KR100207476B1 - 화학기계적 폴리싱에 의한 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents
화학기계적 폴리싱에 의한 반도체 장치의 제조 방법 Download PDFInfo
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- H01L21/31053—Planarisation of the insulating layers involving a dielectric removal step
Abstract
화학기계적 폴리싱에 의한 에치백 평탄화공정을 이용하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
반동체 기판상에 도전물질을 증착한 다음 패터닝하여 도전층 패턴을 형성하는 단계; 도전층 패턴이 형성된 상기 결과물상에 제1절연막을 형성하는 단계; 상기 제1절연막상에 SOG층을 형성하고 열처리하는 단계; 상기 SOG층상에 제2절연막을 형성하는 단계; 상기 결과물을 화학기계적 폴리싱 공정을 이용하여 에치백 평탄화하는 것을 특징으로하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 화학기계적 폴리싱 공정의 평탄화는 상기 도전층 패턴 위 부분의 SOG까지 제거하여 비어 콘택 부위에 SOG가 남지 않게 하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명에 의한 화학기계적 폴리싱에 의한 에치백공정으로 종래 화학기계적 폴리싱 공정의 평탄화 방법에 따라 층간절연층을 평탄화시키는 경우 발생되는 디싱(dishing)현상을 방지할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 얻게된다.
Description
제1도 내지 제4도는 본 발명의 화학기계적 폴리싱 평탄화방법을 설명하기 위한 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 반도체 기판 22 : 도전층
24 : 제1절연막 26 : SOG
28 : 제2절연막 30 : 제3절연막
본 발명은 반도체 장치 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하기로는 반도체 장치 제조시 평탄화 공정에서 디싱(dishing)현상을 방지할 수 있는 화학기계적 폴리싱에 의한 에칭백 평탄화 공정을 이용하는 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체소자의 집적도가 증가할수록 다층배선의 필요성은 더욱 증가하고 있다. 다층배선을 형성함에 있어서, 하부층의 배선과 상부층의 배선을 절연시키기 위한 층간절연층의 역할은 중요하다.
층간 절연층의 평탄화는 후속으로 형성하는 상부층의 포토마진(photo margin)과 평탄화에 큰 영향을 준다. 절연층을 평탄화하기 위한 방법으로는 붕소와 인이 도우프된 실리케이트 글래스(Borophosphosilicate Glass, 이하 BPSG) 리플로우(reflow) 방법, 스핀 온 글래스(Spin On Glass, 이하 SOG) 에치백(etch-back) 방법 등이 있다.
BPSG 리플로우 방법은 반도체 기판 표면에 BPSG막을 적층한 후 열처리하여 평탄화하는 방법이며, SOG 에치백 방법은 회로패턴층이 형성된 절연층위에 SOG막을 추가로 도포한 후, 에치백하여 평탄도를 개선하는 방법이다. 하지만, SOG에 의한 평탄화는 글로벌 평탄화를 이루기 어렵고 특히 SOG 에치 백 할 경우 에치 선택비(etch selectivity)차이에 의한 평탄도가 나빠지는 문제가 있다.
최근, 단차를 가진 반도체 기판을 연마패드 위에 밀착시킨 후 연마제를 이용하여 반도체 기판을 연마함으로써 평탄화하는 방법인 화학 기계적 폴리싱(Chemical Mechanical Polishing: CMP) 공정을 통한 평탄화방법이 제안된 바 있다. 이때 연마제로는 화학적 식각 성분인 염기성 또는 산성 용액과 에칭 성분인 알루미나 또는 실리카를 혼합한 물질을 사용한다. 이 CMP 방법은 낮은 온도에서 전체적인 평탄화를 실시할 수 있다는 장점을 가지고 있기 때문에 반도체 소자 제조에 폭넓게 사용되고 있다. 그러나, 상기 CMP 방법에 따라 층간절연층을 평탄화시키는 경우, 도전층 간의 폭이 넓은 부분에서 디싱(dishing) 현상이 심하게 발생된다. 이러한 디싱현상은 후속단계에 많은 어려움을 초래한다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 SOG공정시 문제점과 상기 화학기계적 폴리싱 공정의 문제점을 동시에 해결하여 평탄화 공정을 할 수 있는 화학기계적 폴리싱 공정을 이용하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 기판상에 도전물질을 증착한 다음 패터닝하여 도전층 패턴을 형성하는 단계; 도전층 패턴이 형성된 상기 결과물상에 제1절연막을 형성하되, 상기 제1 절연막은 화학 기계적 폴리싱 공정의 제거 속도로서 제1 속도를 갖는 물질을 사용하여 형성하는 단계; 상기 제1절연막상에 SOG층을 형성하고 열처리하되, 상기 SOG층은 화학 기계적 폴리싱 공정의 제거 속도가 상기 제1 속도보다 큰 제2속도를 갖는 물질을 사용하여 형성하는 단계; 상기 SOG층상에 제2절연막을 형성하되, 상기 제2 절연막은 화학 기계적 폴리싱 공정의 제거 속도가 상기 제1 속도보다는 같거나 크고 상기 제2 속도보다는 적은 제3 속도를 갖는 물질을 사용하여 형성하는 단계; 상기 결과물을 화학기계적 폴리싱 공정을 이용하여 에치백 평탄화하는 것을 특징으로하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 화학기계적 폴리싱 공정의 평탄화는 상기 도전층 패턴 위부분의 SOG까지 제거하여 비어 콘택 부위에 SOG가 남지 않게 하는 것이 바람직하다.
상기 SOG의 열처리는 300℃∼450℃에서 한다.
또한, 상기 SOG층의 두께는 도전층 두께의 1/2 이하가 되는 것이 바람직하다.
상기 제1절연막과 제2절연막은 SiO2, SiN, SiON, SiOF, SiC 및 BN 중 어느하나를 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시에에 의하면, 상기 SOG 물질은 화학기계적 폴리싱공정에서 실리카 슬러리를 사용할 경우 무기계 SOG를, 시리어(ceria) 슬러리를 사용할 경우 무기계, 유기계 SOG 및 폴리머 등을 사용한다.
상기 무기계 SOG로는 하이드로겐 실세스퀴옥산(Hydrogen Silsesquioxane)를 사용하는 것이 좋다.
따라서, 본 발명에 의한 화학기계적 폴리싱에 의한 에치백공정으로 종래 화학기계적 폴리싱 공정의 평탄화 방법에 따라 층간절연층을 평탄화시키는 경우 발생되는 디싱(dishing)현상을 방지할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 얻게된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제1도 내지 제4도는 본 발명에 따른 반도체 장치의 층간절연층 평탄화방법을 설명하기 위한 단면도이다.
제1도는 평탄화시킬 층간 절연층이 형성된 모양을 나타낸다.
구체적으로, 배선과 절연막이 형성된 반도체 기판 (20) 상에 도전물질을 증착한 다음, 패터닝하여 도전층(22)을 형성하고, 이어서 제1절연막(24)을 증착한 후, SOG층(26)을 형성하고 열처리한다. 이때, SOG의 열처리는 300℃∼450℃에서 한다. 마지막으로 SOG층(26)상에 제2절연막(28)을 증착한다.
제1절연막은 SOG층과 화학기계적 폴리싱 제거 속도(removal rate)가 차이가 많이 나는 막으로 제1절연막은 제거 속도가 늦고 SOG층은 제거 속도가 빠른 막이다. SOG층위에 증착한 제2절연막도 SOG층보다 CMP 제거 속도가 늦은 막이다. 제1절연막과 제2절연막의 CMP 제거 속도는 제1절연막이 제2절연막보다 작은 것이 좋다.
따라서, 제1 절연막, SOG층 및 제2 절연막사이의 화학기계적 폴리싱 공정의 제거속도 비가 제1 절연막 ≤ 제2 절연막 SOG가 되도록 절연물질을 선택하는 것이 바람직하다.
화학기계적 폴리싱 제거 속도는 SOG층 화학 물질에 따라 다르고 실리콘 산화막(SiO2)에 있어서도 실리콘(Si)이 많은 실리콘 산화막(SiO2)은 제거 속도가 작고 산소(O)가 많은 실리콘 산화막(SiO2)은 제거 속도가 커진다. 그리고 또한 화학기계적 폴리싱 장비의 파라미터에 의해서 조금 조정되고 화학기계적 폴리싱에서 쓰는 슬러리 종류에 따라 제거 속도는 막질별로 달라진다. 화학기계적 폴리싱 슬러리는 실리카를 사용할 경우 제거 속도는 SiC BN SiN SiNO SiO2무기 SOG 의 순으로 실리카 슬러리를 사용할 경우 SOG는 무기계 SOG가 유리하다.
따라서, SOG 물질은 화학기계적 폴리싱공정에서 실리카 슬러리를 사용할 경우 무기계 SOG를, 시리어(ceria)슬러리를 사용할 경우 무기계, 유기계 SOG 및 폴리머 등을 사용한다.
이때, SOG층의 두께는 베어(bare) 웨이퍼를 기준으로할 때, 도전층 두께 1/2 이하가 되는 것이 바람직하다.
제2도는 화학기계적 폴리싱에 의한 에치백공정으로 층간 절연층을 평탄화시킬 때 중간 단계의 상태를 나타낸다.
제1도에서 형성된 SOG는 패터닝된 도전층의 패턴이 넓은 부위에서는 두껍게 코팅되고 도전층 패턴이 작은 부위에서는 얇게 코팅되는 특성을 가지게된다. 따라서, 제2도에서 처럼 화학기계적 폴리싱이 어느정도 진행되면 도전층의 패턴이 넓은 부위에서 SOG가 먼저 노출되어, 이것의 화학기계적 폴리싱 제거 속도가 빠르므로 SOG가 빨리 제거된다.
제3도는 화학기계적 폴리싱에 의한 에치백공정으로 층간 절연층을 완전히 평탄화시킨 단계의 상태를 나타낸다.
참조도면은 화학기계적 폴리싱을 완료한 후의 모습으로 도전층(24)위의 SOG가 모두 제거된 후로 SOG 에치 백 효과와 함께 디싱 없는 글로벌한 평탄화를 얻을 수 있다.
특히, 화학기계적 폴리싱의 경우 SOG와 절연막의 선택비의 차이가 크게 나는 조건으로, SOG는 빨리 제거되고, 절연막은 천천히 제거 되게 하는 조건으로하여 이러한 조건에서 화학기계적 폴리싱에 의한 디싱(dishing)을 줄일 수 있고, 도전층 패턴 위의 SOG도 제거 하기가 쉽다.
이때, 화학기계적 폴리싱 공정의 평탄화는 도전층 패턴 위 부분의 SOG까지 제거하여 비어 콘택 부위에 SOG가 남지 않게 하는 것이 바람직하다. 이러한 선택적 식각이 가능하게하는 선택비는 SOG 화학 물질종류와 화학기계적 폴리싱의 슬러리 종류에 민감하여 무기계 SOG가 실리카 슬러리에서 빨리 제거 되기 때문에 화학기계적 폴리싱은 실리카 슬러리를 사용하는 것이 좋고 이때 SOG는 하이드로겐 실세스퀴옥산(Hydrogen Silsesquioxane) 혹은 무기계 SOG를 사용하는 것이 좋다.
유기계 SOG인 경우는 시리어(Ceria) 슬러리를 사용하여 선택비를 조절 할 수 있다.
제4도는 화학기계적 폴리싱에 의한 에치백공정이 완료된 상기 결과물상에 제3절연막을 형성한 단계를 도시한다.
참조도면은 에치백공정이 완료된 반도체 기판 상부에 제3절연막(30)으로서 실리콘 산화막을 예컨대, 화학기상증착법으로 형성시킨 모습을 나타낸다. 이후 비어 콘택 및 도전층 형성 공정을 진행한다.
따라서, 본 발명에 의한 화학기계적 폴리싱에 의한 에치백공정으로 종래 화학기계적 폴리싱 공정의 평탄화 방법에 따라 층간절연층을 평탄화시키는 경우 발생되는 디싱(dishing)현상을 방지할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 얻게된다.
이상, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.
Claims (7)
- 반도체 기판상에 도전물질을 증착한 다음 패터닝하여 도전층 패턴을 형성하는 단계; 도전층 패턴이 형성된 상기 결과물상에 제1절연막을 형성하되, 상기 제1절연막은 화학 기계적 폴리싱 공정의 제거 속도로서 제1속도를 갖는 물질을 사용하여 형성하는 단계; 상기 제1절연막상에 SOG층을 형성하고 열처리하되, 상기 SOG층은 화학 기계적 폴리싱 공정의 제거 속도가 상기 제1 속도보다 큰 제2속도를 갖는 물질을 사용하여 형성하는 단계; 상기 SOG층상에 제2절연막을 형성하되, 상기 제2 절연막은 화학 기계적 폴리싱 공정의 제거 속도가 상기 제1 속도보다는 같거나 크고 상기 제2 속도보다는 적은 제3 속도를 갖는 물질을 사용하여 형성하는 단계; 상기 결과물을 화학기계적 폴리싱 공정을 이용하여 에치백 평탄화하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 화학기계적 폴리싱 공정의 평탄화는 상기 도전층 패턴 위 부분의 SOG까지 제거하여 비어 콘택 부위에서 SOG가 남지 않게 하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 SOG의 열처리는 300℃∼450℃에서 하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 SOG층의 두께는 도전층 두께의 1/2 이하가 되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1절연막과 제2절연막은 SiO2, SiN, SiON, SiOF, SiC 및 BN 중 어느하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 SOG 물질은 화학기계적 폴리싱공정에서 실리카 슬러리를 사용할 경우 무기계 SOG를, 시리어(ceria) 슬러리를 사용할 경우 무기계, 유기계 SOG 및 폴리머 등을 사용하는 것을 특징으로하는 반도체 장치의 제조 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 무기계 SOG로는 하이드로겐 실세스퀴옥산(Hydrogen Silsesquioxane)를 사용하는 것을 특징으로하는 반도체 장치의 제조 방법.
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