KR100397177B1 - 절연막 제조 방법 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

절연막 제조 방법 및 상기 절연막을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 개시되어 있다. 제1유량을 갖고, 산화성 분위기를 조성하기 위한 산화성 가스, 제2유량을 갖고, 제1불순물 물질을 운반하는 제1캐리어 가스 및 상기 제2유량보다 많은 제3유량으로 제공되고, 제2불순물 물질을 운반하는 제2캐리어 가스를 사용하여 공정 분위기를 조성한다. 그리고, 제4유량을 갖는 상기 산화성 가스, 제5유량을 갖는 상기 제1캐리어 가스 및 상기 제5유량보다 많은 제6유량으로 제공되는 상기 제2캐리어 가스, 그리고 실리콘 소스 물질, 제1불순물을 도핑하기 위한 제1불순물 물질 및 제2불순물을 도핑하기 위한 제2불순물 물질을 사용하여 유동성 절연막을 형성한다. 이에 따라, 동일한 구성을 갖는 다수대의 장치들 각각을 사용하여 상기 유동성 절연막을 형성하여도 실질적으로 동일한 특성을 나타낸다.

Description

절연막 제조 방법 및 반도체 장치의 제조 방법{Method of manufacturing an insulator layer and a semiconductor device}
본 발명은 절연막 제조 방법 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로서,보다 상세하게는 산소 가스, 질소 가스, 상기 질소 가스보다 많은 유량으로 제공되는 헬륨 가스 그리고 테트라에틸 오소실리케이트, 트리에틸보레이트 및 트리에틸포스페이트를 사용하여 비피에스지막을 제조하는 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조에 있어서, 막 형성을 위한 가공 기술은 크게 물리 기상 증착(physical vapor deposition)과 화학 기상 증착(chemical vapor deposition)으로 구분할 수 있다. 이 중에서 상기 화학 기상 증착은 형성하고자 하는 대상 물질의 원소를 포함하는 기체 소스와 반응 기체를 기판 위에 공급하고, 상기 기판을 가열하여 화학 반응이 일어나게 함으로서 상기 기판 상에 막을 형성하는 가공 기술이다.
상기 막을 형성하기 위한 공정 특성은 상기 막 뿐만 아니라 상기 막의 하부에 형성되어 있는 하부막과 상기 막의 상부에 형성할 상부막 등에 영향을 끼친다. 이에 따라, 상기 막들을 형성할 때 상기 막 형성 이전 또는 이후의 공정 특성에 따른 상기 막들의 화학적, 물리적 특성이 충분히 고려되어야 한다.
상기 막들 중에서 금속 배선의 전기적 절연 또는 표면 보호 등을 위한 절연막은 산화물에 인을 도핑하는 피에스지막(PSG layer : phosphosilicate glass layer) 또는 상기 산화물에 붕소 및 인을 도핑하는 비피에스지막(BPSG layer : borophosphosilicate glass layer) 등이 주로 선택된다. 이는, 상기 피에스지막 또는 비피에스지막이 스텝 커버리지(step coverage)가 우수하고, 수분에 대한 확산 장벽으로 작용하여 알칼리 이온(alkali ion)을 포집(gettering)하고, 상기 막들을 형성하기 위한 공정을 저온에서 수행할 수 있기 때문이다.
그러나, 상기 막들을 형성한 다음 상기 막들을 리플로우(reflow)시킬 때 상기 막들이 확산 장벽으로 작용하고, 충분한 유동성을 갖기 때문에 상기 막들은 하부에 수분을 전달하는 매개로 작용한다. 따라서, 상기 막들의 하부에 상기 수분에 의하여 손상을 받는 재질로 구성되는 막 또는 실리콘 재질의 기판 등이 있을 경우에는 심각한 문제를 초래할 수 있다. 때문에, 상기 막들을 형성할 때 상기 수분에 의한 영향을 최소화하기 위한 방법이 고려되어야 한다.
상기 수분에 의한 영향을 최소화하는 피에스지막 또는 비피에스지막의 형성에 대한 예는 다우슨(Dawson et al.) 등에게 허여된 미합중국 특허 제 4,668,973호, 일본국 특허 공개소 59-222945호, 일본국 특허 공개평 1-122139호 및 일본국 특허 공개평 8-17926호 등에 개시되어 있다.
상기 미합중국 특허 제 4,668,973호에 개시된 바에 의하면, 기판 상에 질화 규소막을 형성한 다음 상기 질화 규소막 상에 인이 7% 이하로 첨가되는 피에스지막을 형성한다. 따라서, 상기 피에스지막을 리플로우시켜도 상기 질화 규소막에 의하여 수분이 상기 기판에 침투하는 것이 저지된다. 또한, 상기 피에스지막에 개구부를 형성하여도 상기 질화 규소막에 의하여 상기 기판이 직접 노출되지 않기 때문에 상기 기판이 산화되는 것을 저지한다.
상기 일본국 특허 공개소 59-222945호에 개시된 바에 의하면, 기판 상에 질화 규소막을 형성한 다음 상기 질화 규소막 상에 비피에스지막을 형성한다. 따라서 상기 비피에스지막을 리플로우시키도 상기 질화 규소막에 의하여 수분이 상기 기판에 침투하는 것을 저지하고, 상기 기판이 직접 노출되어 산화하는 것을 저지한다.
상기 일본국 특허 공개평 1-122139호에 개시된 바에 의하면, 기판 및 게이트 전극 상에 연속적으로 질화 규소막을 형성한 다음 붕소를 함유하는 피에스지막을 형성한다. 따라서, 상기 피에스지막을 리플로우시켜도 상기 질화 규소막에 의하여 수분이 상기 기판 뿐만 아니라 상기 게이트 전극에 침투하는 것을 저지한다.
상기 일본국 특허 공개평 8-17926호에 개시된 바에 의하면, 폴리실리콘막 상에 산화규소막을 형성한 다음 상기 산화규소막 상에 비피에스지막을 형성한다. 따라서, 상기 비피에스지막을 리플로우시켜도 상기 산화규소막에 의하여 수분이 상기 폴리실리콘막 또는 기판에 침투하는 것을 저지한다.
이와 같이, 상기 피에스지막 또는 비피에스지막 등을 형성할 때 상기 막을 질화 규소막 상에 형성함으로서 수분 등에 의한 영향을 최소화할 수 있다. 그리고, 상기 피에스지막 또는 비피에스지막의 소정 부위를 식각하여 개구부를 갖는 절연막 패턴을 형성할 때 상기 질화 규소막은 상기 식각에 의하여 하부막 또는 기판이 손상되는 것을 저지한다.
그리고, 미세한 개구부 또는 게이트 전극들로 구성되는 요철(凹凸) 부위를 갖는 최근의 반도체 장치의 제조에서는 상기 개구부 또는 게이트 전극들 사이의 요 부위에 충분한 충전을 위한 특성도 고려하여야 한다. 상기 충전 특성을 고려할 경우 비피에스지막이 주로 선택된다. 상기 비피에스지막은 테트라에틸 오소실리케이트, 트리에틸보레이트, 트리에틸포스페이트, 산소 가스, 오존 가스, 질소 가스 및 헬륨 가스등을 사용하는 화학 기상 증착을 수행하여 형성한다.
이와 같이, 상기 수분의 침투 및 식각에 의한 손상을 저지하고, 충분한 충전특성을 갖기 위해서는 주로 질화 규소막을 형성한 다음 상기 질화 규소막 상에 비피에스지막을 형성한다.
상기 비피에스지막의 형성에 대한 일 예를 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 산소 가스를 이용하여 상기 비피에스지막의 용이한 형성을 위한 산화성 분위기를 조성한다. 그리고, 상기 테트라에틸 오소실리케이트 및 산소 가스를 사용하여 질화 규소막으로 구성되는 식각 저지막 상에 제1시드층을 형성한 다음 상기 트리에틸보레이트, 트리에틸포스페이트, 테트라에틸 오소실리케이트 및 산소 가스를 사용하여 상기 제1시드층 상에 제2시드층을 형성한다. 상기 제1시드층 및 제2시드층은 상기 비피에스지막에 첨가되는 붕소 및 인의 함량 결정에 기여한다. 이어서, 상기 트리에틸보레이트, 트리에틸포스페이트, 테트라에틸 오소실리케이트 및 오존 가스를 사용하여 상기 제1시드층 및 제2시드층을 포함하는 식각 저지막 상에 비피에스지막을 형성한다. 이때, 상기 비피에스지막은 인의 함량이 상대적으로 풍부하게 형성된다. 이는, 상기 제2시드층을 형성할 때 트리에틸포스페이트를 사용하기 때문으로, 충분한 유동성을 확보하여 후속되는 리플로우에서 상기 비피에스지막을 상기 요 부위내에 용이하게 충전시키기 위함이다.
그리고, 상기 비피에스지막을 질소 가스를 사용하여 리플로우시켜 상기 비피에스지막 표면을 평탄하게 형성함과 동시에 요철 부위 중에서 상기 요 부위내를 상기 절연막으로 충분히 충전시킨다.
그러나, 상기 요 부위내에는 상기 비피에스지막이 충분히 충전되지 않고, 보이드(void)가 빈번하게 형성된다. 이는, 상기 비피에스지막을 질소 가스를 사용하여 리플로우시키기 때문이다. 이에 따라, 상기 질소 가스 대신 최근에는 산소 가스 및 수소 가스를 사용하여 상기 비피에스지막을 리플로우시켜 보이드의 형성을 최소화한다.
그러나, 상기 산소 가스 및 수소 가스를 사용하여 상기 비피에스지막을 리플로우시킬 때 상기 비피에스지막 하부에 있는 식각 저지막의 두께가 감소한다. 이는 상기 인의 함량을 결정하는 트리에틸포스페이트가 상기 리플로우를 수행할 때 산소 가스 및 수소 가스와 반응하여 인산(phosphoric acid : H3PO4)으로 생성되고, 상기 인산이 상기 식각 저지막을 식각하기 때문이다.
상기 리플로우 이전과 이후의 식각 저지막의 두께를 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscopy : TEM)을 사용하여 분석한 결과, 상기 리플로우 이후의 식각 저지막의 두께가 이전 보다 약 30% 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 오저 전자 분석기(auger electron spectroscopy : AES)를 사용하여 상기 리플로우 이후의 식각 저지막을 분석한 결과 상기 식각 저지막을 구성하는 산화물이 상기 리플로우 이전 보다 약 0.2배 정도 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 리플로우를 통하여 상기 식각 저지막의 두께가 감소하고, 산화가 진행 중이라는 것을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 상기 리플로우를 수행한 다음 상기 비피에스지막을 개구부를 갖는 비피에스지막 패턴 형성을 위한 식각을 할 때 상기 식각 저지막에 의한 식각 제어가 적절하게 이루어지지 않는다. 때문에, 상기 식각 저지막의 하부에 있는 기판이 노출되거나 심할 경우에는 상기 기판 자체가 식각되는 상황도 발생한다. 그리고 셀프 얼라인 콘택(self align contact) 등과 같은 미세 패턴을 요구하는 최근의 반도체 장치 제조에서 상기 식각 저지막의 두께 감소는 게이트 전극 사이의 솔더 마진(shoulder margin)을 충분하게 확보하지 못하는 원인으로 작용한다.
반면에, 붕소 함량이 상대적으로 풍부한 비피에스지막을 형성할 경우, 충분한 유동성을 확보하지 못함으로서, 상기 요 부위내에 상기 비피에스지막이 충전되지 않고, 보이드가 생성된다. 또한, 상기 붕소 함량이 풍부한 비피에스지막은 등방성 식각 특성을 가지기 때문에 상기 개구부의 형성을 위한 식각을 할 경우 상기 개구부가 설정된 직경(critical dimension : CD)보다 크게 형성된다. 따라서, 상기 개구부의 충전을 위한 후속 공정을 수행할 때 상기 개구부내가 완전히 충전되지 않고, 보이드가 형성된다. 이는, 상기 설정된 직경보다 큰 개구부가 형성되지만, 상기 충전은 상기 설정된 직경을 기준으로 이루어지기 때문이다.
이와 같이, 상기 비피에스지막에 첨가되는 인 및 붕소의 함량을 적절하게 조절하지 못함으로서, 하부의 식각 저지막의 두께가 감소하거나, 등방성 식각 특성을 갖는다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원인은 상기 인 및 붕소의 함량을 적절하게 조절하고, 특성 변화가 실질적으로 없는 비피에스지막을 형성하는 방법을 발명하였고, 이를 2000년 6월 15일자로 대한민국 특허청에 대한민국 특허 출원 제2000-32893호로 출원하였고, 현재 계속 중에 있다.
상기 대한민국 특허 출원 제2000-32893호에 의하면, 수소 가스 및 산소 가스를 사용하여 상기 비피에스지막을 리플로우시켜도 하부에 있는 식각 저지막의 두께가 감소하는 것을 최소화함과 동시에 충분한 충전 효과와 이방성 식각 특성을 확보할 수 있다.
그러나, 상기 대한민국 특허 출원 제2000-32893호에 개시된 공정 조건에 의해 형성하는 비피에스지막은 상기 식각 저지막의 두께 감소에 대한 재현성이 없다. 즉, 동일한 공정 조건으로 상기 비피에스지막을 형성하여도 상기 비피에스지막을 형성하는 장치에 따라 그 차이가 발생한다. 상기 장치는 화학 기상 증착 장치로서, 동일한 구성을 갖는다.
도 1은 상기 대한민국 특허 출원 제2000-32893호에 개시된 공정 조건으로 5.25 내지 5.75 중량%의 붕소 및 2.75 내지 4.25 중량%의 인이 첨가되는 비피에스막을 형성한 결과를 나타낸다. 상기 비피에스지막은 동일한 구성을 갖는 15대의 장치 각각을 사용하여 형성된다.
그러나, 상기 비피에스지막을 리플로우시킨 다음 상기 식각 저지막의 두께 감소에 대한 편차가 심하게 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 장치에 따서는 20Å 이상의 두께 편차가 있음을 확인할 수 있었다. 때문에, 상기 비피에스지막은 상기 식각 저지막의 두께 감소에 대한 재현성을 확보하지 못하는 결론을 얻을 수 있었다.
또한, 상기 유동성 절연막으로서 형성하는 비피에스지막은 시드층을 형성하는 단계를 수행해야 하기 때문에 제조 공정이 간편하지 못한 문제점이 있다.
본 발명의 제1목적은, 동일한 구성을 갖는 다수대의 장치들 각각을 사용하여 절연막을 형성하여도 실질적으로 동일한 특성을 나타내는 절연막 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제2목적은, 반도체를 제조함에 있어 다수대의 장치 각각을 사용하여 절연막을 형성하여도 하부에 있는 하부막에 끼치는 영향이 실질적으로 동일한 특성을 갖는 절연막을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 공정 조건에 의해 형성한 비피에스지막을 리플로우시킨 다음 식각 저지막의 두께가 감소한 상태를 설명하기 위한 그래프이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제1실시예에 따른 절연막 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 절연막을 제조하기 위한 제조 장치를 나타내는 구성도이다.
도 4는 도 3의 반응 가스들이 혼합되는 과정을 설명하기 위한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따라 절연막을 형성할 때 제공되는 가스 및 물질들을 각 단계별로 분류하기 위한 그래프이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 절연막 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따라 절연막을 형성할 때 제공되는 가스 및 물질들을 각 단계별로 분류하기 위한 그래프이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 절연막 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9 및 도 10은 캐리어 가스의 유량 조건에 따라 식각 저지막의 두께가 감소하는 상태를 설명하기 위한 그래프이다.
도 11a 내지 도 11e는 본 발명의 제4 실시예에 따른 절연막 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 12a 내지 도 12e는 본 발명의 제5 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따라 형성되는 반도체 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
20, 60, 110, 120 : 기판
22, 62, 64, 112, 115, 127, 128 : 유동성 절연막
30 : 챔버 84, 113, 126 : 식각 저지막
122 : 소스 및 드레인 124 : 게이트 전극
130 : 개구부 132 : 패턴
200 : 스테이지 210a, 210b : 가스 제공 라인
220 : 가스 혼합 박스 230 : 플레이트
상기 제1목적을 달성하기 위한 본 발명의 절연막 제조 방법은, 제1유량을 갖고, 산화성 분위기를 조성하기 위한 산화성 가스, 제2유량을 갖고, 제1불순물 물질을 운반하기 위한 제1캐리어 가스 및 상기 제2유량보다 많은 제3유량으로 제공되고, 인을 포함하는 제2불순물 물질을 운반하기 위한 제2캐리어 가스를 사용하여 제1유동성 절연막을 형성하기 위한 공정 분위기를 조성하는 단계와, 제4유량을 갖는 상기 산화성 가스, 제5유량을 갖는 상기 제1캐리어 가스 및 상기 제5유량보다 많은 제6유량으로 제공되는 상기 제2캐리어 가스, 그리고 상기 제1유동성 절연막을 형성할 때 실리콘 소스를 제공하기 위한 실리콘 소스 물질, 상기 제1유동성 절연막을 형성할 때 상기 제1유동성 절연막에 상기 붕소를 도핑하기 위한 제1불순물 물질 및 상기 인을 도핑하기 위한 제2불순물 물질을 사용하여 상기 제1유동성 절연막을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제1유량, 제2유량 및 제3유량은 1.00 내지 2.50 : 0.70 내지 0.95 : 1의 비율을 갖는데, 상기 제3유량은 적어도 4,000sccm인 것이 바람직하다.
상기 제4유량, 제5유량 및 제6유량, 그리고 실리콘 소스 물질, 제1불순물 물질 및 제2불순물 물질은 2.00 내지 2.50 : 0.70 내지 0.95 : 1 : 0.15 내지 0.25 : 0.040 내지 0.045 : 0.013 내지 0.014의 비율을 갖는데, 상기 제6유량은 적어도 4,000sccm인 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 공정 분위기를 조성하는 단계는, 1.00 내지 1.25 : 0.70 내지 0.95 : 1의 비율을 갖는 상기 산화성 가스, 상기 제1캐리어 가스 및 상기 제2캐리어 가스를 사용하여 상기 제1유동성 절연막을 형성하기 위한 챔버 내부를 가스 분위기로 조성하는 단계와, 2.00 내지 2.50 : 0.70 내지 0.95 : 1의 비율을 갖는 상기 산화성 가스, 상기 제1캐리어 가스 및 상기 제2캐리어 가스를 사용하여 상기 챔버 내부가 기준 압력이상이 되도록 압력 분위기를 조성하는 단계와, 2.00 내지 2.50 : 0.70 내지 0.95 : 1의 비율을 갖는 상기 산화성 가스, 상기 제1캐리어 가스 및 상기 제2캐리어 가스를 사용하여 상기 챔버 내부에 조성된 압력 분위기를 안정화시키는 단계를 포함한다.
상기 공정 분위기 조성에 사용되는 상기 산화성 가스의 예로서는 산소 가스, 오존 가스 등이 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직한 산화성 가스로서는 산소 가스를 사용한다. 이때, 상기 제1캐리어 가스는 질소 가스이고, 상기 제2캐리어 가스는 헬륨 가스이다.
상기 실리콘 소스 물질의 예로서는 테트라에틸 오소실리케이트가 있다. 상기 제1불순물 물질의 예로서는 트리에틸보레이트, 트리메틸보레이트 등이 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직한 제1불순물 물질로서는 상기 트리에틸보레이트를 사용한다. 상기 제2불순물 물질의 예로서는 트리에틸포스페이트 또는 트리메틸포스페이트 등이 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직한 제2불순물로서는 상기 트리에틸포스페이트를 사용한다.
이와 같이, 상기 제1캐리어 가스보다 상기 제2캐리어 가스가 많은 유량을 갖도록 제공하고, 4,000sccm 이상으로 제공한다. 따라서, 동일한 구성을 갖는 다수대의 장치 각각을 사용하여 절연막을 제조하여도 실질적으로 동일한 특성을 갖는 절연막을 제조할 수 있다. 때문에, 재현성이 확보된 절연막을 제조함에 따라 공정의 안정성을 일정하게 유지할 수 있다.
상기 제2목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 기판 상에 식각에 의하여 상기 기판이 손상되는 것을 저지하기 위한 식각 저지막을 형성하는 단계와, 제1유량을 갖고, 산화성 분위기를 조성하기 위한 산화성 가스, 제2유량을 갖고, 붕소를 포함하는 제1불순물 물질을 운반하기 위한 제1캐리어 가스 및 상기 제2유량보다 많은 제3유량으로 제공되고, 인을 포함하는 제2불순물 물질을 운반하기 위한 제2캐리어 가스를 사용하여 상기 식각 저지막 상에 제1유동성 절연막을 형성하기 위한 공정 분위기를 조성하는 단계와, 제4유량을 갖는 상기 산화성 가스, 제5유량을 갖는 상기 제1캐리어 가스 및 상기 제5유량보다 많은 제6유량으로 제공되는 상기 제2캐리어 가스, 그리고 상기 제1유동성 절연막을 형성할 때 실리콘 소스를 제공하기 위한 실리콘 소스 물질, 상기 제1유동성 절연막을 형성할 때 상기 제1유동성 절연막에 상기 붕소를 도핑하기 위한 제1불순물 물질 및 상기 인을 도핑하기 위한 제2불순물 물질을 사용하여 상기 식각 저지막 상에 상기 제1유동성 절연막을 형성하는 단계와, 상기 제1유동성 절연막을 산소 가스 및 수소 가스를 사용하는 고온 분위기에서 리플로우시켜 상기 제1유동성 절연막의 표면을 평탄하게 형성함과 동시에 상기 기판 상의 요철 부위들 중에서 상기 요 부위를 상기 제1유동성 절연막으로 충분하게 충전하는 단계와, 상기 제1유동성 절연막의 소정 부위를 식각하여 상기 소정 부위의 하부에 있는 식각 저지막이 노출되는 개구부를 갖는 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 공정 분위기는 상기 산화성 가스의 제1유량, 상기 제1캐리어 가스의 제2유량 및 상기 제2캐리어 가스의 제3유량은 1.00 내지 2.50 : 0.70 내지 0.95 : 1의 비율을 갖는다. 상기 산화성 가스의 예로서는 산소 가스, 오존 가스 또는 이들의 혼합 가스가 있는데, 바람직하게는 산소 가스를 사용한다. 이때, 상기 제1캐리어 가스로서 질소 가스를 사용하고, 상기 제2캐리어 가스로서 헬륨 가스를 사용하는데, 상기 제2캐리어 가스의 제3유량은 적어도 4,000sccm인 것이 바람직하다.
상기 공정 분위기 조성 단계를 구체적으로 살펴보면, 1.00 내지 1.25 : 0.70 내지 0.95 : 1의 비율을 갖는 상기 산화성 가스, 상기 제1캐리어 가스 및 상기 제2캐리어 가스를 사용하여 상기 제1유동성 절연막을 형성하기 위한 챔버 내부를 5초 이내에 가스 분위기로 조성하는 단계와, 2.00 내지 2.50 : 0.70 내지 0.95 : 1의 비율을 갖는 상기 산화성 가스, 상기 제1캐리어 가스 및 상기 제2캐리어 가스를 사용하여 60초 이내에 상기 챔버 내부를 160 Torr 이상의 압력 분위기로 조성하는 단계와, 2.00 내지 2.50 : 0.70 내지 0.95 : 1의 비율을 갖는 상기 산화성 가스, 상기 제1캐리어 가스 및 상기 제2캐리어 가스를 사용하여 상기 챔버 내부에 조성된압력 분위기를 15초 이내에 안정화시키는 단계를 포함한다.
상기 산화성 가스의 제4유량, 상기 제1캐리어 가스의 제5유량 및 상기 제2캐리어 가스의 제6유량, 그리고 상기 실리콘 소스 물질, 제1불순물 물질 및 제2불순물 물질이 2.00 내지 2.50 : 0.70 내지 0.95 : 1 : 0.15 내지 0.25 : 0.040 내지 0.045 : 0.013 내지 0.014의 비율을 갖는다. 이때, 상기 제2캐리어 가스의 제6유량은 적어도 4,000sccm인 것이 바람직하다.
상기 실리콘 소스 물질의 예로서는 테트라에틸 오소실리케이트가 있다. 상기 제1불순물 물질의 예로서는 트리에틸보레이트, 트리메틸보레이트 또는 이들의 혼합 물질 등이 있는데, 상기 트리에틸보레이트를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 제2불순물 물질이 예로서는 트리에틸포스페이트, 트리메틸포스페이트 또는 이들의 혼합 물질 등이 있는데, 상기 트리에틸포스페이트를 사용하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 0.15㎛ 이하의 디자인룰을 요구하는 셀프 얼라인 콘택 등과 미세 패턴을 형성할 때 적절하게 응용할 수 있는 절연막을 형성할 수 있다. 뿐만 아니라, 동일한 구성을 갖는 다수대의 장치 각각을 사용하여 상기 절연막을 형성하여도 실질적으로 동일한 특성을 갖는 절연막을 형성할 수 있다. 때문에, 반도체 장치 제조에 있어 공정 재현성이 충분하게 확보된 절연막을 제조할 수 잇다. 따라서, 반도체 장치의 제조에 안정성을 확보할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 2a 내지 도 2c 본 발명의 제1실시예에 따른 절연막 제조 방법을 설명하기위한 단면도들이다.
도 2a를 참조하면, 실리콘 재질로 구성되는 기판(20)이 마련된 상태를 나타낸다. 그리고, 도 2b를 참조하면, 기판(20) 상에 유동성 절연막(22)으로서 비피에스지막(22)이 형성되어 있는 상태를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 절연막을 제조하기 위한 제조 장치를 나타내는 구성도이다.
도 3을 참조하면, 기판(20)이 놓여지는 스테이지(stage)(200)가 구비되어 있다. 스테이지(200)는 기판(20)을 가열하기 위한 부재들이 설치되어 상기 절연막을 형성할 때 기판(20)을 가열시킨다. 그리고, 스테이지(200)는 기판(20)을 상,하로 리프팅(lifting)시키기 위한 부재들이 설치되어 상기 절연막을 형성할 때 기판(20)을 상,하로 리프팅시킨다. 이때, 기판(20)의 리프팅은 절연막(22)의 균일도에 영향을 끼치기 때문에 각 단계마다 상기 리프팅되는 간격을 제어한다. 기판(20)이 놓여지는 스테이지(200)를 포함하는 챔버(30)내에 각 단계마다 반응 가스들을 제공하기 위한 가스 제공 라인들(210a, 210b) 및 제공 라인들(210a, 210b)을 통하여 제공되는 반응 가스들을 혼합하기 위한 가스 혼합 박스(220)가 구비되어 있다.
도 4는 도 3의 반응 가스들이 혼합되는 과정을 설명하기 위한 구성도이다.
도 4를 참조하면, 가스 제공 라인들(210a, 210b)이 연결되는 가스 혼합 박스(220)가 구비되어 있다. 반응 가스들은 가스 혼합 박스(220)에 각각 제공되고, 가스 혼합 박스(220)내에서 혼합이 이루어지면서 챔버(30)내로 제공된다.
가스 혼합 박스(220)를 통하여 제공되는 반응 가스들을 챔버(30)내에 있는기판(20) 상에 균일하게 제공하기 위한 플레이트(plate)(230)가 구비되어 있다. 플레이트(230)의 전면에는 가스를 제공하기 위한 홀들이 형성되고, 상기 가스들은 상기 홀들을 통하여 기판(20)상에 균일하게 제공된다.
상기 챔버(30)를 포함하는 장치를 사용한 절연막(22)의 형성은 다음과 같다.
도 1a를 참조하면, 기판(20)을 챔버(30) 내에 위치시킨다. 그리고, 챔버(30) 내에 4,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 제공한다. 따라서, 챔버(30) 내부는 가스 분위기로 조성된다. 상기 가스 분위기는 공정 단계가 시간에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 3초이다. 만약, 상기 가스 분위기 조성이 3초 이상 진행될 경우에는 공정 에러로 판단한다. 그리고, 기판(20)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 500밀스(mils) 정도의 간격을 유지한다.(1밀스 = 25㎛) 상기 가스 분위기 조성은 기판(20) 상에 형성할 유동성 절연막(22)의 균일도를 확보하기 위함이다.
이어서, 상기 가스 분위기를 조성한 다음 챔버(30) 내에 9,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 제공한다. 그리고, 챔버(30)와 연결되는 펌핑 부재(도시되지 않음)를 사용하여 챔버(30) 내부를 압력 분위기로 조성한다. 이때, 상기 압력 분위기는 공정 단계가 시간 및 설정 압력에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 60초이고, 상기 설정 압력은 최소 160Torr 이다. 만약, 상기 압력 분위기 조성이 60초 이상 진행되거나 또는 160Torr 이하의 압력으로 나타날 경우에는 공정에러로 판단한다. 그리고, 기판(20)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 500밀스(mils) 정도의 간격을 유지한다. 또한, 챔버(30) 내의 온도는 480℃ 정도를 유지하도록 제어된다.
계속해서, 상기 압력 분위기를 조성한 다음 챔버(30) 내에 9,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 제공한다. 그리고, 상기 펌핑 부재의 가동은 중단된다. 때문에, 챔버(30) 내에 조성된 압력 분위기가 안정화된다. 이때, 상기 안정화는 공정 단계가 시간에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 15초이다. 만약, 상기 안정화 조성이 15초 이상 진행될 경우에는 공정 에러로 판단한다. 그리고, 기판(20)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 220밀스(mils) 정도의 간격을 유지하도록 조절된다. 또한, 챔버(30) 내의 온도는 480℃ 정도를 유지하도록 제어된다.
상기 가스 분위기, 압력 분위기 및 안정화를 포함하는 공정 분위기를 조성한 다음 챔버(30) 내에 9,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 제공한다. 이와 더불어, 챔버(30) 내에 800sccm 정도의 유량을 갖는 테트라오소 실리케이트, 170sccm 정도의 유량을 갖는 트리에틸보레이트 및 55sccm정도의 유량을 갖는 트리에틸포스페이트를 제공한다. 때문에, 기판(20) 상에 유동성 절연막(22)으로서 비피에스지막(22)이 형성된다. 이때, 비피에스지막(22)의 형성은 공정 단계가 시간에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 15초 정도이다. 만약, 상기 공정 단계가15초 이상 진행될 경우에는 공정 에러로 판단한다. 그리고, 기판(20)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 220밀스(mils) 정도의 간격을 유지하도록 조절된다. 또한, 챔버(30) 내의 온도는 480℃ 정도를 유지하도록 제어된다. 그리고, 10,000Å 정도의 두께를 갖는 비피에스지막(22)을 형성하도록 공정은 제어된다.
여기서, 상기 테르라에틸 오소실리케이트는 비피에스지막(22)을 형성할 때 실리콘 소스 물질로 사용된다. 그리고, 상기 트리에틸보레이트는 비피에스지막(22)을 형성할 때 붕소의 원료로 사용되는데, 부산물의 생성없이 테트라에틸 오소실리케이트와 혼합이 이루어지고, 열에 안정적이다. 때문에, 최근에는 비피에스지막(22)을 형성할 때 상기 트리에틸보레이트를 사용한다. 상기 붕소의 원료로서 트리메틸보레이트(Trimethylborate : TMB)을 사용할 수도 있고, 상기 트리에틸보레이트 및 트리메틸보레이트의 혼합 물질을 사용할 수도 있다. 그리고, 상기 트리에틸포스페이트는 비피에스지막(22)을 형성할 때 인의 원료로 사용된다. 상기 인의 원료로서 트리메틸포스페이트(Trimethylphosphate : TMPO)를 사용할 수도 있고, 상기 트리에틸포스페이트 및 트리메틸포스테이트의 혼합 물질을 사용할 수도 있다. 또한, 상기 붕소의 원료로 제공되는 트리에틸보레이트을 운반하는 가스로서는 질소 가스를 사용하고, 상기 인의 원료로 제공되는 트리에틸포스페이트를 운반하는 가스로서는 헬륨 가스를 사용한다. 그리고, 상기 질소 가스는 상기 트리에틸보레이트의 농도 조절용으로 사용되고, 상기 헬륨 가스는 상기 트리에틸포스페이트의 농도 조절용으로 사용된다. 또한, 상기 질소 가스 및 헬륨 가스를 압력 분위기 조성에도 사용된다.
그리고, 상기 유동성 절연막(22)으로 비피에스지막(22)의 형성에 사용되는 물질들의 특성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 테트라에틸 오소실리케이트(Tetraethyl orthosilicate : TEOS)는 화학 기상 증착으로 형성하는 산화막의 실리콘 소스로서, 실란(silane)보다 파티클 생성율이 낮고, 취급이 용이하다. 때문에, 최근의 유동성 절연막의 제조에 주로 사용되고 있다.
상기 트리에틸보레이트(Triethylborate : TEB)는 유동성 절연막으로서 비에스지막 또는 비피에스지막을 형성할 때 붕소의 원료로 사용된다. 그리고, 반응 부산물이 생성없이 상기 테트라에틸 오소실리케이트와 혼합되기 때문에 최근의 유동성 절연막의 제조에 주로 사용되고 있다.
상기 트리에틸포스페이트(Triethylphosphate : TEPO)는 유동성 절연막으로서 피에스지막 또는 비피에스지막을 형성할 때 인의 원료로 사용된다. 그리고, 최근에는 포스핀(PH3) 대신에 주로 사용된다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따라 절연막(22)을 형성할 때 제공되는 가스 및 물질들을 각 단계별로 분류하기 위한 그래프이다.
상기 가스 분위기를 조성하는 단계에서는 산소 가스, 질소 가스, 헬륨 가스를 사용한다. 이때, 헬륨 가스는 질소 가스보다 많은 유량을 갖도록 제공된다.
상기 압력 분위기를 조성하는 단계에서는 산소 가스, 질소 가스, 헬륨 가스를 사용한다. 이때, 헬륨 가스는 질소 가스보다 많은 유량을 갖도록 제공된다.
상기 안정화를 조성하는 단계에서는 산소 가스, 질소 가스, 헬륨 가스를 사용한다. 이때, 헬륨 가스는 질소 가스보다 많은 유량을 갖도록 제공된다.
상기 절연막을 형성하는 단계에서는 산소 가스, 질소 가스, 헬륨 가스를 사용한다. 이때, 헬륨 가스는 질소 가스보다 많은 유량을 갖도록 제공된다. 그리고, 상기 단계에서는 테트라에틸 오소실리케이트, 트리에틸보레이트 및 트리에틸포스페이트를 사용한다.
이와 같이, 붕소의 원료로 제공되는 트리에틸보레이트 및 인의 원료로 제공되는 트리에틸포스페이트의 유량을 제어함으로서, 5.5 중량% 정도의 붕소 및 3.0 중량% 정도의 인을 갖는 비피에스지막(22)을 형성할 수 있다. 그리고, 캐리어 가스로서 질소 가스 및 헬륨 가스를 사용하고, 그 유량을 제어함으로서 유동성 절연막(22)으로서의 비피에스지막을 형성하는 공정 재현성을 충분히 확보할 수 있다. 즉, 동일한 구성을 갖는 다수대의 장치를 사용하여 비피에스지막(22)을 형성하여도 실질적으로 동일한 특성을 갖는 비피에스지막(22)을 형성할 수 있다.
도 2c를 참조하면, 비피에스지막(22)을 산소 가스 및 수소 가스가 제공되고, 고온의 분위기에서 리플로우시켜 그 표면(22a)을 평탄하게 형성한다. 이때, 동일한 구성을 갖는 다수대의 장치를 사용하여 비피에스지막(22)을 형성하여도 상기 리플로우에 의한 비피에스지막(22)의 특성 변화가 실질적으로 동일하다. 때문에, 상기 조건에 의해 공정을 수행하여 형성되는 유동성 절연막(22)으로서 피비에스지막은 충분한 재현성을 확보할 수 있다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 제2실시예에 따른 절연막 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
상기 제2실시예에 따른 절연막 제조는 전술한 도 3 및 도 4와 동일한 구성을 갖는 장치를 사용한다.
도 6a를 참조하면, 기판(60)을 챔버(30) 내에 위치시킨다. 그리고, 챔버(30) 내에 4,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 제공한다. 따라서, 챔버(30) 내부는 가스 분위기로 조성된다. 상기 가스 분위기는 공정 단계가 시간에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 3초이다. 그리고, 기판(60)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 500밀스(mils) 정도의 간격을 유지한다.
이어서, 상기 가스 분위기를 조성한 다음 챔버(30) 내에 9,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 제공한다. 그리고, 챔버(30)와 연결되는 펌핑 부재(도시되지 않음)를 사용하여 챔버(30) 내부를 압력 분위기로 조성한다. 이때, 상기 압력 분위기는 공정 단계가 시간 및 설정 압력에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 60초이고, 상기 설정 압력은 최소 160Torr 이다. 그리고, 기판(60)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 500밀스(mils) 정도의 간격을 유지한다. 또한, 챔버(30) 내의 온도는 480℃ 정도를 유지하도록 제어된다.
계속해서, 상기 압력 분위기를 조성한 다음 챔버(30) 내에 9,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 제공한다. 그리고, 상기 펌핑 부재의 가동은 중단된다. 때문에, 챔버(30) 내에 조성된 압력 분위기가 안정화된다. 이때, 상기 안정화는 공정 단계가 시간에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 15초이다. 그리고, 기판(60)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 220밀스(mils) 정도의 간격을 유지하도록 조절된다. 또한, 챔버(30) 내의 온도는 480℃ 정도를 유지하도록 제어된다.
도 6b를 참조하면, 상기 가스 분위기, 압력 분위기 및 안정화를 포함하는 공정 분위기를 조성한 다음 기판(60) 상에 불순물이 도핑되지 않은 유동성 절연막(64)을 형성한다. 상기 불순물이 도핑되지 않은 유동성 절연막(63) 또한 도 3 및 도 4와 동일한 구성을 갖는 장치를 사용하여 인시튜(insitu)로 수행하여 형성한다. 상기 형성을 살펴보면 다음과 같다.
상기 공정 분위기를 조성한 다음 챔버(30) 내에 9,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 제공한다. 이와 더불어, 챔버(30) 내에 800sccm 정도의 유량을 갖는 테트라오소 실리케이트를 제공한다. 때문에, 상기 테르타오소 실리케이트가 실리콘 소스 물질로 작용하여 기판(60) 상에 불순물이 도핑되지 않은 유동성 절연막(64)이 형성된다. 이때, 상기 유동성 절연막(64)의 형성은 공정 단계가 시간에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 3초이다. 만약, 상기 공정 단계가 3초 이상 진행될 경우에는 공정 에러로 판단한다. 그리고, 기판(60)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 220밀스 정도의 간격을 유지하도록 조절된다. 또한, 챔버(30)의 온도는 480℃ 정도를 유지하도록 제어된다. 그리고, 40Å 정도의두께를 갖는 유동성 절연막(64)을 형성하도록 공정은 제어된다.
도 6c를 참조하면, 불순물이 도핑되지 않은 유동성 절연막(64) 상에 비피에스지막(62)을 형성한다. 상기 형성을 살펴보면 다음과 같다. 챔버(30) 내에 9,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 제공한다. 이와 더불어, 챔버(30) 내에 800sccm 정도의 유량을 갖는 테트라오소 실리케이트, 170sccm 정도의 유량을 갖는 트리에틸보레이트 및 55sccm정도의 유량을 갖는 트리에틸포스페이트를 제공한다. 때문에, 불순물이 도핑되지 않은 절연막(64) 상에 유동성 절연막(62)으로서 비피에스지막(62)이 형성된다. 이때, 비피에스지막(62)의 형성은 공정 단계가 시간에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 15초 정도이다. 그리고, 기판(60)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 220밀스(mils) 정도의 간격을 유지하도록 조절된다. 또한, 챔버(30) 내의 온도는 480℃ 정도를 유지하도록 제어된다. 그리고, 10,000Å 정도의 두께를 갖는 비피에스지막(62)을 형성하도록 공정은 제어된다.
여기서, 상기 산소 가스, 질소 가스, 헬륨 가스 그리고 테트라에틸 오소실리케이트, 트리에틸보레이트 및 트리에틸포스페이트 각각의 기능 및 작용은 제1실시예에서 설명한 바와 실질적으로 동일하다. 상기 트리에틸보레이트 및 트리에틸포스페이트를 대신하는 물질 또한 동일하다.
그리고, 제2실시예에서는 비피에스지막(62)의 특성 변화에 대한 버퍼(buffer) 기능을 갖는 불순물이 도핑되지 않는 유동성 절연막(64)을 더 형성한다. 따라서, 유동성 절연막(62)으로서 비피에스지막(62)의 특성 변화를 최소화할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따라 절연막(62)을 형성할 때 제공되는 가스 및 물질들을 각 단계별로 분류하기 위한 그래프이다.
상기 가스 분위기를 조성하는 단계에서는 산소 가스, 질소 가스, 헬륨 가스를 사용한다. 이때, 헬륨 가스는 질소 가스보다 많은 유량을 갖도록 제공된다.
상기 압력 분위기를 조성하는 단계에서는 산소 가스, 질소 가스, 헬륨 가스를 사용한다. 이때, 헬륨 가스는 질소 가스보다 많은 유량을 갖도록 제공된다.
상기 안정화를 조성하는 단계에서는 산소 가스, 질소 가스, 헬륨 가스를 사용한다. 이때, 헬륨 가스는 질소 가스보다 많은 유량을 갖도록 제공된다.
제2유동성 절연막(64)으로서 상기 불순물이 도핑되지 않는 유동성 절연막(64)을 형성하는 단계에서는 산소 가스, 질소 가스, 헬륨 가스 및 테르타에틸 오소실리케이트를 사용한다. 이때, 헬륨 가스는 질소 가스보다 많은 유량을 갖도록 제공된다.
제1유동성 절연막(62)으로서 비피에스지막을 형성하는 단계에서는 산소 가스, 질소 가스, 헬륨 가스를 사용한다. 이때, 헬륨 가스는 질소 가스보다 많은 유량을 갖도록 제공된다. 그리고, 상기 단계에서는 테트라에틸 오소실리케이트, 트리에틸보레이트 및 트리에틸포스페이트를 사용한다.
이와 같이, 붕소의 원료로 제공되는 트리에틸보레이트 및 인의 원료로 제공되는 트리에틸포스페이트의 유량을 제어함으로서, 5.5 중량% 정도의 붕소 및 3.0중량%의 인을 갖는 비피에스지막(62)을 형성할 수 있다. 그리고, 캐리어 가스로서 질소 가스 및 헬륨 가스를 사용하고, 그 유량을 제어함으로서 유동성 절연막(62)으로서의 비피에스지막(62)을 형성하는 공정 재현성을 충분히 확보할 수 있다. 즉, 동일한 구성을 갖는 다수대의 장치를 사용하여 비피에스지막(62)을 형성하여도 실질적으로 동일한 특성을 갖는 비피에스지막(62)을 형성할 수 있다.
도 6d를 참조하면, 비피에스지막(62)을 산소 가스 및 수소 가스가 제공되고, 고온의 분위기에서 리플로우시켜 그 표면(62a)을 평탄하게 형성한다. 이때, 동일한 구성을 갖는 다수대의 장치를 사용하여 비피에스지막(62)을 형성하여도 상기 리플로우에 의한 비피에스지막(62)의 특성 변화가 실질적으로 동일하다. 때문에, 상기 조건에 의해 공정을 수행하여 형성되는 유동성 절연막(62)으로서 피비에스지막(62)은 충분한 재현성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 불순물이 도핑되지 않은 유동성 절연막(64)을 버퍼 기능을 갖도록 더 형성함으로서, 상기 재현성을 충분히 확보할 수 있을 뿐만 아니라 후속 공정에서의 특성 변화를 최소화할 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 제3실시예에 따른 절연막 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8a를 참조하면, 실리콘 재질로 구성되는 기판(80)을 마련한다. 그리고, 도 8b를 참조하면, 기판(80) 상에 식각 저지막(84)을 형성한다. 식각 저지막(84)은 식각에 의하여 기판(80)이 손상되는 것을 방지한다. 또한, 식각 저지막(84)은 이후에 패턴을 형성함에 따라 기판이 노출되어 산화되는 것을 방지한다. 그리고, 식각저지막(84)은 이후에 형성하는 유동성 절연막을 리플로우시킬 때 생성되는 수분이 유동성 절연막을 매개도 기판 상에 침투하는 것을 저지한다. 식각 저지막(84)은 135Å 정도의 두께를 갖도록 형성하는데, 주로 질화 규소를 사용한다. 때문에, 식각 저지막(84)은 질화 규소막으로 구성된다. 그리고, 식각 저지막(84)은 주로 화학 기상 증착을 수행하여 형성한다.
도 8c를 참조하면, 식각 저지막(84) 상에 유동성 절연막(82)으로서 비피에스지막(82)을 형성한다. 비피에스지막(82)의 형성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 식각 저지막(84)이 형성된 기판(80)을 챔버(30) 내에 위치시킨다. 그리고, 챔버(30) 내에 4,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 제공한다. 따라서, 챔버(30) 내부는 가스 분위기로 조성된다. 상기 가스 분위기는 공정 단계가 시간에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 3초이다. 그리고, 기판(80)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 500밀스(mils) 정도의 간격을 유지한다.
이어서, 상기 가스 분위기를 조성한 다음 챔버(30) 내에 9,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 제공한다. 그리고, 챔버(30)와 연결되는 펌핑 부재(도시되지 않음)를 사용하여 챔버(30) 내부를 압력 분위기로 조성한다. 이때, 상기 압력 분위기는 공정 단계가 시간 및 설정 압력에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 60초이고, 상기 설정 압력은 최소 160Torr 이다. 그리고, 기판(80)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 500밀스(mils) 정도의 간격을 유지한다. 또한, 챔버(30) 내의 온도는 480℃ 정도를 유지하도록 제어된다.
계속해서, 상기 압력 분위기를 조성한 다음 챔버(30) 내에 9,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 제공한다. 그리고, 상기 펌핑 부재의 가동은 중단된다. 때문에, 챔버(30) 내에 조성된 압력 분위기가 안정화된다. 이때, 상기 안정화는 공정 단계가 시간에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 15초이다. 그리고, 기판(80)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 220밀스(mils) 정도의 간격을 유지하도록 조절된다. 또한, 챔버(30) 내의 온도는 480℃ 정도를 유지하도록 제어된다.
상기 가스 분위기, 압력 분위기 및 안정화를 포함하는 공정 분위기를 조성한 다음 챔버(30) 내에 9,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 제공한다. 이와 더불어, 챔버(30) 내에 800sccm 정도의 유량을 갖는 테트라오소 실리케이트, 170sccm 정도의 유량을 갖는 트리에틸보레이트 및 55sccm정도의 유량을 갖는 트리에틸포스페이트를 제공한다. 때문에, 식각 저지막(84) 상에 유동성 절연막(82)으로서 비피에스지막(82)이 형성된다. 이때, 비피에스지막(82)의 형성은 공정 단계가 시간에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 15초 정도이다. 만약, 상기 공정 단계가 15초 이상 진행될 경우에는 공정 에러로 판단한다. 그리고, 기판(80)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 220밀스(mils) 정도의 간격을 유지하도록 조절된다. 또한, 챔버(30) 내의 온도는 480℃ 정도를 유지하도록 제어된다. 그리고, 10,000Å 정도의 두께를 갖는 비피에스지막(82)을 형성하도록 공정은 제어된다.
상기 제3실시예의 절연막(82)을 형성할 때 제공되는 가스 및 물질들에 대한 각 단계별 분류는 제1실시예와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다.
그리고, 상기 산소 가스, 질소 가스, 헬륨 가스 그리고 테트라에틸 오소실리케이트, 트리에틸보레이트 및 트리에틸포스페이트 각각의 기능 및 작용은 제1실시예에서 설명한 바와 실질적으로 동일하다. 상기 트리에틸보레이트 및 트리에틸포스페이트를 대신하는 물질 또한 동일하다.
이와 같이, 붕소의 원료로 제공되는 트리에틸보레이트 및 인의 원료로 제공되는 트리에틸포스페이트의 유량을 제어함으로서, 5.5 중량% 정도의 붕소 및 3.0 중량%의 인을 갖는 비피에스지막(62)을 형성할 수 있다. 그리고, 캐리어 가스로서 질소 가스 및 헬륨 가스를 사용하고, 그 유량을 제어함으로서 유동성 절연막(62)으로서의 비피에스지막(62)을 형성하는 공정 재현성을 충분히 확보할 수 있다. 즉, 동일한 구성을 갖는 다수대의 장치를 사용하여 비피에스지막(62)을 형성하여도 실질적으로 동일한 특성을 갖는 비피에스지막(62)을 형성할 수 있다.
도 8d를 참조하면, 비피에스지막(62)을 산소 가스 및 수소 가스가 제공되고, 고온의 분위기에서 리플로우시켜 그 표면(82a)을 평탄하게 형성한다. 이때, 동일한 구성을 갖는 다수대의 장치를 사용하여 비피에스지막(62)을 형성하여도 상기 리플로우에 의한 비피에스지막(62)의 특성 변화가 실질적으로 동일하다. 때문에, 상기 조건에 의해 공정을 수행하여 형성되는 유동성 절연막(62)으로서 피비에스지막(62)은 충분한 재현성을 확보할 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제3실시예에 따라 리플로우 이후 식각 저지막의 두께가 변화하는 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 붕소의 농도를 조절하는 캐리어 가스로서 질소 가스를 2,000sccm 제공하고, 인의 농도를 조절하는 캐리어 가스로서 헬륨 가스의 유량을 가변하였을 때 식각 저지막의 두께가 감소되는 결과를 나타낸다. 즉, 상기 비피에스지막을 리플로우시키기 이전과 이후의 식각 저지막이 감소된 두께를 나타낸다. 그리고, 상기 비피에스지막은 동일한 구성을 갖는 장치들을 사용하여 제3실시예에서의 동일한 공정 조건에 의해 형성하였다.
여기서, □는 제1장치를 사용하여 상기 비피에스지막을 형성한 경우이고, ◇는 제2장치를 사용하여 상기 비피에스지막을 형성한 경우이다.□, ◇를 확인한 결과, 상기 장치 각각에 따라 식각 저지막이 감소되는 두께가 편차가 있음을 확인할 수 있었다.
도 10은 붕소의 농도를 조절하는 캐리어 가스로서 질소 가스를 3,000sccm 제공하고, 인의 농도를 조절하는 캐리어 가스로서 헬륨 가스의 유량을 가변하였을 때 식각 저지막의 두께가 감소되는 결과를 나타낸다. 즉, 상기 비피에스지막을 리플로우시키기 이전과 이후의 식각 저지막이 감소된 두께를 나타낸다. 그리고, 상기 비피에스지막은 동일한 구성을 갖는 장치들을 사용하여 제3실시예에서의 동일한 공정 조건에 의해 형성하였다.
□, ◇를 확인한 결과, 상기 장치 각각에 따라 식각 저지막이 감소되는 두께가 편차가 확인할 수 있었다. 그러나, 상기 헬륨 가스가 4,000sccm 일 때 상기 식각 저지막이 감소되는 두께가 편차가 없음을 확인할 수 있었다.
이와 같이, 상기 3,000sccm의 질소 가스 및 4,000sccm의 헬륨 가스를 제공하는 조건에 따라 비피에스지막을 형성할 경우 제조 장치를 달리하여도 실질적으로 동일한 특성을 갖는 비피에스지막을 형성할 수 있다. 때문에, 상기 비피에스지막에 대한 재현성을 충분하게 확보할 수 있다.
상기 3,000sccm의 질소 가스 및 4,000sccm의 헬륨 가스를 제공하는 조건은 전술한 제1실시예 및 제2실시예에서도 실질적으로 동일한 특성을 갖는 비피에스지막을 형성할 수 있다.
따라서, 충분한 충전 효과 및 이방성 식각 특성을 가짐과 동시에 리플로우 이후에 하부에 있는 식각 저지막의 두께 감소가 25Å 이내인 유동성 절연막을 형성할 수 있다. 또한, 동일한 구성을 갖는 다수대의 장치를 사용하여도 실질적으로 동일한 특성을 갖는 유동성 절연막을 용이하게 형성할 수 있다.
도 11a 내지 도 11e는 본 발명의 제4실시예에 따른 절연막 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 11a를 참조하면, 실리콘 재질로 구성되는 기판(110)을 마련한다. 그리고, 도 11b를 참조하면, 기판(110) 상에 식각 저지막(113)을 형성한다. 식각 저지막(113)은 135Å 정도의 두께를 갖도록 형성하는데, 주로 질화 규소를 사용한다. 때문에, 식각 저지막(113)은 질화 규소막으로 구성된다. 그리고, 식각 저지막(84)은 주로 화학 기상 증착을 수행하여 형성한다.
상기 제4실시예 따른 절연막 제조는 전술한 도 3 및 도 4와 동일한 구성을 갖는 장치를 사용한다.
도 11c를 참조하면, 식각 저지막(113)이 형성된 기판(110)을 챔버(30) 내에 위치시킨다. 그리고, 챔버(30) 내에 4,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 제공한다. 따라서, 챔버(30) 내부는 가스 분위기로 조성된다. 상기 가스 분위기는 공정 단계가 시간에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 3초이다. 그리고, 기판(110)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 500밀스(mils) 정도의 간격을 유지한다.
이어서, 상기 가스 분위기를 조성한 다음 챔버(30) 내에 9,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 제공한다. 그리고, 챔버(30)와 연결되는 펌핑 부재(도시되지 않음)를 사용하여 챔버(30) 내부를 압력 분위기로 조성한다. 이때, 상기 압력 분위기는 공정 단계가 시간 및 설정 압력에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 60초이고, 상기 설정 압력은 최소 160Torr 이다. 그리고, 기판(110)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 500밀스(mils) 정도의 간격을 유지한다. 또한, 챔버(30) 내의 온도는 480℃ 정도를 유지하도록 제어된다.
계속해서, 상기 압력 분위기를 조성한 다음 챔버(30) 내에 9,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 제공한다. 그리고, 상기 펌핑 부재의 가동은 중단된다. 때문에, 챔버(30) 내에 조성된 압력 분위기가 안정화된다. 이때, 상기 안정화는 공정 단계가 시간에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 15초이다. 그리고, 기판(110)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 220밀스(mils) 정도의 간격을 유지하도록 조절된다. 또한, 챔버(30) 내의 온도는 480℃ 정도를 유지하도록 제어된다.
상기 가스 분위기, 압력 분위기 및 안정화를 포함하는 공정 분위기를 조성한 다음 식각 저지막(113) 상에 불순물이 도핑되지 않은 유동성 절연막(115)을 형성한다. 상기 불순물이 도핑되지 않은 유동성 절연막(115)은 상기 장치를 사용하여 인시튜(insitu)로 수행하여 형성한다. 상기 형성을 살펴보면 다음과 같다.
상기 공정 분위기를 조성한 다음 챔버(30) 내에 9,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 제공한다. 이와 더불어, 챔버(30) 내에 800sccm 정도의 유량을 갖는 테트라오소 실리케이트를 제공한다. 때문에, 상기 테르타오소 실리케이트가 실리콘 소스 물질로 작용하여 식각 저지막(113) 상에 불순물이 도핑되지 않은 유동성 절연막(115)이 형성된다. 이때, 상기 유동성 절연막(115)의 형성은 공정 단계가 시간에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 3초이다. 만약, 상기 공정 단계가 3초 이상 진행될 경우에는 공정 에러로 판단한다. 그리고, 기판(110)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 220밀스 정도의 간격을 유지하도록 조절된다. 또한, 챔버(30)의 온도는 480℃ 정도를 유지하도록 제어된다. 그리고, 40Å 정도의 두께를 갖는 유동성 절연막(115)을 형성하도록 공정은 제어된다.
도 11d를 참조하면, 불순물이 도핑되지 않은 유동성 절연막(115) 상에 비피에스지막(112)을 형성한다. 상기 형성을 살펴보면 다음과 같다. 챔버(30) 내에 9,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 제공한다. 이와 더불어, 챔버(30) 내에 800sccm 정도의 유량을 갖는 테트라오소 실리케이트, 170sccm 정도의 유량을 갖는 트리에틸보레이트 및 55sccm정도의 유량을 갖는 트리에틸포스페이트를 제공한다. 때문에, 불순물이 도핑되지 않은 절연막(115) 상에 유동성 절연막(112)으로서 비피에스지막(112)이 형성된다. 이때, 비피에스지막(112)의 형성은 공정 단계가 시간에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 15초 정도이다. 그리고, 기판(110)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 220밀스(mils) 정도의 간격을 유지하도록 조절된다. 또한, 챔버(30) 내의 온도는 480℃ 정도를 유지하도록 제어된다. 그리고, 10,000Å 정도의 두께를 갖는 비피에스지막(112)을 형성하도록 공정은 제어된다.
여기서, 상기 산소 가스, 질소 가스, 헬륨 가스 그리고 테트라에틸 오소실리케이트, 트리에틸보레이트 및 트리에틸포스페이트 각각의 기능 및 작용은 제1실시예에서 설명한 바와 실질적으로 동일하다. 상기 트리에틸보레이트 및 트리에틸포스페이트를 대신하는 물질 또한 동일하다.
도 11e를 참조하면, 비피에스지막(112)을 산소 가스 및 수소 가스가 제공되고, 고온의 분위기에서 리플로우시켜 그 표면(112a)을 평탄하게 형성한다. 이때, 동일한 구성을 갖는 다수대의 장치를 사용하여 비피에스지막(112)을 형성하여도 상기 리플로우에 의한 비피에스지막(112)의 특성 변화가 실질적으로 동일하다. 때문에, 상기 조건에 의해 공정을 수행하여 형성되는 유동성 절연막(112)으로서 피비에스지막(112)은 충분한 재현성을 확보할 수 있다.
이와 같이, 상기 실시예들에 따라 형성하는 절연막은 전술한 특성에 기인하기 때문에 0.15㎛ 이하의 디자인룰을 요구하는 최근의 반도체 장치의 제조에 적극적으로 응용할 수 있다. 즉, 상기 유동성 절연막으로서 비피에스지막은 셀프 얼라인 콘택(self align contact)의 형성, 아엠디(IMD : inter metal dielectric) 또는 아이엘디(ILD : inter layer dielectric) 등과 같은 층간 절연막의 형성에 적극적으로 응용할 수 있다.
도 12a 내지 도 12e는 본 발명의 제5실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 12a를 참조하면, 소스(source) 및 드레인(drain)(122)이 형성된 기판(120)상에 트렌지스터를 구성하는 게이트 전극들(124)을 형성한다. 소스 및 드레인(122)은 기판(120)내에 불순물을 주입하여 형성하고, 게이트 전극(124)들을 주로 폴리 실리콘막 및 텅스텐 규소막(WSi layer)을 형성한 다음 사진 식각을 통하여 형성한다.
도 12b를 참조하면, 기판(120) 및 게이트 전극(124)상에 질화 규소를 사용하여 식각 저지막(126)을 연속적으로 형성한다. 식각 저지막(126)은 화학 기상 증착을 통하여 135Å 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 상기 질화 규소막은 이후 식각에 의하여 기판(120)이 손상되는 것을 저지함과 동시에 상기 기판(120)이 노출되어 산화되는 것을 방지하고, 리플로우에 의하여 생성되는 수분이 상기 기판(120)에 침투하는 것을 저지한다.
도 12c를 참조하면, 식각 저지막(126) 상에 유동성 절연막(128)으로서 비피에스지막(128)을 형성한다. 이때, 비피에스지막(128) 5.5중량% 정도의 붕소 및 3.0 중량% 정도의 인이 첨가되도록 형성한다. 그리고 비피에스지막(128)은 9,500Å 정도의 두께를 갖도록 형성한다.
상기 유동성 절연막(128)으로 비피에스지막(128)의 형성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 여기서, 상기 유동성 절연막(128)은 도 3 및 도 4와 동일한 구성을 갖는 장치를 사용하여 형성한다.
먼저, 식각 저지막(126)이 형성된 기판(120)을 챔버(30) 내에 위치시킨다. 그리고, 챔버(30) 내에 4,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 제공한다. 따라서, 챔버(30) 내부는 가스 분위기로 조성된다. 상기 가스 분위기는 공정 단계가 시간에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 3초이다. 그리고, 기판(120)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 500밀스(mils) 정도의 간격을 유지한다.
이어서, 상기 가스 분위기를 조성한 다음 챔버(30) 내에 9,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 제공한다. 그리고, 챔버(30)와 연결되는 펌핑 부재(도시되지 않음)를 사용하여 챔버(30) 내부를 압력 분위기로 조성한다. 이때, 상기압력 분위기는 공정 단계가 시간 및 설정 압력에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 60초이고, 상기 설정 압력은 최소 160Torr 이다. 그리고, 기판(120)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 500밀스(mils) 정도의 간격을 유지한다. 또한, 챔버(30) 내의 온도는 480℃ 정도를 유지하도록 제어된다.
계속해서, 상기 압력 분위기를 조성한 다음 챔버(30) 내에 9,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 제공한다. 그리고, 상기 펌핑 부재의 가동은 중단된다. 때문에, 챔버(30) 내에 조성된 압력 분위기가 안정화된다. 이때, 상기 안정화는 공정 단계가 시간에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 15초이다. 그리고, 기판(120)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 220밀스(mils) 정도의 간격을 유지하도록 조절된다. 또한, 챔버(30) 내의 온도는 480℃ 정도를 유지하도록 제어된다.
상기 가스 분위기, 압력 분위기 및 안정화를 포함하는 공정 분위기를 조성한 다음 챔버(30) 내에 9,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 제공한다. 이와 더불어, 챔버(30) 내에 800sccm 정도의 유량을 갖는 테트라오소 실리케이트, 170sccm 정도의 유량을 갖는 트리에틸보레이트 및 55sccm정도의 유량을 갖는 트리에틸포스페이트를 제공한다. 때문에, 식각 저지막(126) 상에 유동성 절연막(128)으로서 비피에스지막(128)이 형성된다. 이때, 비피에스지막(128)의 형성은 공정 단계가 시간에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 15초 정도이다. 만약, 상기 공정 단계가 15초 이상 진행될 경우에는 공정 에러로 판단한다. 그리고, 기판(120)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 220밀스(mils) 정도의 간격을 유지하도록 조절된다. 또한, 챔버(30) 내의 온도는 480℃ 정도를 유지하도록 제어된다. 그리고, 9,500Å 정도의 두께를 갖는 비피에스지막(128)을 형성하도록 공정은 제어된다.
상기 제5실시예의 절연막(128)을 형성할 때 제공되는 가스 및 물질들에 대한 각 단계별 분류는 제1실시예와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다.
그리고, 상기 산소 가스, 질소 가스, 헬륨 가스 그리고 테트라에틸 오소실리케이트, 트리에틸보레이트 및 트리에틸포스페이트 각각의 기능 및 작용은 제1실시예에서 설명한 바와 실질적으로 동일하다. 상기 트리에틸보레이트 및 트리에틸포스페이트를 대신하는 물질 또한 동일하다.
이와 같이, 붕소의 원료로 제공되는 트리에틸보레이트 및 인의 원료로 제공되는 트리에틸포스페이트의 유량을 제어함으로서, 5.5 중량% 정도의 붕소 및 3.0 중량%의 인을 갖는 비피에스지막(128)을 형성할 수 있다. 그리고, 캐리어 가스로서 질소 가스 및 헬륨 가스를 사용하고, 그 유량을 제어함으로서 유동성 절연막(128)으로서의 비피에스지막(128)을 형성하는 공정 재현성을 충분히 확보할 수 있다. 즉, 동일한 구성을 갖는 다수대의 장치를 사용하여 비피에스지막(128)을 형성하여도 실질적으로 동일한 특성을 갖는 비피에스지막(128)을 형성할 수 있다.
도 12d를 참조하면, 수소 가스 및 산소 가스를 사용하여 약 850℃의 온도로 유동성 절연막(128)을 리플로우시킨다. 이에 따라, 유동성 절연막(128) 표면(128a)이 평탄하게 형성됨과 동시에 게이트 전극(124)들 사이에 절연막(128)이 충분하게 충전된다.
이는 5.5 중량%의 붕소 및 3.0 중량%의 인이 첨가되는 비피에스지막(128)을 유동성 절연막(128)으로서 형성하기 때문이다. 따라서, 충분한 충전 효과를 가짐은 물론이고, 하부에 있는 식각 저지막(126)의 두께가 감소하는 것을 25Å 이내로 저지할 수 있다. 또한, 캐리어 가스로서 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을 갖는 헬륨 가스를 사용함으로서 공정 특성의 변화가 실질적으로 없는 유동성 절연막(128)을 형성할 수 있다. 즉, 동일한 구성을 갖는 다수대의 장치들을 사용하여 유동성 절연막(128)을 형성하여도 실질적으로 동일한 공정 특성을 확보할 수 있다. 때문에, 이후의 리플로우에 의한 식각 저지막의 두께 감소 편차를 최소화할 수 있다. 이는, 유동성 절연막(128)을 형성하는 공정 재현성의 확보 뿐만 아니라 안정성의 확보에도 기여한다,
도 12e를 참조하면, 셀프 얼라인 콘택을 수행하여 유동성 절연막(128)을 개구부(130)를 갖는 패턴(132)으로 형성한다. 이때, 개구부(130)는 사진 식각을 통하여 형성한다. 그리고, 유동성 절연막(128)의 식각은 CFx를 포함하는 식각 가스를 사용한다. 그리고 상기 식각은 유동성 절연막(128)과 하부의 식각 저지막(126)의 식각 선택비에 의하여 이루어지는데, 상기 리플로우를 수행하여도 식각 저지막(126)의 두께 변화가 없기 때문에 식각 저지를 용이하게 수행할 수 있다. 또한 식각 저지막(126)에 의하여 상기 셀프 얼라인 콘택의 수행시 충분한 솔더 마진을 확보할수 있다. 이에 따라 금속막 등을 사용하여 개구부(130)의 충전을 위한 후속 공정을 할 때 상기 금속막으로 개구부(130)를 충분히 충전할 수 있다.
이와 같이, 최근의 반도체 장치는 게이트 전극(124)들에 의해 형성되는 요철 부위의 간격이 미세하기 때문에 게이트 전극(124)들 사이를 충분하게 충전하는 것이 용이하지 않다. 이에 따라, 충분한 유동성을 갖는 유동성 절연막(128)으로 게이트 전극(124)들 사이를 충전한다. 상기 요철 부위는 게이트 전극(124)들에 의한 것으로 한정하지만, 개구부 등과 같은 패턴에 의하여 형성되는 요철 부위 등을 포함할 수 있다.
상기 제5실시예에서는 식각 저지막을 형성한 다음 불순물이 도핑되지 않은 유동성 절연막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 따라서, 식각 저지막 상에 상기 불순물이 도핑되지 않은 유동성 절연막이 형성되고, 상기 불순물이 도핑되지 않는 유동성 절연막 상에 비피에스지막이 형성된다.
도 13은 본 발명의 제6실시예에 따라 형성되는 반도체 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 13을 참조하면, 식각 저지막(126)을 형성하고, 상기 공정 분위기를 조성한 다음 상기 불순물이 도핑되지 않은 유동성 절연막(127)을 형성한 다음 인 및 붕소가 도핑된 비피에스지막(128)을 형성한다.
상기 불순물이 도핑되지 않은 유동성 절연막(127)에 대한 형성은 다음과 같다. 상기 공정 분위기를 조성한 다음 챔버(30) 내에 9,500sccm 정도의 유량을 갖는 산소 가스, 3,000sccm 정도의 유량을 갖는 질소 가스 및 4,000sccm 정도의 유량을갖는 헬륨 가스를 제공한다. 이와 더불어, 챔버(30) 내에 800sccm 정도의 유량을 갖는 테트라오소 실리케이트를 제공한다. 때문에, 상기 테르타오소 실리케이트가 실리콘 소스 물질로 작용하여 식각 저지막(126) 상에 상기 불순물이 도핑되지 않은 유동성 절연막(127)이 형성된다. 이때, 상기 유동성 절연막(127)의 형성은 공정 단계가 시간에 의해 제어되는데, 상기 제어 시간은 최대 3초이다. 만약, 상기 공정 단계가 3초 이상 진행될 경우에는 공정 에러로 판단한다. 그리고, 기판(120)이 놓여지는 스테이지(200)와 플레이트(230)는 220밀스 정도의 간격을 유지하도록 조절된다. 또한, 챔버(30)의 온도는 480℃ 정도를 유지하도록 제어된다. 그리고, 40Å 정도의 두께를 갖는 불순물이 도핑되지 않은 유동성 절연막(127)을 형성하도록 공정은 제어된다.
이와 같이, 상기 불순물이 도핑되지 않은 유동성 절연막(127)을 더 형성함으로서 상기 불순물이 도핑되지 않은 유동성 절연막이 충분한 버퍼 기능을 한다.
이와 같이, 붕소 및 인의 함량 조건을 제어하여 충분한 유동성을 갖는 절연막을 형성함에 따라 리플로우에 의한 특성 변화를 최소화할 수 있다. 즉, 상기 유동성 절연막을 리플로우하여도 하부에 있는 식각 저지막의 두께가 감소하는 것을 최소화함과 동시에 충분한 충전 효과와 이방성 식각 특성을 확보할 수 있다. 그리고, 상기 유동성 절연막을 형성할 때 캐리어 가스들의 유량을 적절하게 제어함에 따라 공정 재현성을 충분하게 확보할 수 있다. 즉, 동일한 구성을 갖는 다수대의 장치들을 사용하여도 특성 변화가 실질적으로 동일한 유동성 절연막을 형성할 수있다.
따라서, 본 발명에 의하면 리플로우에 의한 특성 변화가 최소화되고, 공정 재현성을 실질적으로 확보한 유동성 절연막을 용이하게 형성할 수 있다. 때문에 상기 유동성 절연막을 반도체 장치에 응용할 경우 상기 반도체 장치의 신뢰도가 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 유동성 절연막으로서 비피에스지막을 형성할 때 공정 분위기를 조성한 다음 시드층의 형성없이 상기 유동성 절연막을 형성하기 때문에 제조 공정의 간편화를 도모할 수 있다. 따라서, 상기 유동성 절연막을 반도체 장치에 응용할 경우 상기 반도체 장치의 제조에 따른 생산성이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (26)

  1. a) ⅰ) 제1유량을 갖고, 산화성 분위기를 조성하기 위한 산화성 가스를 제공하는 단계; ⅱ) 제2유량을 갖고, 붕소를 포함하는 제1불순물 물질을 운반(carrying)하기 위한 제1캐리어 가스를 제공하는 단계; 및 ⅲ) 제3유량을 갖고, 인을 포함하는 제2불순물 물질을 운반하기 위한 제2캐리어 가스를 제공하는 단계를 포함하되, 상기 제1유량, 제2유량 및 제3유량이 1.00 내지 2.50 : 0.70 내지 0.95 : 1의 비율을 갖도록 제공되는 제1유동성 절연막을 형성하기 위한 공정 분위기를 조성하는 단계; 및
    b) ⅳ) 제4유량을 갖는 상기 산화성 가스를 제공하는 단계; ⅴ) 제5유량을 갖는 상기 제1캐리어 가스 및 제6유량을 갖는 상기 제2캐리어 가스를 제공하는 단계; 및 ⅵ) 상기 제1유동성 절연막을 형성할 때 실리콘 소스를 제공하기 위한 실리콘 소스 물질, 상기 제1유동성 절연막을 형성할 때 상기 제1유동성 절연막에 상기 붕소를 도핑하기 위한 제1불순물 물질 및 상기 인을 도핑하기 위한 제2불순물 물질을 제공하되, 상기 제4유량, 제5유량 및 제6유량, 그리고 실리콘 소스 물질, 제1불순물 물질 및 제2불순물 물질이 2.00 내지 2.50 : 0.70 내지 0.95 : 1 : 0.15 내지 0.25 : 0.040 내지 0.045 : 0.013 내지 0.014의 비율을 갖도록 제공되는 상기 제1유동성 절연막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연막 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산화성 가스는 산소 가스, 오존 가스 또는 이들의 혼합 가스이고, 상기 제1캐리어 가스는 질소 가스이고, 상기 제2캐리어 가스는 헬륨 가스이고, 상기 실리콘 소스 물질은 테트라에틸 오소실리케이트이고, 상기 제1불순물 물질은 트리에틸보레이트, 트리메틸보레이트 또는 이들의 혼합 물질이고, 상기 제2불순물 물질은 트리에틸포스페이트, 트리메틸포스페이트 또는 이들의 혼합 물질인 것을 특징으로 하는 절연막 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 제3유량은 적어도 4,000sccm인 것을 특징으로 하는 절연막 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 제6유량은 적어도 4,000sccm인 것을 특징으로 하는 절연막 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1유동성 절연막이 형성되는 기판은 식각에 의하여 상기 기판이 손상되는 것을 방지하는 식각 저지막을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연막 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1유동성 절연막을 형성하기 이전에 2.00 내지 2.50 : 0.70 내지 0.95 : 1 : 0.15 내지 0.25의 비율을 갖는 상기 산화성 가스, 상기 제1캐리어 가스, 상기 제2캐리어 가스 및 상기 실리콘 소스 물질을 사용하여 불순물이 도핑되지 않는 제2유동성 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연막 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2캐리어 가스는 적어도 4,000sccm인 것을 특징으로 하는 절연막 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제2유동성 절연막은 3초 이내에 형성하는 것을 특징으로 하는 절연막 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1유동성 절연막을 형성한 다음에 상기 제1유동성 절연막을 고온 분위기에서 리플로우시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연막 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 공정 분위기를 조성하는 단계는,
    1.00 내지 1.25 : 0.70 내지 0.95 : 1의 비율을 갖는 상기 산화성 가스, 상기 제1캐리어 가스 및 상기 제2캐리어 가스를 사용하여 상기 제1유동성 절연막을 형성하기 위한 챔버 내부를 가스 분위기로 조성하는 단계;
    2.00 내지 2.50 : 0.70 내지 0.95 : 1의 비율을 갖는 상기 산화성 가스, 상기 제1캐리어 가스 및 상기 제2캐리어 가스를 사용하여 상기 챔버 내부가 기준 압력이상이 되도록 압력 분위기를 조성하는 단계; 및
    2.00 내지 2.50 : 0.70 내지 0.95 : 1의 비율을 갖는 상기 산화성 가스, 상기 제1캐리어 가스 및 상기 제2캐리어 가스를 사용하여 상기 챔버 내부에 조성된 압력 분위기를 안정화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연막 제조 장법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 가스 분위기는 5초 이내에 조성하고, 상기 압력 분위기는 160 Torr 이상의 압력을 60초 이내에 조성하고, 상기 안정화는 15초 이내에 조성하는 것을 특징으로 하는 절연막 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제1유동성 절연막을 형성하는 단계는 상기 제1유동성 절연막을 15초 이내에 형성하는 것을 특징으로 하는 절연막 제조 방법.
  15. a) 기판 상에 식각에 의하여 상기 기판이 손상되는 것을 저지하기 위한 식각 저지막을 형성하는 단계;
    b) ⅰ) 제1유량을 갖고, 산화성 분위기를 조성하기 위한 산화성 가스를 제공하는 단계; ⅱ) 제2유량을 갖고, 붕소를 포함하는 제1불순물 물질을 운반(carrying)하기 위한 제1캐리어 가스를 제공하는 단계; 및 ⅲ) 제3유량을 갖고, 인을 포함하는 제2불순물 물질을 운반하기 위한 제2캐리어 가스를 제공하는 단계를 포함하되, 상기 제1유량, 제2유량 및 제3유량이 1.00 내지 2.50 : 0.70 내지 0.95 : 1의 비율을 갖도록 제공함으로서 상기 식각 저지막 상에 제1유동성 절연막을 형성하기 위한 공정 분위기를 조성하는 단계;
    c) ⅳ) 제4유량을 갖는 상기 산화성 가스를 제공하는 단계; ⅴ) 제5유량을 갖는 상기 제1캐리어 가스 및 제6유량을 갖는 상기 제2캐리어 가스를 제공하는 단계; 및 ⅵ) 상기 제1유동성 절연막을 형성할 때 실리콘 소스를 제공하기 위한 실리콘 소스 물질, 상기 제1유동성 절연막을 형성할 때 상기 제1유동성 절연막에 상기 붕소를 도핑하기 위한 제1불순물 물질 및 상기 인을 도핑하기 위한 제2불순물 물질을 제공하되, 상기 제4유량, 제5유량 및 제6유량, 그리고 실리콘 소스 물질, 제1불순물 물질 및 제2불순물 물질이 2.00 내지 2.50 : 0.70 내지 0.95 : 1 : 0.15 내지 0.25 : 0.040 내지 0.045 : 0.013 내지 0.014의 비율을 갖도록 제공함으로서 상기 식각 저지막 상에 상기 제1유동성 절연막을 형성하는 단계;
    d) 상기 제1유동성 절연막을 산소 가스 및 수소 가스를 사용하는 고온 분위기에서 리플로우시켜 상기 제1유동성 절연막의 표면을 평탄하게 형성함과 동시에 상기 기판 상의 요철 부위들 중에서 상기 요 부위를 상기 제1유동성 절연막으로 충분하게 충전하는 단계; 및
    e) 상기 제1유동성 절연막의 소정 부위를 식각하여 상기 소정 부위의 하부에 있는 식각 저지막이 노출되는 개구부를 갖는 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 식각 저지막은 질화 규소를 사용하여 60 내지 150Å 정도의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  17. 삭제
  18. 제15항에 있어서, 상기 제2캐리어 가스의 제3유량은 적어도 4,000sccm인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 공정 분위기는,
    1.00 내지 1.25 : 0.70 내지 0.95 : 1의 비율을 갖는 상기 산화성 가스, 상기 제1캐리어 가스 및 상기 제2캐리어 가스를 사용하여 상기 제1유동성 절연막을 형성하기 위한 챔버 내부를 5초 이내에 가스 분위기로 조성하는 단계;
    2.00 내지 2.50 : 0.70 내지 0.95 : 1의 비율을 갖는 상기 산화성 가스, 상기 제1캐리어 가스 및 상기 제2캐리어 가스를 사용하여 60초 이내에 상기 챔버 내부를 160 Torr 이상의 압력 분위기로 조성하는 단계; 및
    2.00 내지 2.50 : 0.70 내지 0.95 : 1의 비율을 갖는 상기 산화성 가스, 상기 제1캐리어 가스 및 상기 제2캐리어 가스를 사용하여 상기 챔버 내부에 조성된 압력 분위기를 15초 이내에 안정화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  20. 제15항에 있어서, 상기 산화성 가스는 산소 가스, 오존 가스 또는 이들의 혼합 가스이고, 상기 제1캐리어 가스는 질소 가스이고, 상기 제2캐리어 가스는 헬륨 가스이고, 상기 실리콘 소스 물질은 테트라에틸 오소실리케이트이고, 상기 제1불순물 물질은 트리에틸보레이트, 트리메틸보레이트 또는 이들의 혼합 물질이고, 상기 제2불순물 물질은 트리에틸포스페이트, 트리메틸포스페이트 또는 이들의 혼합 물질인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  21. 제15항에 있어서, 상기 제2캐리어 가스의 제6유량은 적어도 4,000sccm인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  22. 제15항에 있어서, 상기 제1유동성 절연막은 15초 이내에 8,000 내지 10,000Å 정도의 두께를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  23. 제15항에 있어서, 상기 개구부를 갖는 패턴은 CFx 가스를 포함하는 식각 가스를 사용하여 상기 제1유동성 절연막을 식각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  24. 제15항에 있어서, 상기 공정 분위기를 조성한 다음 상기 제1유동성 절연막을 형성하기 이전에 2.00 내지 2.50 : 0.70 내지 0.95 : 1 : 0.15 내지 0.25의 비율을 갖는 상기 산화성 가스, 상기 제1캐리어 가스, 상기 제2캐리어 가스 및 상기 실리콘 소스 물질을 사용하여 불순물이 도핑되지 않는 제2유동성 절연막을 상기 식각 저지막 상에 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 제2캐리어 가스는 적어도 4,000sccm인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  26. 제24항에 있어서, 상기 제2유동성 절연막은 3초 이내에 30 내지 50Å 정도의 두께를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
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