KR100197986B1 - 반도체 소자의 층간 절연막 평탄화 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체소자의 층간절연막 평탄화 방법에 관한 것으로서, 절연막상에 도전배선을 형성하고, 상기 구조의 전표면에 불순물 확산을 방지하는 산화막과, 유태틱 조건에 의해 액상을 가지는 BSG막과, 수분 접촉을 방지하는 PSG막 및 BPSG막을 연속적으로 순차적으로 형성하고, 열처리하여 평탄화시켰으므로, 다단계 연속 층간절연막 형성에 의하여 고농도 불순물 BPSG막의 막 열화현상을 효과적으로 차단하고 액체 형상인 BSG에 의해 자체 평탄화 되므로 고농도 BPSG막이나 고온의 평탄화 열처리 공정 및 에티백 공정등이 생략되어 공정이 간단하여 공정수율 및 소자 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
Description
제1도는 종래 기술에 따른 반도체소자의 층간절연막 평탄화 방법을 설명하기 위한 개략도.
제2도는 본 발명에 사용되는 BSG의 SiO2/B2O3이원계 그래프.
제3a도 내지 제3c도는 본 발명에 따른 반도체소자의 층간 절연막 평탄화 공정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 절연막 2 : 도전배선
3 : 산화막 4, 7 : BPSG막
5 : BSG막 6 : PSG막
본 발명은 반도체소자의 층간절연막을 평탄화하는 방법에 관한 것으로, 특히 소정의 기판상에 형성된 폴리실리콘 배선 위에 막 형성 온도에서 액체형상을 갖는 유테틱(eutetic) 조성의 붕소산화막(Boro Silicate Glas ; 이하 BSG라 칭함)을 일정두께로 증착한 후, 같은 장비에서 연속하여 저농도 인산화막(Phospho Silicate Glass; 이하 PSG라 칭함)을 증착하고 최종적으로 붕소인산화막(Boro Phospho Silicate Glass; 이하 BPSG라 칭함)을 증착하여 액체형상의 유테틱 조성의 BSG에 의해 전체 토폴로지를 완화시켜 고온의 평탄화 열처리나 추가공정 없이 완전 평탄화시켜 후속 공정에서의 나칭(natching)등의 불량 발생을 방지하여 공정수율 및 소자 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체소자의 층간절연막 평탄화 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자가 고집적화 되어 감에 따라 소자 표면의 요철이 더욱 증가되어 고단차의 토폴로지를 절연막으로 채우는 평탄화 기술은 반도체 소자 제조에 있어 중요한 기술 중 하나로 대두되고 있다.
종래 고단차의 토폴로지를 평탄화하기 위하여 고농도의 붕소(B) 및 인(P)을 첨가한 BPSG막을 사용하여 고온 열처리로 평탄화하고 있다.
제1도는 종래 기술에 따른 반도체소자의 층간절연막 평탄화 방법을 설명하기 위한 개략도로서, BPSG막을 층간절연막으로 사용하는 예이다.
먼저, 소정의 하부 구조물, 예를들어 소자분리 산화막과 모스 전계효과 트랜지스터 및 캐패시터등이 형성되어 있는 반도체기판(도시되지 않음)상에 절연막(1)을 형성하고, 상기 절연막(1)상에 다수의 패턴화된 도전배선(2)을 다결정실리콘층이나 금속재질로 형성한다.
그다음 상기 구조의 전표면에 후속 공정시 수분 및 불순물이 도전배선(2)으로 확산되는 것을 방지하기 위하여 화학기상증착(chemical vapor deposition; 이하 CVD라 칭함) 방법으로 산화막(3)을 증착하고, 상기 산화막(3)상에 고농도의 붕소 및 인 불순물을 포함하는 BPSG막(4)을 증착하여 평탄화 열처리 공정을 통하여 평탄화 시킨다.
여기서 상기 반도체소자의 셀영역(Ⅰ) 내부의 완전평탄화를 위하여는 BPSG막에 불순물을 고농도로 포함시키거나, 고온에서 열처리하여 평탄화시키며, 셀영역(Ⅰ)과 주변회로영역(Ⅱ)간의 큰 단차(D)는 BPSG 공정만으로는 완전히 평탄화할 수 없어 BPSG막을 두껍게 증착하여 평탄화 한 후 에치백(etch back) 방법으로 깍아내는 공정이 사용되고 있다.
그러나 상기와 같은 종래 기술에 따른 반도체소자의 층간절연막 평탄화 방법은 고농도로 불순물을 포함하는 BPSG막 자체가 표면에 결정결함이 생성되고, 금속배선을 부식시키는등의 문제가 있으며, 상기 BPSG막의 고온 리플로우 공정에 의해 얕은 접합(Shallow Junction)을 형성할 수 없어 평탄화 공정에 한계가 있다.
또한 상기 BPSG막의 두께를 증가시켜 평탄화 시키는 방법은 후속 금속배선 콘태 공정시 콘택의 깊이가 깊어져 금속배선 공정이 어려워지고, BPSG막을 이용한 평탄화 방법은 전체 토폴로지의 셀 영역과 주변회로 영역간의 단차가 커지므로 리소그래피 공정시 토폴로지가 높은 셀 영역과 낮은 주변회로 영역간의 금속배선 형성이 어려운 다른 문제점이 있다.
또한 BPSG막의 유동성을 증가시키기 위하여 붕소 조성을 60mol% 이상의 고농도로 형성할 경우, 리플로우를 위한 800∼900℃ 정도의 열처리 공정에서 상기 BPSG막이 액체화 되어 완전 평탄화를 이룰 수는 있으나, 이러한 고농도의 붕소 산화막은 증착직후 대기중에 노출되는 순간 대기중의 수분과 반응하여 붕소산화물을 형성하여 막 표면에 결함을 유발하며 고온의 열처리 과정을 거쳐 치밀화 되어도 대기중의 수분에 매우 불안정하여 막질의 심각한 열화를 일으켜 실용화 되지 못하고 있는 또 다른 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 다수의 다결정실리콘층 배선등과 같은 도전배선의 상부에 고농도로 붕소를 포함하는 BSG을 형성하고, 이를 유테틱 상에서 액화시켜 평탄화되도록하여 단차에 의한 나칭등을 방지하여 공정수율 및 소자 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체소자의 층간 절연막 평탄화 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체소자의 층간절연막 평탄화 방법의 특징은, 도전배선등이 형성되어있는 반도체기판상에 산화막을 형성하는 공정과, 상기 산화막상에 BSG막을 형성하는 공정과, 상기 BSG막을 열처리하여 평탄화시키는 공정과, 상기 BSG막 상에 PSG막을 동일한 장비내에서 형성하는 공정과, 상기 PSG막 상에 BPSG막을 형성하는 공정을 구비함에 있다.
이하, 본 발명에 따른 반도체소자의 층간절연막 평탄화 방법에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제3a도 내지 제3c도는 본 발명에 따른 반도체소자의 층간절연막 평탄화 공정도이다.
먼저, 소정의 하부 구조물이 형성되어있는 반도체기판(도시되지 않음)상에 절연막(1)을 형성하고, 상기 절연막(1)상에 다수의 패턴화된 도전배선(2)을 다결정실리콘층이나 금속등과 같은 도전재질로 형성한 후, 붕소의 하부 구조로의 확산 억제와 고농도 붕소의 확산에 의한 BSG중의 붕소 농도 완화를 방지하기 위하여 일정 두께, 예를 들어 전체 층간절연막 두께의 10∼40% 정도 두께의 산화막(3)을 CVD 방법으로 형성하고, 상기 산화막(3)에서 단차로 인하여 골이진 부분을 BSG막(5)으로 메운다.
이때 상기 BSG막(5)은 제2도에 도시되어있는 바와 같은 SiO2/B2O3이원계 그래프에서 95mol%의 B2O3조성에서 730K(437℃)의 온도에서 BSG(SiO2+B2O3)는 액체화 되는 유테틱 조성을 가지며, 이러한 유테틱 조성에서는 화합물이 액체형상을 가지므로 유동성이 매우 우수하여 완전 자체 평탄화가 이루어지는 성질이 있다.
따라서 층간 절연막 형성 온도를 450∼800℃의 범위에서 형성하면, B2O360∼95mol%에서 유테틱 조성이 된다. 따라서 층간 절연막 형성 1단계로 액체 형상을 갖는 유테틱 조성 범위의 BSG막(5)을 형성하여 전체 토폴로지를 자체 평탄화시킬 수 있다. (제3a도 참조).
그 다음 상기 60mol% 이상의 고농도 BSG막(5)이 대기중의 수분과 반응성이 매우 크므로 대기에 노출되는 즉시 표면에 산성 산화물을 형성하는 등 결함이 발생되며, 열처리에 의해 치밀화 되어도 이러한 문제점이 완전히 사라지지 않으므로, BSG막(5)을 형성한 후, 진공의 깨짐 없이 동일한 장비내에서 연속하여 상기 구조의 전표면에 저농도 PSG막(6)을 일정두께, 예를들어 전체 층간절연막 두께의 10∼30% 정도 두께로 450∼800℃ 정도의 온도에서 0.01∼5mol%의 P2O5농도를 가지도록 형성한 후, 상기 PSG막(6)상에 BPSG막(7)을 450∼800℃ 정도 온도에서 나머지 층간절연막의 두께, 예를들어 전체 층간절연막 두께의 20∼40% 두께 정도 형성한다.
이때 상기 저농도 PSG막(6)은 평탄화 열처리시 하층의 고농도 붕소의 층간절연막 표면으로의 확산을 억제하는 역할을 동시에 열처리 공정시 유동성이 나쁜 PSG에 불순물이 확산 도핑되어 유동성이 우수한 BPSG로 전환되어 전체 점성 이동하는 부피를 증가시켜 주도록 하는 역할을 하게 한다.
또한 상층의 BPSG막(7)은 열처리 공정시 표면 결정결함이 생기지 않는 불순물 농도 범위, 예를들어 B2O3는 0.01∼30mol%의 농도이고, P2O5는 0.01∼20mol%의 농도로 형성한다(제3b도 참조).
그후, 상기와 같이 산화막(3)과 BSG막(5), PSG막(6) 및 BPSG막(7)으로 구성되는 층간절연막을 형성한 후, 상기 구조의 반도체기판을 소정의 조건, 예를들어 700∼950℃ 정도의 온도에서 질소, 산소 또는 Ar 등의 분위기에서 5분∼5시간 정도 열처리하여 BPSG막(7)과 그 하부의 PSG(6)막이 전화된 BPSG막(6A)과 함께 셀영역(Ⅰ)과 주변회로영역(Ⅱ)에 걸쳐 전체 토폴로지를 D'(D) 정도로 감소시킨다. (제3c도 참조).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체소자의 층간절연막 평탄화 방법은 절연막상에 도전배선을 형성하고, 상기 구조의 전표면에 불순물 확산을 방지하는 산화막과, 유테틱 조건에 의해 액상을 가지는 BSG막과, 수분 접촉을 방지하는 PSG막 및 BPSG막을 연속적으로 순차적으로 형성하고, 열처리하여 평탄화시켰으므로, 다단계 연속 층간절연막 형성에 의하여 고농도 불순물 BPSG막의 막열화현상을 효과적으로 차단하고 액체 형상인 BSG에 의해 자체 평탄화 되므로 고농도 BPSG막이나 고온의 평탄화 열처리 공정 및 에치백 공정등이 생략되어 공정이 간단하여 공정수율 및 소자 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
Claims (7)
- 도전배선등이 형성되어있는 반도체기판상에 산화막을 형성하는 공정과, 상기 산화막상에 BSG막을 형성하는 공정과, 상기 BSG막을 열처리하여 평탄화시키는 공정과, 상기 BSG막 상에 PSG막을 형성하는 공정과, 상기 PSG막 상에 BPSG막을 형성하는 공정과, 상기 PSG막과 BPSG막을 열처리로 리플로우시키는 공정을 구비하는 반도체소자의 층간절연막 평탄화 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 산화막을 CVD 방법으로 전체 층간절연막 두께의 10∼40% 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 층간절연막 평탄화 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 BSG막을 450∼800℃ 온도에서, 유테틱 조성이 되는 B2O360∼95mol%에서 형성하는 것을 특징으로하는 반도체소자의 층간절연막 평탄화 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 PSG막을 BSP막 형성후, 진공의 깨짐없이 전체 층간절연막 두께의 10∼30% 두께로, 450∼800℃ 온도에서 0.01∼5mol% P2O5농도로 형성하는 것을 특징으로하는 반도체소자의 층간절연막 평탄화 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 BPSG막을 450∼800℃ 온도에서 나머지 전체 층간절연막 두께의 20∼40% 두께로 형성하는 것을 특징으로하는 반도체소자의 층간절연막 평탄화 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 BPSG막을 B2O3는 0.01∼20mol% 농도, P2O5는 0.01∼10mol% 농도로 형성하는 것을 특징으로하는 반도체소자의 층간절연막 평탄화 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 열처리 공정을 700∼950℃ 온도에서 질소, 산소 또는 Ar 분위기에서 5분∼5시간 동안 실시하는 것을 특징으로하는 반도체소자의 층간절연막 평탄화 방법.
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| KR100512056B1 (ko) * | 1998-12-28 | 2005-11-08 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 층간 절연막 형성 방법 |
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1995
- 1995-12-29 KR KR1019950066153A patent/KR100197986B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR970052867A (ko) | 1997-07-29 |
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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