KR100297105B1 - 반도체 소자의 층간 절연막 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 층간 절연막 형성 방법에 관한 것으로, SOG막을 이용하여 층간 절연막을 형성할 때 SOG막을 도포하고 큐링한 후 아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 실시하여 막질을 치밀화시키고, 이후 비아홀을 형성한 후 노출된 SOG막에 대해서도 아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 실시하므로써 층간 절연막의 선택된 영역을 식각하여 비아홀을 형성하고 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 실시하여 감광막 패턴을 제거할 때 산소 가스 분위기의 플라즈마에 의해 노출된 SOG막에 비아 보잉 현상이 발생되어 소자의 수율 및 신뢰성을 저하시키는 문제점을 해결한다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 층간 절연막 형성 방법에 관한 것으로, 특히 층간 절연막 및 평탄화막으로 사용되는 SOG막을 아르곤 가스와 산소 가스로 플라즈마 처리하여 막의 특성을 개선하므로써 후속 공정의 비아 매립 특성의 향상 및 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자 제조용 SOG막 형성 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 SOG막을 이용한 층간 절연막 및 비아홀 형성 방법을 설명하기 위해 도시한 소자의 단면도이다.
반도체 기판(11) 상부에 제 1 금속층(12)을 패터닝하여 형성한 후 전체 구조 상부에 제 1 산화막(13), SOG막(14) 및 제 2 산화막(15)으로 이루어진 층간 절연막을 형성한다. 제 1 산화막(13)은 패터닝된 제 1 금속층(12)을 포함한 전체 구조 상부에 고른 두께로 절연을 목적으로 형성된 플라즈마 산화막이다. SOG막(14)은 갭필 및 평탄화를 위해 형성하는 것으로, 큐링(curing) 후 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 실시한다. 또한, 제 2 산화막(15)은 절연 및 평탄화를 위해 SOG막(14) 상부에 플라즈마 산화막으로 형성한다. 상기와 같은 방법으로 형성된 층간 절연막의 선택된 영역을 식각하여 제 1 금속층(12)과 도통되는 비아홀을 형성하기 위해 제 2 산화막(15) 상부에 감광막 패턴을 형성한다. 감광막 패턴을 마스크로 식각 공정을 실시하여 제 1 금속층(12)과 도통되는 비아홀을 형성한다. 비아홀을 형성한 후 산소 플라즈마를 이용하여 감광막 패턴을 제거한다. 이때, SOG막(14)이 산소 플라즈마에 의해 노출되어 비아 보잉(via bowing)(16)이 발생한다. 비아 보잉(16)에 의해 제 2 금속층(17)으로 비아홀을 매립할 때 비아홀의 매립이 방해되어 비아홀내에 보이드 및 제 2 금속층(17)과 제 1 금속층(12)의 단선을 유발시켜 소자의 신뢰성을 저하시킨다.
따라서, 본 발명은 SOG막을 이용하여 형성된 층간 절연막의 선택된 영역을 식각하여 비아홀을 형성하고 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 실시하여 감광막 패턴을 제거할 때 산소 가스 분위기의 플라즈마에 의해 노출된 SOG막에 비아 보잉 현상이 발생되는 것을 방지하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 층간 절연막 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 기판 상부에 제 1 금속층을 형성하여 패터닝하는 단계와, 상기 제 1 금속층을 포함한 전체 구조 상부에 제 1 산화막, SOG막 및 제 2 산화막으로 이루어진 층간 절연막을 형성하되, 상기 SOG막을 도포하고 큐링한 후 아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 실시하는 단계와, 상기 층간 절연막의 선택된 영역을 식각하여 상기 제 1 금속층과 도통되는 비아홀을 형성한 후 아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 실시하여 상기 노출된 SOG막의 막질을 치밀화시키는 단계와, 상기 비아홀이 매립되도록 제 2 금속층을 형성한 후 패터닝하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래의 SOG막을 이용한 층간 절연막 및 비아홀 형성 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 SOG막을 이용한 층간 절연막 및 비아홀 형성 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.
도 3(a) 및 도 3(b)는 SOG막에 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리한 경우 및 아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리한 경우의 FTIR 스펙트럼.
도 4(a) 및 도 4(b)는 아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 실시한 경우와 그렇지 않은 경우 SOG막의 ACT 클리닝 후의 FTIR 스펙트럼.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
11 및 21 : 반도체 기판 12 및 22 : 제 1 금속층
13 및 23 : 제 1 산화막 14 및 24 : SOG막
15 및 26 : 제 2 산화막 16 : 비아 보잉
17 및 28 : 제 2 금속층 25 : 제 1 치밀화층
27 : 제 2 치밀화층
본 발명에서는 SOG막을 형성하기 위해 SOG막을 큐링한 후 아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리하여 막질을 치밀화시켜 반도체 소자의 제조 공정에서 소자의 수율 및 신뢰성을 향상시킨다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 SOG막을 이용한 층간 절연막 및 비아홀 형성 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.
반도체 기판(21) 상부에 제 1 금속층(22)을 패터닝하여 형성한다. 패터닝된 제 1 금속층(22)을 포함한 전체 구조 상부에 제 1 산화막(23), SOG막(24) 및 제 2 산화막(26)으로 이루어진 층간 절연막을 형성한다. 제 1 산화막(23)은 제 1 금속층 (22)을 포함한 전체 구조 상부에 절연을 목적으로 형성하는 것으로 플라즈마 산화막등이 이용된다. 제 1 산화막(23)을 포함한 전체 구조 상부에 갭필 및 평탄화를 위해 SOG막(24)을 형성하는데, 이때의 SOG막은 유기 SOG막이다. SOG막(24)을 도포하고 큐링(curing)한 후 아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 실시하여 표면을 치밀화시켜 SOG막(24)의 표면에 제 1 치밀화층(25)을 형성한다. 전체 구조 상부에 절연 및 평탄화를 위한 제 2 산화막(26)을 형성한다. 상기와 같은 방법으로 형성된 층간 절연막의 선택된 영역을 식각하여 제 1 금속층(22)과 도통되는 비아홀을 형성하기 위해 제 2 산화막(26) 상부에 감광막 패턴을 형성한다. 감광막 패턴을 마스크로 식각 공정을 실시하여 제 1 금속층(22)과 도통되는 비아홀을 형성한다. 그리고, 아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 실시하여 비아홀에 의해 노출된 SOG막(24)의 표면을 치밀화하여 제 2 치밀화층(27)을 형성한다. 산소 플라즈마를 이용하여 감광막 패턴을 제거한다. 비아홀이 매립되도록 전체 구조 상부에 제 2 금속층(28)을 형성한 후 패터닝한다.
상기와 같은 아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리하기 위한 반응 챔버를 400mTorr의 압력으로 유지한 상태에서 아르곤 가스를 300sccm, 산소 가스를 50sccm 유입하여 플라즈마 처리를 실시한다.
상기에서는 SOG막을 층간 절연막 형성에 적용한 경우를 예로 설명하였으나, 여기한 국한되지 않고 보호(passivation)막 등으로 SOG막을 사용할 경우 등에도 적용할 수 있다.
도 3(a) 및 도 3(b)는 SOG막의 큐링(curing) 후 산소 가스 분위기 및 아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리한 후의 FTIR 스펙트럼이다.
산소 가스 분위기로 플라즈마 처리할 때의 조건은 챔버의 압력을 1800mTorr로 유지한 상태에서 산소 가스를 2000sccm의 양으로 유입하여 플라즈마 처리를 실시한다. 또한, 아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 실시할 때의 조건은 챔버의 압력을 400mTorr로 유지한 상태에서 아르곤 가스를 300sccm의 양으로 유입하고, 산소 가스를 50sccm의 양으로 유입하여 플라즈마 처리를 실시한다.
큐링후의 SOG막은 -CHx기를 다량 흡수하고 있는데, 이를 비아홀 형성 후 감광막 패턴을 제거하기 위한 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 실시하면 -CHx기가 없어지고 도2(a)에 도시된 바와 같이 3500㎝-1부근에 H2O 분자에 의한 피크가 형성되어 있음을 알 수 있다. 이는 다음의 반응에 의한 것으로, SOG막이 다량의 수분을 흡수하고 있는 것을 의미한다.
-CHx+ O2→ CO2+ SiOH + H2O
이에 반해서, 도 2(b)에 도시된 바와 같이 SOG막을 아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 실시한 경우에는 -CHx기가 줄어들었음에도 불구하고 수분이 증가하지 않았음을 알 수 있다.
아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 실시할 경우와 그렇지 않을 경우에 따른 SOG막 표면의 차이는 SOG 솔벤트인 IPA(isoproranol alcohol) 린스 공정이 포함되어 있는 ACT 클리닝을 실시하므로써 알 수 있는데, 이에 대한FTIR 스펙트럼 결과를 도 3(a) 및 도 3(b)에 도시하였다.
도 3(a) 및 도 3(b)는 아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 실시한 경우와 그렇지 않은 경우 SOG막의 ACT 클리닝후의 FTIR 스펙트럼이다.
아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 실시하지 않은 경우 ACT 클리닝에 의해 수분 피크의 강도가 다소 증가한다. 하지만, 아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 실시한 경우는 수분에 의한 피크의 강도가 변함없음을 알 수 있다.
이상의 결과로 아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 실시함에 의해 SOG막이 수분을 흡수하지 않고 막의 표면이 더욱 치밀해지는 것으로 판단된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 층간 절연막 및 평탄화막으로 사용되는 SOG막을 아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 실시함에 의해 막의 특성을 개선하므로써 후속 공정의 비아 매립 특성의 향상을 통한 수율 향상 및 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 기존의 장비로 공정을 진행할 수 있어 HDP 산화막과 같은 새로운 공정에 대한 신규 장비의 투자를 억제할 수 있다.
Claims (5)
- SOG막을 이용한 반도체 소자의 층간 절연막 형성 방법에 있어서,상기 SOG막을 도포하고 큐링한 후 아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 층간 절연막 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 SOG막은 유기계인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 층간 절연막 형성 방법.
- 반도체 기판 상부에 제 1 금속층을 형성하여 패터닝하는 단계와,상기 제 1 금속층을 포함한 전체 구조 상부에 제 1 산화막, SOG막 및 제 2 산화막으로 이루어진 층간 절연막을 형성하되, 상기 SOG막을 도포하고 큐링한 후 아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 실시하는 단계와,상기 층간 절연막의 선택된 영역을 식각하여 상기 제 1 금속층과 도통되는 비아홀을 형성한 후 아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 실시하여 상기 노출된 SOG막의 막질을 치밀화시키는 단계와,상기 비아홀이 매립되도록 제 2 금속층을 형성한 후 패터닝하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 층간 절연막 형성 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 SOG막은 유기계인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 층간 절연막 형성 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 아르곤 가스와 산소 가스 분위기로 플라즈마 처리를 실시할 때의 조건은 챔버의 압력을 400mTorr로 유지한 상태에서 아르곤 가스를 300sccm, 산소 가스를 50sccm 유입하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 층간 연막 형성 방법.
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