KR100419878B1 - 반도체소자의제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중 배선을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법으로, 먼저 서로 다른 폭의 금속 배선이 형성된 반도체 기판상에 식각 정지층을 형성한다. 그런 다음, 상기 식각 정지층상에 오존-티이오에스층을 형성한다. 이어서, 상기 금속 배선에서 보다 넓은 폭을 가지는 금속 배선의 상부의 식각 정지층이 노출되도록, 상기 오존-티이오에스층을 에치백한다. 마지막으로, 상기 결과물상에 절연막을 증착한 다음, 전체 구조를 평탄화하는 단계를 포함한다.

Description

반도체 소자의 제조 방법
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 다중 배선 구조를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 산업 전반에 걸쳐 반도체 소자의 고집적화가 요구됨에 따라 배선 구조가 다중화되고 있다. 따라서, 이러한 다중 배선을 형성하기 위하여, 다중 배선 상호간을 절연시키면서 이들 배선으로 인해 야기되는 반도체 소자의 표면 단차도 완화시킬 수 있는 절연막이 요구된다.
이들 절연막의 평탄화는, 절연막을 증착한 다음 리플로우하거나 에치백하여 평탄화를 구현할 수 있다. 그러나, 일반적으로 화학적 기계적 연마법(이하,“CMP”라 한다)을 이용하여 절연막을 포괄적으로 평탄화하는 방법이 이용되고 있다.
도 1a 내지 도 1b는 종래의 반도체 소자의 배선 공정을 간략하게 나타낸 것이다.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100)상의 소자 분리막(110) 사이의 소정 영역에 공지된 방법으로 트랜지스터(120)를 형성한다.
이어서, 트랜지스터로 인한 단차를 완화시키기 위하여 제 1 층간 절연막 (130)을 증착한 다음, CMP 공정으로 제 1 층간 절연막(130)을 평탄화한다.
그런 다음, 티타늄/질화티타늄막과 같은 장벽 금속막, 알루미늄 합금층, 티타늄과 같은 난반사 방지막으로 구성된 금속 배선(140)을 형성한다.
계속해서, 상기 결과물상에 화학 기상 증착법으로 오존-티이오에스(Ozone-Tetra-ethyl-ortho-silicate)층(150)을 증착한다. 이 오존-티이오에스층은 저온 증착이 가능하며, 플로우 특성이 좋아 양호한 간격 매립 능력을 갖기 때문에, 다중 금속 배선의 층간 절연막으로 사용된다.
그러나, 증착된 오존-티이오에스층의 두께는 상대적으로 폭이 좁은 금속 배선의 상부에 형성된 두께 “a”보다, 폭이 넓은 금속 배선 상부에 형성된 두께 “b”가 더 두껍게 형성된다.
이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 금속 배선(140)의 폭에 따라 서로 다른증착 두께를 갖는 오존-티이오에스층(150)을 평탄화하기 위하여, 제 2 층간 절연막 (160)을 증착한다.
그런 다음, 화학적 기계적 연마 공정으로 전체 구조를 평탄화한후 연마 공정으로 인한 잔류물을 제거하기 위하여 초순수와 HF 용액을 100 대 1의 비율로 혼합한 혼합액에 약 10초 동안 디핑한 다음 초순수로 세정하고 건조한다. 이 때, 오존-티이오에스층은 대기로부터 수분을 흡수하게 된다.
이에 따라, 오존-티이오에스층의 흡습 및 그로 인한 오존-티이오에스층의 다공질화로 인하여 반도체 소자의 신뢰성에 영향을 주게 되는 문제점이 있다. 또한, 오존-티이오에스층은 하부층의 재료에 따라 증착율이 변화하는 단점이 있다.
상기에서 언급한 바와 같이, 반도체 소자의 다중 배선의 층간 절연막으로 사용되는 오존-티이오에스층의 평탄화 공정으로 인하여 그 표면이 노출되는 경우, 대기중으로부터의 흡습으로 인해 반도체 소자의 신뢰성에 영향을 주는 문제점이 있다. 또한, 표면 민감도로 인하여 그의 하부층을 그대로 반영하는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 오존-티이오에스층을 사용하되, 흡습으로 인한 문제점과 표면 민감도를 극복할 수 있는 반도체소자의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 내지 도 1b는 종래의 반도체 소자의 제조 방법을 나타내는 단면도.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타내는 단면도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
100, 200: 반도체 기판 110, 210: 소자 분리막
120, 220: 트랜지스터 130, 230: 제 1 층간 절연막
140, 240: 금속 배선 150, 260: 오존-티이오에스층
160, 270: 제 2 층간 절연막 250: 질산화막
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법으로, 먼저 서로 다른 폭의 금속 배선이 형성된 반도체 기판상에 식각 정지층을 형성한다. 그런 다음, 상기 식각 정지층상에 오존-티이오에스층을 형성한다. 이어서, 상기 금속 배선 중 보다 넓은 폭을 가지는 상기 금속 배선의 상부의 식각 정지층이 노출되도록, 상기 오존-티이오에스층을 에치백한다. 마지막으로, 상기 결과물상에 절연막을 증착한 다음, 전체 구조를 평탄화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
(실시예)
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(200)상의 소자 분리막(210) 사이의 소정의 활성 영역에 공지된 방법으로 트랜지스터(220)를 형성한다.
이어서, 트랜지스터(220)로 인한 단차를 완화시키기 위하여 제 1 층간 절연막(230)을 증착한 다음, CMP 공정으로 제 1 층간 절연막(230)을 평탄화한다.
그런 다음, 티타늄/질화티타늄막과 같은 장벽 금속막, 알루미늄 합금층, 티타늄과 같은 난반사 방지막으로 구성된 금속 배선(240)을 형성한다.
이어서, 전체 구조상에 식각 정지층으로 질산화막(250)을 500∼1,000Å 정도 증착한다.
계속해서, 상기 결과물상에 화학 기상 증착법으로 오존-티이오에스(Ozone-Tetra-ethyl-ortho-silicate)층(260)을 4,000∼5,000Å 정도 증착한다. 종래와 마찬가지로, 증착된 오존-티이오에스층의 두께는 상대적으로 폭이 좁은 금속 배선의 상부에 형성된 두께 “c”보다, 폭이 넓은 금속 배선 상부에 형성된 두께 “d”가 더 두껍게 형성된다.
이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, CH3/CHF3가스를 기본으로하는 반응성 이온 식각법으로 오존-티이오에스층(260)을 에치백한다. 이 때, 상대적으로 폭이 넓은 배선의 상부의 질산화막(250)이 노출될 때까지 에치백한다.
따라서, 도면에 도시된 바와 같이, 상대적으로 얇은 두께의 오존-티이오에스층이 형성된 금속 배선의 경우, 금속 배선이 일부분 도출되게 된다. 또한, 금속 배선의 측면에는 스페이서 형태의 오존-티이오에스층이 형성된다. 따라서, 이러한 스페이서 형태의 오존-티이오에스층으로 인하여 후속되는 절연막의 증착시 배선 사이에 동공(Void)이 형성되지 않는다.
그런 다음, 도 2c에 도시된 바와 같이, 금속 배선(240)에 의한 단차를 개선하기 위하여, 플라즈마 보조 티이오에스층과 같은 제 2 층간 절연막(270)을 약 7,000∼10,000Å 정도 증착한다.
계속해서, 화학적 기계적 연마 공정으로 전체 구조를 평탄화한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 질산화막을 식각 정지층으로하여 오존-티이오에스층을 에치백함으로써, 금속 배선시 오존-티이오에스층의 노출을 억제하여 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (7)

  1. 서로 다른 폭의 금속 배선이 형성된 반도체 기판을 제공하는 단계;
    상기 반도체 기판상에 식각 정지층을 형성하는 단계;
    상기 식각 정지층상에 오존-티이오에스층을 형성하는 단계;
    상대적으로 보다 넓은 폭을 가지는 상기 금속 배선 상부의 식각 정지층이 노출되도록, 상기 오존-티이오에스층을 에치백하는 단계;
    상기 결과물상에 절연막을 증착한 다음, 전체 구조를 평탄화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 반도체 소자의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 식각 정지층은 질산화막인 것을 특징으로하는 반도체 소자의 제조 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 질산화막의 두께는 약 500 내지 1,000Å인 것을 특징으로하는 반도체 소자의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 오존-티이오에스층의 두께는 약 4,000 내지 5,000Å인 것을 특징으로하는 반도체 소자의 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 절연막은 플라즈마 보조 티이오에스층인 것을 특징으로하는 반도체 소자의 제조 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 플라즈마 보조 티이오에스층의 두께는 약 7,000 내지 10,000Å인 것을 특징으로하는 반도체 소자의 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 전체 구조를 평탄화하는 단계는 화학적 기계적 연마 공정을 이용하는 것을 특징으로하는 반도체 소자의 제조 방법.
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