KR100203134B1 - 반도체 소자의 층간절연막 평탄화방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 층간 절연막 평탄화 방법에 관한 것으로, 소정의 기판상에 형성된 폴리실리콘 배선위에 600~850℃의 온동 범위에서 제 1 보호산화막 증착하고, 그 상부에 불순물을 함유하는 산화막 증착하고, 평탄화시킨 다음, 그 상부에 제 2 보호 산화막을 증착하는 공정을 저압 화학기상증착 장비에서 연속적으로 실시하는 층간 절연막 평탄화 방법에 관한것이다.

Description

반도체 소자의 층간 절연막 평탄화방법
제1도는 종래 기술에 의해 층간 절연막 평탄화 공정을 진행한 후의 단면도.
제2도는 본 발명에 의한 연속 LPCVD법에 의한 GeBPSG 층간 절연막 형성 및 평탄화 공정을 실시할때 공정 단계의 조건을 도시한 도표.
제3도 내지 제4도는 본 발명에 의하여 연속 LPCVD법에 의한 GeBPSG층간 절연막 형성 및 평탄화 공정을 실시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,11 : 기판 2,12 : 도전층
3 : 산화 절연막 4,14 : GeBPSG막
13 : 제 1 보호 산화막 15 : 제 2 보호 산화막
본 발명은 반도체 소자의 층간 절연막 평탄화 방법에 관한 것으로, 특히 소정의 기판상에 형성된 폴리실리콘 배선위에 600~850℃의 온도 범위에서 제 1 보호산화막 증착하고, 그 상부에 불순물을 함유하는 산화막 증착하고, 평탄화시킨 다음, 그 상부에 제 2 보호 산화막을 증착하는 공정을 저압 화학기상증착 장비에서 연속적으로 실시하는 층간 절연막 평탄화 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 고집적화에 따라 조사 표면의 요철은 더욱 심화되어 고단차의 도폴로지를 절연막으로 채우는 평탄화 기술을 반도체 소자 제조에 있어 중요한 기술중 하나로 대두 되고 있다. 일반적으로 고단차의 도폴로지를 평탄화하기 위하여 고농도의 붕소(B) 및 인(P)을 첨가한 BPSG막을 사용하여 고온 열처리로 평탄화하고 있다. 이와같이 기존의 BPSG공정에 의한 높은 불순물 농도 첨가 및 고온 열처리 방법은 높은 불순물 농도에 기인한 막 안정성 악화 및 결정 결합(BPO4)형성과 고온의 열처리에 의한 얕은 접합(Shallow junction)의 파괴등으로 평탄화 공정에 한계가 있다. 또한 APCVD(상압 화학기상 증착법)법에 의하여 또다른 불순물인 Ge을 첨가하여 GeBPSG막을 350~450℃에서 증착하고 750~850℃에서 열처리하여 평탄화 시키는 방법이 제시되었다.
이러한 Ge의 첨가는 GeO2를 형성하여 기존의 BPSG막을 점성 유동 온도를 낮추어 750~80℃의 저온 열처리에 의해 평탄화가 가능하게 된다. 그러나 GeO2의 수분에 대한 취약성 및 porous 한 막 구조에 기인하여 GeBPSG막은 증착후 열처리 전까지의 짧은 시간 동안에 대중의 수분과 반응하여 막 표면에 haze및 산성 산화물성의 결함 생성하며, GeBPSG막의 손실에의해 하층의 폴리실리콘이 드러나기도 한다. 또한 750~850℃에서의 열처리 후에도 GeBPSG막의 수분 흡습성은 개선되지 않으며, 열처리후 냉각되는 동안 발생되지 결정결함(BPO4)의 생성에 의해 후속 배선공정의 단락을 유발하는 문제 등의 심각한 열화현상으로 실용화 되지 못하고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 다수의 폴리실리콘 배선위에 LPCVD(저압 열분해 화학기상 증착법)방법을 이용하여 한 장비에서 600~850℃의 온도 범위에서 GeBPSG막의 증착 및 평탄화 열처리를 연속하여 진행하여 평탄화 작업을 실시하는 반도체소자의 층간 절연막 평탄화 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 본 발명에 의하면 GeBPSG막이 증착후 대기중의 수분에 노출되지 않도록 하며, 기존의 평탄화막 증착온도인 350~450℃보다 높은 온도에서 증착함으로써 막을 더욱 치밀하게 여 준다. 또한 평탄화 열처리후, 같은 LPCVD장비, 같은 온도 범위에서 언도프트 산화막(제 2 보호산화막)을 평탄화된 GeBPSG막 상부에 연속하여 증착함으로써, 냉각하는 도중에 발생하기 쉬운 결정결함BPO4)의 생성을 억제하고 평탄화 열처리 후에도 대기중이 수분에 노출 않으므로 수분에 취약한 특성을 보완할 수 있다.
이와같이 LPCVD법에 의하여 GeBPSG막의 증착, 평탄화 열처리, 제 2 보호 산화막 형성등의 일련의 공정을 연속하여 실시함으로써 수분에 안정한 GeBPSG층간 절연막을 효과적으로 형성하며, 평탄화 연막이 유동 특성을 나타내는 600~850℃에서 증착함으로써 얕은 접합을 파괴하지 않고 고온의 열처리 없이 cell 내부를 완전 평탄화 시키고 전체 토폴로지 단차를 효과적으로 완화시킬 수 있으며, 여러단계의 평탄화 공정을 한 단계의 단위 공정으로 축소시켜 공정 단순화를 이룩하는 방법을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 소자의 층간 절연막 평탄화 방법에 있어서,
고단차의 토폴리지를 갖는 다수의 도전층이 형성된 소정의 기판 상부에 LPCVD 장비에서 일정압력, 일정온도 범위에서 제 1 보호 산화막을 형성하는 단계와,
연속하여 일정 불순물 농도, 일정 두께를 갖는 GeBPSG막 자체 평탄화되도록 형성하는 단계와,
그후 진공을 끊지 않고, 일정 분위기에서 열처리하여 완전 평탄화 시키는 단계와,
평탄화된 소정의 기판상에 연속하여 제 2 보호 산화막을 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
제1도는 종래 기술에 의해 층간 절연막 평탄화 공정을 진행한 후의 단면도로서, 소정의 기판1)상에 다수의 패턴화된 도전층(2)을 형성하고, 전체 구조상에 후 공정시 수분 및 불순물이 도전층(2)으로 확산되는 것을 방지하기 위하여 산화 절연막(3)을 증착하고, 상부에 GeBPSG막(4)을 증착하여 평탄화 열처리 공정을 통하여 평탄화시킨 것이다.
상기 평탄화 열처리후(a) 및 (c) 지역은 결정결함BPO4)생성에 의해 표면이 융기된 것을 도시하며, (b) 지역의 수분 흡수에 의하여 층간 절연막이 손상되고 하층의 도전층(2)이 노출됨을 도시한다.
제2도는 본 발명에 의한 연속 LPCVD법에 의한 GeBPSG 층간 절연막 형성 및 평탄화 공정을 실시할 때 공정 단계의 조건을 도시한 도표로서 600~850℃, 압력 1mtorr ~ 100torr 의 LPCVD 장비에 상기기판을 장입하고, 안정화 공정을 진행하고, TEOS 및 O2가스 분위기에서 다수의 도전층이 형성된 소정의 기판상에 제 1 보호산화막(SiO2)을 형성한다. 연속하여 TEOS, TEB, TEOG, O2및 PH3등의 반응 가스 분위기에서 일정두께의 GeBPSG 막을 형성한다. 그후 진공을 끊지 않고 O2,N2또는 H2+ O2수증기 분위기에서 열처리하여 평탄화 시킨다. 평탄화된 소정의 기판상에 연속하여 TEOS, O2가스 분위기에서 제 2 보호 산화막(SiO2)을 형성하고 기판을 장비의 챔버에서 제거하는 단계로 이루어진다.
제3도 내지 제4도는 본 발명에 의하여 연속 LPCVD법에 의한 GeBPSG 층간 절연막 형성 및 평탄화 공정을 실시한 단면도이다.
제3도는 소정의기판(11)상에 다수의 패턴화된 도전층(12)을 형성하고, 전체 구조상에 상부의 고농도Ge, B, 및 P가 하부구조로 확산되는 것을 억제하기 위하여 일정 두께 이상의 제 1 보호 산화막(13)을 증착하고 연속하여 GeBPSG(14)막을 형성한 상태를 나타낸 것으로써, 상기 GeBPSG막이 유동 특성을 나타내는 600~850℃의 온도 범위에서 증착 하였으므로 증착과 동시에 막이 유동되어 자체 평탄화 되며, 대기중에 노출되지 않아 안정한 평탄화 막이 형성된 상태를 도시 하였다.
제 1 보호 산화막 증착부터 제 2 부호 산화막 증착까지의 공정을 온도 600~850℃, 압력 1motorr~100torr의 압력하에서 진공을 끊지 않고 한 장비에서 연속하여 실시하며, 상기 GeBPSG막은 Ge = 30wt% 이하, B = 1 ~ 10wt% = 1 ~ 10wt%의 범위로 1000°A이상 증착하며, 상기 GeBPSG막의 열처리는 O2, N2,N2O 또는 H2+ O2의 혼합가스 분위기에서 1분 이상 실시한다.
상기 GeBPSG막의 Ge, B, P가 하부구조로 확산되는 것을 억제하기 위하여 제 1 보호 산화막을 SiH4, TEOS, O2, N2O 등의 반응 가스를 사용하여 100°A 이상의 두께로 증착한다.
제4도는 상기 제3도에 도시된 공정에 연속하여 같은 장비에서 열처리하여 평탄화된 GeBPSG막(14')을 형성하고, 연속하여 그 상부에 제 2 보호산화막(15)을 형성하여 GeBPSG막 표면에 결정결함(BPO4)생성을 억제하고, 평탄화된 GeBPSG막(14')이 대기중의 수분에 노출되는 것을 방지한 상태를 나타내었다.
상기 평탄화된 GeBPSG막 상부에 제 2 보호 산화막을 SiH4, TEOS, O2, N2O 등의 가스를 사용하여 100°A 이상의 두께로 증착한다.
이와같이 본 발명은 600~850℃의 온도 범위, 압력 1mtorr~100torr에서 제1보호 산화막 증착, Ge, B, P 불순물을 함유하는 산화막(GeBPSG)증착, 평탄화 열처리, 제 2 보호 산화막 증착 공정을 LPCVD 장비에서 연속하여 실시함으로써 대기중의 수분에 안정하고 평탄화 특성이 우수한 GeBPSG막 형성에 의해 고온의 평탄화 열처리나 추가 공정 없이 완전 평탄화 시킬수가 있다.
상기 본 발명에 의해 흡습성 개선에 의한 GeBPSG막의 소자 적용기술 확보할 수가 있으며, 한 장비에서 연속하여 제 1 보호산화막 증착, GeBPSG막 증착, 열처리 및 제 2 보호산화막 형성 공정 진행으로 기존의 제 1 보호산화막 증착, GeBPSG막 증착, 열처리, 세정 및 제 2 보호산화막 증착공정을 1단계의 단위공정으로 단축시킬 수 있다.
또한, 증착 및 열처리 공정을 한 장비에서 연속하여 진행하므로, GeBPSG막의 증착직후 수분 흡수에 의한 열화 현상을 효과적으로 억제할 수 있으며, 열처리후 보호 산화막을 연속하여 증착함으로써, GeBPSG막의 열처리후 수분 흡수에 의한 열화현상을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 기존의 GeBPSG막의 증착온도인 350 ~ 400℃보다 높은 온도에서 진행함으로써 막 안정성을 향상시키고, 저온열공정에 의한 평탄화 공정 수행으로 얕은 접합의 파괴없이 평탄화를 이룰 수 있다.

Claims (6)

  1. 반도체 소자의 층간 절연막 평탄화 방법에 있어서, 고단차의 토폴리지를 갖는 다수의 도전층이 형성된 소정의 기판 상부에 LPCVD 장비에서 제 1 보호 산화막을 형성하는 단계와, 연속하여 일정 불순물 농도, 일정 두께를 갖는 GeBPSG막을 자체 평탄화 되도록 형성하는 단계와, 그후 진공을 끊지 않고, 일정 분위기에서 열처리하여 완전 평탄화 시키는 단계와, 평탄화된 소정의 기판상에 연속하여 제 2 보호 산화막을 형성하는 단계를 포함하는 반도체소자의 층간 절연막 평탄화 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제 1 보호 산화막 증착부터 제 2 보호 산화막 증착까지의 공정을 온도 600 ~ 850℃, 압력 1mtorr ~ 100torr의 압력하에서 진공을 끊지 않고한 장비에서 연속하여 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 층간 절연막 평탄화 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상부의 GeBPSG막의 Ge, B, P가 하부구조로 확산되는 것을 억제하기 위하여 제 1 보호 산화막을 SiH4, TEOS, O2, N2O 등의 반응 가스를 사용하여 100。A 이상의 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 층간 절연막 평탄화 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 GeBPSG막은 Ge = 30wt% 이하, B = 1 ~ 10wt%, P = 1 ~ 10wt%의 범위로 1000。A 이상 증착하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 층간 절연막 평탄화 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 GeBPSG막의 열처리는 O2, N2,N2O 또는 H2+ O2의 혼합가스 분위기에서 1분 이상 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 층간 절연막 평탄화 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 평탄화된 GeBPSG막 상부에 제 2 보호 산화막을 SiH4, TEOS, O2, N2O 등의 가스를 사용하여 100。A 이상의 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 층간 절연막 평탄화 방법.
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