 이때 비아홀(7)에 노출된 SOG막(5)도 일부 제거되어 리세스(10)가 형성된다.
제1b도는 금속배선 공정을 통해 상부 금속배선(8)을 형성한 것이 도시되는데, 상부 금속배선(8)형성공정 동안에 비아홀(7)의 측벽으로 노출된 SOG막(5)으로부터 외방확산되는 수분은 금속막이 비아홀(7)안으로 채워지지 못하게 하여 금속배선이 단선되는 현상을 유발시키거나, 증착되는 금속막을 부식시켜 하부 금속배선(3)사이의 계면부에 부식층이 형성되므로 인하여 접합 불량을 유발시키는 원인이 되기도 한다. 또한 금속막이 비아홀(7)안으로 채워지더라도 스텝-커버리지가 좋지않기 때문에 소자의 동작시 금속원자의 이동현상으로 인해 금속배선이 단선될 가능성이 크므로 소자의 신뢰성을 저하시킨다. 비아홀(7)에 노출된 SOG막(5)의 리세스(10) 역시 스텝-커버리지를 악화시키는 요인이 된다.
상술한 바와같이 종래의 방법에 의하면, SOG막이 비아홀의 측벽으로 노출됨에 의해 수분의 외방확산으로 인하여 금속배선을 부식시켜 저항을 증가시키고, 또한 금속막의 층덮힘 불량으로 금속배선의 단선을 유발시키거나 후속공정을 어렵게 하는등의 문제점이 있다.
한편, 비아홀에 SOG막을 노출시키지 않게 하기 위하여 SOG막 도포후 식각(etchback)공정을 채택할 경우에도 SOG막의 잔류 수분 및 솔벤트로 인하여 식각 균일도를 얻기가 어려우므로 SOG막질 자체를 개선하지 않고서는 0.5㎛ 이하의 집적도를 갖는 반도체 소자를 제조하기가 어려운 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 다층 금속배선 구조에서 금속층간 절연막의 평탄화막으로 사용되는 SOG막의 막질을 수분 흡수율 감소 및 밀도가 증가되도록 개선시킬 수 있는 반도체 소자의 SOG막 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 폴리-금속 층간절연막상에 하부 금속배선이 형성되고, 상기 하부 금속배선을 포함한 상기 층간 절연막상에 제1 절연막이 형성된 실리콘 기판이 제공되는 단계; 상기 제1 절연막상에 SOG막을 도포하는 단계; 상기 SOG막을 경화 및 소성시키는 단계; 및 상기 SOG막에 BF2 +이온을 주입하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
제2a 내지 2e도는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 소자의 단면도이다.
제2a도는 폴리-금속 층간절연막(12)이 실리콘 기판(11)상에 형성되고, 폴리-금속 층간절연막(12)상에는 금속배선공정을 통해 다수의 하부 금속배선(13)이 형성되며, 다수의 하부 금속배선(13)을 포함한 층간 절연막(12)상에 제1 절연막(14)을 형성한 후, 제1 절연막(14)상에 SOG막(15)이 도포된 것이 도시된다.
제2b도는 도포된 SOG막(15)을 50 내지 400℃의 온도범위에서 경화(baking)시켜 솔벤트 성분을 휘발시키는 것이 도시된다.
제2c도는 경화된 SOG막(15)을 250 내지 500℃의 온도범위에서 10 내지 90분 정도 저온 소성(curing)시켜 수분(H2O) 및 유기물(CH4또는 CO)의 일부를 제거하면서 SOG막(15)을 치밀화(densification)하는 것이 도시된다.
제2d도는 소성된 SOG막(15)에 BF2 +이온을 주입하여 SOG막(15)의 표면부로부터 일정깊이까지 막질을 치밀화시킴에 의해 막질이 치밀화된 SOG막(15A)이 형성된 것이 도시된다. 이때 이온주입 에너지는 10 내지 200keV의 에너지 범위이며, 이온주입량은 1.0 E14 내지 1.0 E16 이온/㎠의 이온주입량 범위이다.
BF2 +이온을 주입함에 의해 SOG막(15)내에 포함된 탄소-수소 결합을 끊어 수소 및 산화탄소(COX)를 방출시키는 효과가 있고, 또한 불소(F)이온과 SOG막(15)내의 실리콘 이온이 결합되고, 붕소(B)이온과 SOG막(15)내의 산소이온이 결합되어 수분 흡수율을 감소시키고 밀도가 증가되는 막질을 갖는 SOG막(15A)이 얻어진다. 막질이 치밀화된 SOG막(15a)은 6×108dynes/㎠ 이하의 압축응력을 지니게 된다.
제2e도를 참조하면, 치밀화된 SOG막(15a)을 포함한 SOG막(15)상에 제2 절연막(16)이 형성된다. 비아 콘택 마스크를 사용한 습식 및 건식 식각방식으로 제2 절연막(16), SOG막(15) 및 제1 절연막(14)을 순차적으로 식각함에 의해 비아홀(17)이 형성된다. 비아홀(17)의 측벽에는 SOG막(15)의 일부가 노출되는데, 이 노출된 SOG막(15)은 수분 흡수율을 감소시키고 밀도가 증가된 막질을 갖는 SOG막(15A)이다. 금속배선 공정을 통해 비아홀(17)을 포함한 제2 절연막(16)상에 상부 금속배선(18)이 형성된다.
상기에서, 제1 및 제2 절연막(14 및 16)각각은 플라즈마 화학기상증착법에 의해 TEOS 산화막, SiH4산화막 또는 실리콘 과다 산화막등으로 형성되며, 이들 막(14 및 16)은 SOG막(15)에 함유된 수분이 외방확산되는 것을 방지하면서 금속배선간을 전기적으로 절연시킨다.
상술한 바와같이 본 발명은 BF2 +이온을 주입함에 의해 SOG막의 표면부에서 일정깊이까지 막질을 치밀화시키고 수분 흡수율을 감소시키므로써, 비아홀 형성후 산소 플라즈마 처리시 SOG막의 리세스 형성을 억제하고, SOG막 내부로 수분유입현상을 억제하는 한편 고온에서 금속막 증착시 비아홀 측벽면에 노출된 SOG막으로 부터의 수분 방출을 억제하여 금속막의 층덮힘성을 개선시키므로 단선으로 인한 불량이 감소되어 수율이 증가되고, 소자의 동작으로 인한 단선의 가능성을 최소화하여 소자의 신뢰성을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 보다 고집적한 소자의 제조를 실현할 수 있게한다.
Claims (4)
- 반도체 소자의 SOG막 제조방법에 있어서, 폴리-금속 층간절연막상에 하부 금속배선이 형성되고, 상기 하부 금속배선을 포함한 상기 층간 절연막상에 제1 절연막이 형성된 실리콘 기판이 제공되는 단계; 상기 제1 절연막상에 SOG막을 도포하는 단계; 상기 SOG막을 경화 및 소성시키는 단계; 및 상기 SOG막에 BF2 +이온을 주입하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 SOG막 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 경화공정은 50 내지 400℃의 온도범위에서 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 SOG막 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 소성공정은 250 내지 500℃의 온도범위에서 10 내지 90분 정도 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 SOG막 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 BF2 +이온주입공정은 이온주입 에너지를 10 내지 200k eV의 범위로 하고, 이온주입량을 1.0 E14 내지 1.0 E16 이온/㎠의 범위로 하여 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 SOG막 제조방법.
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1995
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| Publication number | Publication date |
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| KR970053554A (ko) | 1997-07-31 |
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