KR100611115B1 - Spin-on glass composition and method of forming a silicon oxide layer in semiconductor manufacturing process using the same - Google Patents

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Abstract

단차부를 평탄화시키는 특성이 우수한 동시에 보이드가 없는 스핀온글래스 조성물과 이를 이용한 실리콘 산화막 형성 방법에 따르면, 상면 상에 형성된 단차부를 가지는 반도체 기판 상에 구조식이 -(SiH2NH)n-(식 중, n은 양의 정수이다)이고, 중량 평균 분자량이 3,300 내지 3,700인 폴리실라잔을 포함하는 스핀온글래스 조성물을 도포하여 평탄한 스핀온글래스 막을 형성한다. 스핀온글래스 막을 경화하여 평탄한 실리콘 산화막으로 전환시킨다. According to the spin-on-glass composition having excellent flattening of the stepped portion and the void-free spin-on-glass composition and the silicon oxide film forming method using the same, the structural formula is-(SiH 2 NH) n- ( wherein , n is a positive integer) and a spin on glass composition comprising polysilazane having a weight average molecular weight of 3,300 to 3,700 is applied to form a flat spin on glass film. The spin-on-glass film is cured and converted into a flat silicon oxide film.

Description

스핀온글래스 조성물 및 이를 이용한 실리콘 산화막 형성방법{SPIN-ON GLASS COMPOSITION AND METHOD OF FORMING A SILICON OXIDE LAYER IN SEMICONDUCTOR MANUFACTURING PROCESS USING THE SAME}SPON-ON GLASS COMPOSITION AND METHOD OF FORMING A SILICON OXIDE LAYER IN SEMICONDUCTOR MANUFACTURING PROCESS USING THE SAME}

도 1은 1회의 열처리 공정에 의하여 스핀온글래스 막을 베이킹한 경우에 트렌치의 내벽에 형성된 산화막의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an oxide film formed on an inner wall of a trench when the spin-on glass film is baked by one heat treatment step.

도 2는 본 발명의 스핀온글래스 조성물의 점도와 전단속도와의 관계를 설명하기 위한 그래프도이다.2 is a graph for explaining the relationship between the viscosity and the shear rate of the spin-on glass composition of the present invention.

도 3a 내지 도 3k는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치의 실리콘 산화막 형성방법을 나타내기 위한 단면도들이다. 3A to 3K are cross-sectional views illustrating a method of forming a silicon oxide film in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 4는 스핀온글래스막을 예비 베이킹한 후 측정한 광흡수도를 나타내는 FT-IR 챠트이다.4 is an FT-IR chart showing light absorbance measured after prebaking a spin-on glass film.

도 5는 스핀온글래스막을 주 베이킹한 후 측정한 실리콘 산화막의 광흡수도를 나타내는 FT-IR 챠트이다.Fig. 5 is an FT-IR chart showing the light absorption of the silicon oxide film measured after the main baking of the spin-on glass film.

도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 산화막과 통상적인 CVD방법에 의한 실리콘 산화막의 식각율을 나타내는 그래프들이다. 6A to 6G are graphs illustrating etching rates of a silicon oxide film according to another embodiment of the present invention and a silicon oxide film by a conventional CVD method.

도 7a 내지 도 7g는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 쉘로우 트렌치 소자 분리 방법을 설명하는 단면도들이다.7A to 7G are cross-sectional views illustrating a shallow trench device isolation method according to still another embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명에 따라 기판의 액티브 영역에 형성된 실리콘 산화물에 대하여 FT-IR 분석을 수행하여 얻어진 광흡수도의 표준 강도를 나타내는 막대 그래프이다.8 is a bar graph showing the standard intensity of light absorbance obtained by performing FT-IR analysis on silicon oxide formed in the active region of the substrate according to the present invention.

도 9는 식각 용액의 종류에 따른 본 발명에 따라 형성된 실리콘 산화막의 식각율을 나타내는 그래프이다. 9 is a graph showing the etching rate of the silicon oxide film formed according to the present invention according to the type of etching solution.

도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따라 형성된 실리콘 산화막과 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 방법에 의하여 형성된 실리콘 산화막을 화학적 기계적 연마방법으로 연마한 후의 연마 균일도를 나타내는 그래프이다.10 is a graph showing polishing uniformity after polishing a silicon oxide film formed according to a second embodiment of the present invention and a silicon oxide film formed by a high density plasma chemical vapor deposition method by a chemical mechanical polishing method.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 스핀온글래스 조성물을 사용하여 산화막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.11 is a flowchart illustrating a method of forming an oxide film using the spin-on glass composition according to an embodiment of the present invention.

도 12는 본 발명의 일실시예에 의한 80%의 수증기 농도를 갖는 주 베이킹 온도에 따른 FT-IR 결과를 도시한 그래프이다12 is a graph showing the FT-IR results according to the main baking temperature having a water vapor concentration of 80% according to an embodiment of the present invention

도 13은 본 발명의 일실시예에 의한 10% 이하의 수증기 농도를 갖는 주 베이킹 온도에 따른 FT-IR 결과를 도시한 그래프이다. 13 is a graph showing the FT-IR results according to the main baking temperature having a water vapor concentration of 10% or less according to an embodiment of the present invention.

도 14는 본 발명의 일실시예에 의한 주 베이킹의 분위기에 따른 FT-IR 결과를 나타내는 그래프이다. 14 is a graph showing the FT-IR results according to the atmosphere of the main baking according to an embodiment of the present invention.

도 15는 본 발명의 일실시예에 의한 중량 평균 분자량(Mw)에 따른 스핀온글래스 조성물의 분자량 분포를 나타내는 그래프이다. 15 is a graph showing the molecular weight distribution of the spin on glass composition according to the weight average molecular weight (Mw) according to an embodiment of the present invention.

도 16은 본 발명의 일실시예에 의한 중량 평균 분자량(Mw)에 따른 스핀온글래스 조성물의 점도를 나타내는 그래프이다.Figure 16 is a graph showing the viscosity of the spin-on glass composition according to the weight average molecular weight (Mw) according to an embodiment of the present invention.

도 17은 본 발명의 일실시예에 의한 중랑 평균 분자량(Mw)에 따른 스핀온글래스 고형분의 농도(중량%)를 나타내는 그래프이다.17 is a graph showing the concentration of the spin-on-glass solids content (% by weight) according to the middle average molecular weight (Mw) according to an embodiment of the present invention.

도 18a 내지 도 18k는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 실리콘 산화막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.18A to 18K are cross-sectional views illustrating a method of forming a silicon oxide film of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

도 19는 본 발명의 일실시예에 의한 중량 평균 분자량(Mw)에 따른 파티클의 수(개/cc)를 나타내는 그래프이다19 is a graph showing the number of particles (pieces / cc) according to a weight average molecular weight (Mw) according to an embodiment of the present invention.

도 20은 본 발명의 일실시예에 의한 예비 베이킹 후의 파수(cm-1:wave number)에 따른 광흡수도(a.u.)를 나타내는 그래프이다. 20 is a graph showing light absorption (au) according to wave number (cm −1 : wave number) after preliminary baking according to an embodiment of the present invention.

도 21은 본 발명의 일실시예에 의한 주 베이킹 후의 중량 평균 분자량(Mw) 및 파수(cm-1)에 따른 광흡수도(a.u.)를 나타내는 그래프이다. 21 is a graph showing the light absorbance (au) according to the weight average molecular weight (Mw) and wave number (cm −1 ) after the main baking according to an embodiment of the present invention.

도 22는 본 발명의 일실시예에 의한 예비 베이킹 및 주 베이킹 후의 중량 평균 분자량에 따른 두께와 수축율을 나타내는 그래프이다.22 is a graph showing the thickness and shrinkage rate according to the weight average molecular weight after pre-baking and main baking according to an embodiment of the present invention.

도 23은 본 발명의 일실시예에 의한 중량 평균 분자량에 따른 Within Wafer Non-Uniformity(WIWNU)를 나타내는 그래프도이다. FIG. 23 is a graph illustrating Within Wafer Non-Uniformity (WIWNU) according to a weight average molecular weight according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 24는 본 발명의 일실시예에 의한 중량 평균 분자량에 따른 표준 파티클 및 스크래치의 수를 나타낸 그래프도이다24 is a graph showing the number of standard particles and scratches according to the weight average molecular weight according to one embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10, 100, 200 : 반도체 기판 12, 118, 210 : 트렌치10, 100, 200: semiconductor substrate 12, 118, 210: trench

13 : 제 1 스핀온글래스 막 13a : 제 1 실리콘 산화막13: first spin-on-glass film 13a: first silicon oxide film

14, 130, 214, 216 : 실리콘 산화막 16 : 게이트 산화막14, 130, 214, 216: silicon oxide film 16: gate oxide film

20 : n형 반도체 영역 22 : 포토레지스트 패턴20: n-type semiconductor region 22: photoresist pattern

24Ga, 24Gb, 24Gc, 24GWL : 게이트 전극 25 : p형 불순물 영역24Ga, 24Gb, 24Gc, 24GWL: gate electrode 25: p-type impurity region

24a : 폴리실리콘 패턴 24b : 규화텅스텐 패턴24a: polysilicon pattern 24b: tungsten silicide pattern

24c : 텅스텐 패턴 24d : 질화 실리콘 패턴24c: tungsten pattern 24d: silicon nitride pattern

26, 27 : n형 불순물 영역 30 : p형 웰26, 27: n-type impurity region 30: p-type well

32 : 실리콘 질화막 32a : 스페이서32 silicon nitride film 32a spacer

40 : n형 웰 42, 44 : 불순물 영역 40: n-type well 42, 44: impurity region

50 : 제 2 스핀온글래스 막 50a : 제 2 실리콘 산화막 50: second spin-on-glass film 50a: second silicon oxide film

52 : 금속층 패턴들 54 : 제 3 스핀온글래스 막 52 metal layer patterns 54 third spin-on-glass film

54a : 제 3 실리콘 산화막 112, 202 : 패드 산화막 패턴 54a: Third silicon oxide film 112, 202: Pad oxide film pattern

114 : 질화막 패턴 116 : 고온 산화막 패턴 114: nitride film pattern 116: high temperature oxide film pattern

120, 212 : 트렌치 내벽 산화막 201 : 패드 산화막120, 212: trench inner wall oxide film 201: pad oxide film

203 : 연마 저지막 204 : 연마 저지막 패턴203: polishing stopper film 204: polishing stopper film pattern

205 : 하드마스크층 206 : 하드마스크 패턴205: hard mask layer 206: hard mask pattern

213 : 스핀온글래스 막213: spin on glass film

본 발명은 반도체 제조 공정에서 실리콘 산화막을 형성하기 위한 스핀온글래 스(Spin On Glass:SOG) 조성물 및 이를 이용한 실리콘 산화막 형성방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 폴리실라잔(polysilazane)을 포함하는 스핀온글래스 조성물 및 이를 이용하여 반도체 장치의 실리콘 산화막을 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a spin on glass (SOG) composition for forming a silicon oxide film in a semiconductor manufacturing process and a method for forming a silicon oxide film using the same. More specifically, the present invention relates to a spin-on-glass composition comprising polysilazane and a method of forming a silicon oxide film of a semiconductor device using the same.

근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 특히, 그 기능 면에 있어서, 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여 반도체 장치는 집적도, 신뢰성 및 응답속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다.In recent years, with the rapid spread of information media such as computers, semiconductor devices are also rapidly developing. In particular, in terms of its function, the semiconductor device is required to operate at a high speed and to have a large storage capacity. In response to these demands, semiconductor technologies have been developed in the direction of improving the degree of integration, reliability and response speed.

일반적으로, 집적 회로는 단일 기판 상에 많은 활성 소자를 형성하는 것에 의해 제조된다. 각 소자들이 형성되고 절연된 후, 원하는 회로 기능을 얻기 위해서 제조 공정 도중에 특정 소자들은 전기적으로 서로 연결된다. 예를 들어서, MOS, 바이폴라 VLSI 및 ULSI 장치들은 많은 수의 소자들이 전기적으로 서로 연결된 다층 상호 연결(multilevel interconnection) 구조를 갖는다. 이와 같은 상호 연결 구조에서, 막들의 수가 증가함에 따라 최상층(top layer)의 형상(topography)은 더욱 굴곡진 형상을 갖게 된다. In general, integrated circuits are manufactured by forming many active elements on a single substrate. After each device is formed and insulated, certain devices are electrically connected to one another during the manufacturing process to achieve the desired circuit functionality. For example, MOS, bipolar VLSI and ULSI devices have a multilevel interconnection structure in which a large number of devices are electrically connected to each other. In such an interconnect structure, the topography of the top layer becomes more curved as the number of films increases.

예를 들면, 둘 또는 그 이상의 금속층이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼를 제조하는 방법은 다음과 같다. 다수의 산화막, 다결정 실리콘 도전막 및 제1 금속배선막을 반도체 웨이퍼에 형성한다. 이어서, 제1 절연막을 반도체 결과물 상에 형성한다. 제 2 금속 배선막으로의 회로 경로를 제공하기 위해 비아홀을 제 1 절연막에 형성한다. 이때, 제1 절연막의 하부에 있는 막들이 평탄하지 않기 때문에, 제1 절연막의 표면도 평탄하지 않다. 제 2 금속 배선막을 제1 절연막상에 직접 형성하게 되면, 제1 절연막 내의 돌출부나 크랙 때문에 제 2 금속 배선막에 균열이 발생된다. 더욱이, 금속막의 증착율이 불량해지면, 반도체 소자의 제조 수율이 저하될 것이다. 따라서, 일반적으로 다층 금속 접속구조(multilevel metal interconnection)에서는 비아 또는 제2 금속배선층을 형성하기 전에 절연막을 평탄화시킨다. For example, a method of manufacturing a semiconductor wafer in which two or more metal layers are formed is as follows. A plurality of oxide films, polycrystalline silicon conductive films and first metal wiring films are formed on the semiconductor wafer. A first insulating film is then formed on the semiconductor product. Via holes are formed in the first insulating film to provide a circuit path to the second metal wiring film. At this time, since the films under the first insulating film are not flat, the surface of the first insulating film is not flat either. When the second metal wiring film is directly formed on the first insulating film, cracks occur in the second metal wiring film due to the protrusions or cracks in the first insulating film. Moreover, if the deposition rate of the metal film becomes poor, the production yield of the semiconductor element will decrease. Therefore, in general, in a multilevel metal interconnection, the insulating film is planarized before the via or the second metal wiring layer is formed.

절연막을 평탄화시키는 여러 가지 방법들이 개발되고 있다. 이러한 방법들은 우수한 리플로우 특성이 갖는 BPSG(Borophosphorous Silicate Glass)막이나 스핀온글래스(Spin-On Glass: SOG)막을 이용하는 방법이나, 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP)방법을 포함한다. 일반적으로, 금속 배선간의 갭을 매몰하기 위한 절연막으로는 BPSG를 이용하는 방법이 널리 사용되어 왔다. 그러나, BPSG를 증착하는 공정은 사용되는 설비를 위한 특정한 증착 변수들을 설정하는데 우선적으로 의존하는 문제가 있다. 게다가, 상기 공정에 사용되는 가스들은 고가 일뿐만 아니라 독성이 강하다. Various methods for planarizing the insulating film have been developed. These methods include using a BPSG (Borophosphorous Silicate Glass) film or spin-on glass (SOG) film having excellent reflow characteristics, or a chemical mechanical polishing (CMP) method. In general, a method using BPSG has been widely used as an insulating film for filling gaps between metal lines. However, the process of depositing BPSG has the problem of first relying on setting specific deposition parameters for the equipment used. In addition, the gases used in the process are not only expensive but also highly toxic.

더구나, 집적도가 증가하고 디자인룰이 감소함에 따라, 현재의 256메가 디램급 이상의 VLSI를 제조하기 위하여 BPSG를 사용하여 층간 절연막을 형성하여 배선간의 갭을 매립할 때는 보이드 생성에 의한 브리지의 형성으로 인하여 수율이 저하된다거나 후속 공정에서의 사용될 식각 저지막이 손상될 수 있다. 따라서 이를 해결하기 위하여 추가적인 리플로우 공정과 고비용의 CMP 공정을 수행하여야 할 필요성이 있다. Moreover, as the degree of integration increases and the design rule decreases, when the interlayer insulating film is formed by using BPSG to fill the gap between wirings to manufacture VLSIs of 256 mega DRAM or more, due to the formation of bridges by void generation, Yield may be degraded or the etch stop layer used in subsequent processes may be damaged. Therefore, to solve this problem, it is necessary to perform additional reflow process and expensive CMP process.

이에 반하여, SOG막을 이용하여 절연막을 형성하는 공정은 단순한 코팅에 의해 평탄한 절연막을 형성할 수 있는 공정으로 널리 알려져 있다. 예를 들면, 미합중국 특허 제5,310,720호(issued to Shin et al)에는 폴리실라잔층을 형성한 후, 폴리실라잔층을 산소 분위기하에서 가열(firing)하여 실리콘 산화막으로 전환시키는 방법이 개시되어 있다. 또한, 미합중국 특허 제5,976,618호(issued to Shunichi Fukuyama et al.)에는 무기성 SOG를 증착한 후, 2단계의 열처리 공정을 거쳐서 실리콘 산화막으로 전환시키는 방법이 개시되어 있다. On the other hand, the process of forming an insulating film using an SOG film is widely known as a process which can form a flat insulating film by simple coating. For example, US Pat. No. 5,310,720 (issued to Shin et al) discloses a method of forming a polysilazane layer and then converting the polysilazane layer into a silicon oxide film by firing it under an oxygen atmosphere. In addition, US Patent No. 5,976,618 (issued to Shunichi Fukuyama et al.) Discloses a method of depositing an inorganic SOG and then converting it into a silicon oxide film through a two-step heat treatment process.

폴리실라잔계의 SOG 조성물은 기본 골격이 Si-N, Si-H 및 N-H 결합으로 구성된다. 산소 및 물을 포함하는 분위기에서 베이킹하면 Si-N 결합이 Si-O 결합으로 치환된다. 이와 같은 SOG 조성물을 이용하여 실리콘 산화막으로 전환하는 방법은 간단한 스핀 코팅 방법과 경화 공정에 의해 수행할 수 있어서, 비용이 절감된다는 장점을 가지고 있다. The polysilazane-based SOG composition has a basic skeleton composed of Si-N, Si-H, and N-H bonds. Baking in an atmosphere containing oxygen and water replaces the Si—N bond with a Si—O bond. The method of converting the silicon oxide film using the SOG composition can be performed by a simple spin coating method and a curing process, which has the advantage of reducing the cost.

그렇지만, 모든 Si-N결합이 Si-O결합으로 치환되지는 않는 것으로 알려져 있다(일본국 특개평 11-145286 참조). 따라서, 상기 실리콘 산화막은 BPSG막 또는 TEOS막을 이용하여 형성된 순수한 실리콘 산화막과는 다른 절연성 및 전기적 특성을 갖고 있기 때문에, 상기 실리콘 산화막을 절연막으로 사용되는 데는 문제점이 있다. 더욱이, SOG막은 스핀 코팅 방식으로 형성되기 때문에, 형성된 실리콘 산화막의 두께가 충분하지가 않아서 게이트 전극과 금속 배선막과 같은 도전층을 완벽하게 덮을 수가 없다.However, it is known that not all Si-N bonds are substituted with Si-O bonds (see Japanese Patent Laid-Open No. 11-145286). Therefore, since the silicon oxide film has insulation and electrical characteristics different from that of a pure silicon oxide film formed using a BPSG film or a TEOS film, there is a problem in using the silicon oxide film as an insulating film. Furthermore, since the SOG film is formed by spin coating, the thickness of the formed silicon oxide film is not sufficient, so that it is impossible to completely cover the conductive layers such as the gate electrode and the metal wiring film.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본원인은 높은 어스펙트비를 갖는 VLSI급 금속 배선간의 갭을 매립할 수 있고, 기계적인 평탄화 과정을 거치지 않아도 기판의 갭을 매립할 수 있으며, 기판 표면의 요철을 완만하게 하여 화학기상증착에 의한 산화막과 실직적으로 동일한 특성을 갖는 산화막을 생성할 수 있는 퍼하이드로폴리실라잔을 포함하는 스핀온글래스 조성물을 개발하여, 이를 2000년 10월 12일자로 미합중국 특허출원번호 제09/686,624호(한국 특허 출원 제2000-23448의 우선권 주장 출원인 한국 특허 출원 제2000-59635에 대응)(SPIN-ON GLASS COMPOSITION AND METHOD OF FORMING SILICON OXIDE LAYER IN SEMICONDUCTOR MANUFACTURING PROCESS USING THE SAME)로 출원한 바 있다.In order to solve this problem, the present inventors can fill the gap between VLSI-class metal wirings having a high aspect ratio, fill the gap of the substrate without going through the mechanical planarization process, and smoothly uneven the surface of the substrate. To develop a spin-on-glass composition comprising perhydropolysilazane capable of producing an oxide film having substantially the same characteristics as the oxide film by chemical vapor deposition, and was incorporated in US Patent Application No. 09 / 686,624 (corresponds to Korean Patent Application No. 2000-59635, which is a priority claim of Korean Patent Application No. 2000-23448) There is a bar.

상기 방법에 개시된 바에 따르면, 단차부를 갖는 기판 상에 구조식이 -(SiH2NH2)n-(식 중, n은 양의 정수이다.)이고, 중량 평균 분자량이 4000 내지 8000이고, 분자량 분포도가 3.0 내지 4.0인 폴리실라잔을 포함하는 SOG 용액을 도포하여 경화함으로써, 평탄한 표면을 갖는 실리콘 산화막을 형성할 수 있다. According to the method disclosed, the structural formula is-(SiH 2 NH 2 ) n- (wherein n is a positive integer) on a substrate having a stepped portion, the weight average molecular weight is 4000 to 8000, and the molecular weight distribution is By applying and curing the SOG solution containing polysilazane of 3.0 to 4.0, a silicon oxide film having a flat surface can be formed.

상기 실리콘 산화막으로서는 STI(Shallow Trench Isolation)구조를 갖는 소자분리구조(Isolation structure)를 형성하기 위한 홈과 돌출부에 의해 형성된 단차부를 갖는 반도체 기판 상에 형성된 STI구조의 소자 분리막을 예로 들 수 있다. Examples of the silicon oxide film include an isolation layer of an STI structure formed on a semiconductor substrate having grooves and step portions formed by protrusions for forming an isolation structure having a shallow trench isolation (STI) structure.

상기 경화 단계는 예비 베이킹하는 단계와 주 베이킹하는 단계로 이루어진다. 예비 베이킹은 약 100 내지 500℃, 바람직하게는 약 100 내지 400℃의 온도에서 약 1 내지 5분간, 바람직하게는 약 2 내지 3분간 수행되며, 주 베이킹은 약 900 내지 1,050℃의 온도에서 수행된다. The curing step consists of a prebaking step and a main baking step. The prebaking is carried out at a temperature of about 100 to 500 ° C., preferably at about 100 to 400 ° C. for about 1 to 5 minutes, preferably about 2 to 3 minutes, and the main baking is performed at a temperature of about 900 to 1,050 ° C. .

여기서, 형성된 실리콘 산화막은 0.1 내지 1μm의 갭을 포함하는 STI 구조용으로서 우수한 갭-필링 특성을 갖는다. 그러나, 습식 식각 비율 테스트에 의하면, 주 베이킹의 온도가 증가할수록 식각 비율이 감소하며 또한 실리콘 산화막이 실리콘 기판 표면 부분과 액티브 영역에 형성되는 문제점이 있다. Here, the formed silicon oxide film has excellent gap-filling characteristics for the STI structure including a gap of 0.1 to 1 mu m. However, according to the wet etching rate test, the etching rate decreases as the temperature of the main baking increases, and there is a problem that the silicon oxide film is formed on the silicon substrate surface portion and the active region.

도 1은 트렌치 내부 표면에 형성된 산화막의 단면도이다. 도 1에 도시된 반도체 장치는 다음과 같은 방법에 의해 제조된다. 패드 산화막이 실리콘 기판(100) 상에 형성되고, 질화막과 고온 산화막이 순차적으로 패드 산화막 상에 형성된다. 상기 질화막은 후속 공정인 CMP공정에 있어서 식각 정지층으로 작용하며, 상기 고온 산화막은 하드마스크 층으로 작용한다.1 is a cross-sectional view of an oxide film formed on a trench inner surface. The semiconductor device shown in FIG. 1 is manufactured by the following method. A pad oxide film is formed on the silicon substrate 100, and a nitride film and a high temperature oxide film are sequentially formed on the pad oxide film. The nitride film serves as an etch stop layer in a subsequent CMP process, and the high temperature oxide film serves as a hard mask layer.

이어서, 고온 산화막 상에 실리콘 질산화물(SiON)을 형성함으로서 반사 방지막(미도시)을 형성하고, 포토리소그래피 공정을 수행하여 액티브 패턴을 정의하기 위한 고온 산화막 패턴(116)을 형성한다. Subsequently, by forming silicon nitride oxide (SiON) on the high temperature oxide film, an antireflection film (not shown) is formed, and a high temperature oxide film pattern 116 for defining an active pattern is formed by performing a photolithography process.

상기 고온 산화막 패턴(116)을 에칭 마스크로 사용하여 질화막과 패드 산화막을 차례로 식각하여 질화막 패턴(114)과 패드 산화막 패턴(112)를 형성한다. 상기 질화막 패턴과 인접한 기판의 상부를 식각하여 트렌치(118)를 형성한다.The nitride layer pattern and the pad oxide layer are sequentially etched using the high temperature oxide layer pattern 116 as an etching mask to form the nitride layer pattern 114 and the pad oxide layer pattern 112. The trench 118 is formed by etching the upper portion of the substrate adjacent to the nitride layer pattern.

이어서, 트렌치 식각 공정 수행 시 고에너지의 이온 주입에 의한 실리콘의 손상을 치유하기 위하여, 산소 분위기에서 트렌치(118)의 노출된 부분을 열처리한다. 이 때, 산화제와 노출된 실리콘과의 산화 반응에 의하여 트렌치의 저면과 측면을 포함한 트렌치 내부에 트렌치 내벽 산화막(120)이 형성된다. Subsequently, in order to cure damage to silicon due to high energy ion implantation during the trench etching process, the exposed portion of the trench 118 is heat treated in an oxygen atmosphere. At this time, the trench inner wall oxide film 120 is formed in the trench including the bottom and side surfaces of the trench by an oxidation reaction between the oxidant and the exposed silicon.

본 출원인이 제안한 상기 SOG 조성물로 트렌치(118)를 매립하면서 반도체 기 판(100) 상에 SOG 조성물을 증착시켜 SOG막을 형성한다. 이어서, 상기 SOG막을 베이킹시킨다. 예비 베이킹은 약 100 내지 500℃, 바람직하게는 약 100 내지 400℃의 온도에서 약 1 내지 5분간, 바람직하게는 약 2 내지 3분간 수행한다. 주 베이킹은 약 900 내지 1,050℃의 온도에서 수행하여 실리콘 산화막을 형성한다. 이에 따라, 도 1에서 도시된 바와 같이 트렌치를 매립하는 산화막(130)이 형성된다. 상기 산화막(130)은 SOG막으로부터 형성된 것이다. 이 때, 도 1의 원으로 표시된 부분과 같이, 트렌치 내벽 산화막(120) 중 측벽부분의 산화막이 저면부분의 산화막보다 두껍다는 것을 확인할 수 있다. 상기 산화막을 형성하는 산화물은 SOG막을 산화분위기에서 1000℃ 혹은 그 이상의 온도에서 경화할 때 반도체 기판(100)의 실리콘과 산화 가스에 포함된 산소의 산화반응에 의하여 형성되는 것으로 추정된다. While the trench 118 is filled with the SOG composition proposed by the applicant, the SOG composition is deposited on the semiconductor substrate 100 to form an SOG film. Next, the SOG film is baked. The prebaking is carried out at a temperature of about 100 to 500 ° C., preferably about 100 to 400 ° C. for about 1 to 5 minutes, preferably about 2 to 3 minutes. The main baking is performed at a temperature of about 900 to 1,050 캜 to form a silicon oxide film. As a result, as shown in FIG. 1, an oxide layer 130 filling the trench is formed. The oxide film 130 is formed from an SOG film. At this time, as shown by the circle in FIG. 1, it can be confirmed that the oxide film on the sidewall portion of the trench inner wall oxide film 120 is thicker than the oxide film on the bottom portion. The oxide forming the oxide film is estimated to be formed by the oxidation reaction of silicon in the semiconductor substrate 100 and oxygen contained in the oxidizing gas when the SOG film is cured at an oxidizing atmosphere at 1000 ° C. or higher.

이러한 산화물의 생성은 CMP공정 수행 후에 홈과 같이 파인 부분에 있어서 형태적인 결점을 유발할 수 있거나 또는 액티브 영역의 크기를 변화시키기도 한다.The formation of such oxides may cause morphological defects in the trenches such as grooves after the CMP process, or may change the size of the active region.

또한, 본 출원인은 높은 어스펙트비를 갖는 VLSI의 금속 배선간의 갭을 매립할 수 있고, 기계적인 평탄화 과정을 거치지 않아도 기판의 갭을 매립할 수 있으며, 기판 표면의 요철을 완만하게 하여 화학기상증착에 의한 산화막과 실직적으로 동일한 특성을 갖는 산화막을 생성할 수 있는 퍼하이드로폴리실라잔을 포함하는 스핀온글래스 조성물을 개발하여 이를 2002년 10월 24일자로 미합중국 특허출원 제09/985,615호(METHOD OF FORMING SILICON OXIDE LAYER IN SEMICONDUCTOR MANUFACTURING PROCESS USING SPIN-ON GLASS COMPOSITION AND ISOLATION METHOD USING THE SAME METHOD)(한국 특허 출원 제2001-31633호 출원에 대응)로 출원하였 고 이는 미합중국 특허 제6,279,205호로 등록받은 바 있다.In addition, the present applicant can fill the gap between the metal wiring of the VLSI having a high aspect ratio, fill the gap of the substrate without going through the mechanical planarization process, and smooth the irregularities of the surface of the substrate to chemical vapor deposition A spin-on-glass composition comprising perhydropolysilazane capable of producing an oxide film having substantially the same characteristics as the oxide film by the present invention was developed and disclosed in US Patent Application No. 09 / 985,615 to October 24, 2002 (METHOD OF FORMING SILICON OXIDE LAYER IN SEMICONDUCTOR MANUFACTURING PROCESS USING SPIN-ON GLASS COMPOSITION AND ISOLATION METHOD USING THE SAME METHOD (corresponding to Korean Patent Application No. 2001-31633). .

따라서, 본 발명의 목적은 고집적도를 가지고, 높은 어스팩트비를 갖는 반도체 장치에서 매우 인접하게 배치된 금속 배선간의 갭을 매립할 수 있는 스핀온글래스 조성물을 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a spin-on-glass composition which has a high degree of integration and is capable of filling gaps between metal wirings which are arranged very closely in a semiconductor device having a high aspect ratio.

본 발명의 다른 목적은 기계적인 평탄화 공정없이 기판 표면의 요철을 완만하게 하고 갭을 매립할 수 있는 조성물을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a composition capable of smoothing unevenness of the substrate surface and filling gaps without a mechanical planarization process.

본 발명의 또 다른 목적은 화학 기상 증착 방법에 의해 생성된 반도체 장치의 산화막과 실질적으로 동일한 특성을 갖는 스핀온글래스 조성물을 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a spin-on glass composition having substantially the same characteristics as an oxide film of a semiconductor device produced by a chemical vapor deposition method.

본 발명의 또 다른 목적은 상술한 스핀온글래스 조성물을 사용하여 반도체 제조 공정에서 산화막을 형성하는 방법을 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to provide a method of forming an oxide film in a semiconductor manufacturing process using the spin-on glass composition described above.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 일실시예는 구조식이 -(SiH2NH)n-(식 중,n은 양의 정수이다)이고, 중량 평균 분자량이 약 3,000 내지 6,000이고 10 내지 30 중량%의 폴리실라잔과 약 70 내지 90 중량%의 용매를 포함하는 스핀온글래스 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object of the present invention, a preferred embodiment of the present invention is a structural formula-(SiH 2 NH) n- (where n is a positive integer), the weight average molecular weight is about 3,000 to 6,000 And 10 to 30% by weight of polysilazane and about 70 to 90% by weight of a solvent.

상술한 본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 산화막 형성방법에 의하면, 상면에 단차부를 갖는 반도체 기판 상에 구조식이 -(SiH2NH)n-(식 중,n은 양의 정수이다)이고, 중량 평균 분자량이 약 3,000 내지 6,000이고 10 내지 30 중량%의 폴리실라잔과 약 70 내지 90 중량%의 용매를 포함하는 스핀온글래스 조성물을 도포하여 스핀온글래스 막을 형성한다. 스핀온글래스 막을 경화하여 실리콘 산화막을 형성한다.In order to achieve the another object of the present invention described above, according to the oxide film forming method according to a preferred embodiment of the present invention, the structural formula on the semiconductor substrate having a stepped portion on the upper surface is-(SiH 2 NH) n- , n is a positive integer), spin-on-glass by applying a spin-on-glass composition comprising a weight average molecular weight of about 3,000 to 6,000, 10 to 30% by weight of polysilazane and about 70 to 90% by weight of solvent To form a film. The spin-on-glass film is cured to form a silicon oxide film.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 약 5:1 내지 10:1 정도의 어스펙트비를 갖거나 혹은 표면의 불연속성이 심한 도전막을 도포할 수 있는 스핀온글래스 조성물을 사용하여 실질적으로 거의 보이드가 없는 균일한 실리콘 산화막을 형성할 수 있다.According to various embodiments of the present invention, there is substantially no void using a spin-on glass composition having an aspect ratio of about 5: 1 to 10: 1 or a conductive film having a high surface discontinuity. A uniform silicon oxide film can be formed.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 스핀온글래스 조성물 및 이를 사용하여 반도체 장치에서 산화막을 형성하는 방법을 상세하게 설명하지만 본 발명이 하기 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, a spin-on-glass composition and a method of forming an oxide film in a semiconductor device using the same according to preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is not limited.

본 명세서에서 물질이나 막 또는 구조가 다른 물질이나 막, 또는 층 위에 증착되거나 형성된다고 언급되는 경우, 이는 또 다른 층이나 물질 또는 구조가 그 사이에 형성되어 있다는 의미도 포함할 수 있다. When a material or film or structure is referred to herein as being deposited or formed on another material or film or layer, this may also mean that another layer, material or structure is formed therebetween.

본 발명의 스핀온글래스 조성물은 미합중국 특허 출원 제 09/686,624호에 개시되어 있으며, 바람직하게는 구조식이 -(SiH2NH2)n-(식 중, n은 양의 정수이다.)이고, 중량 평균 분자량이 4,000 내지 8,000이고, 분자량 분포도가 3.0 내지 4.0인 폴리실라잔을 포함한다. 본 발명의 상세한 설명에서, 분자량 분포도라 함은 중량 평균 분자량과 수평균분자량의 비를 의미한다.The spin-on glass composition of the present invention is disclosed in U.S. Patent Application Serial No. 09 / 686,624, preferably the structural formula is-(SiH 2 NH 2 ) n- (wherein n is a positive integer) and weight Polysilazanes having an average molecular weight of 4,000 to 8,000 and a molecular weight distribution of 3.0 to 4.0. In the description of the present invention, the molecular weight distribution diagram means the ratio of the weight average molecular weight and the number average molecular weight.

폴리실라잔의 제조 방법은 공지되어 있다. 대표적인 방법으로서는 할로실란과 루이스 염기의 반응으로부터 생성된 복합 화합물(complex compound)을 암모니아와 반응시켜서, 폴리실라잔이 제조된다. Processes for producing polysilazane are known. In a typical method, polysilazane is prepared by reacting a complex compound resulting from the reaction of a halosilane and a Lewis base with ammonia.

또는, SiCl4 또는 SiH2Cl2와 같은 실리콘 할라이드와 아민을 반응시켜 폴리실라잔을 합성하는 방법, 실라잔을 알칼리금속 할라이드 촉매를 사용하여 폴리실라잔으로 전환하는 방법, 전이금속 복합 화합물(transition complex metal compound)를 사용하여 아민 화합물로 실란 화합물을 탈수소(dehydrogenation)하는 방법으로 폴리실라잔을 제조할 수 있다.Or a method of synthesizing polysilazane by reacting a silicon halide such as SiCl 4 or SiH 2 Cl 2 with an amine, a method of converting silazane to polysilazane using an alkali metal halide catalyst, a transition metal complex compound (transition Polysilazane may be prepared by dehydrogenation of a silane compound with an amine compound using a complex metal compound.

미합중국 특허 제 5,494,978호(issued to Yasuo Shinizu et al.)에는 수평균 분자량이 100 내지 100,000인 무기성 폴리실라잔을 사용하여 탈포된(defoamed) 폴리실라잔을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 미합중국 특허 제5,905,130호(issued to Hirohiko Nakahara et al.)에는 폴리아미노실란 화합물과 폴리하이드로겐화된 질소-함유 화합물(polyhydrogenated nitrogen-containing compound)을 염기 촉매 하에서 반응시키거나, 폴리하이드로겐화 실리콘 화합물(polyhydrogenated silicone compound)과 폴리하이드로겐화 질소-함유 화합물을 염기성 고체 산화물 촉매(basic solid oxide catalyst)의 존재하에서 반응시켜 폴리실라잔을 제조하는 방법이 개시되어 있다. US Pat. No. 5,494,978 issued to Yasuo Shinizu et al. Discloses a process for preparing defoamed polysilazanes using inorganic polysilazanes having a number average molecular weight of 100 to 100,000. In addition, US Pat. No. 5,905,130 (issued to Hirohiko Nakahara et al.) Discloses a reaction between a polyaminosilane compound and a polyhydrogenated nitrogen-containing compound under a base catalyst, or a polyhydrogenated silicon compound. A method for producing polysilazane is disclosed by reacting a polyhydrogenated silicone compound with a polyhydrogenated nitrogen-containing compound in the presence of a basic solid oxide catalyst.

그 밖에도 미합중국 특허 제5,436,398호(issued to Yasuo Shimizu et al.)에 도 수평균 분자량이 1,120인 퍼하이드로 폴리실라잔의 제조예가 개시되어 있으며, 미합중국 특허 제4,937,304호(issued to Ayama et al.) 및 제4,950,381호(issued to Takeuchi et al.)에는 원하는 분자량을 갖는 폴리실라잔을 제조하는 방법이 개시되어 있다. In addition, US Pat. No. 5,436,398 (issued to Yasuo Shimizu et al.) Discloses the preparation of perhydro polysilazane having a number average molecular weight of 1,120, US Pat. No. 4,937,304 (issued to Ayama et al.) And No. 4,950,381 (issued to Takeuchi et al.) Discloses a process for preparing polysilazanes with the desired molecular weight.

본 발명에서 사용되는 폴리실라잔의 제조 방법에 특별한 제한은 없다. 상술한 방법에 의해 폴리실라잔을 용이하게 제조할 수 있다. 상술한 공지된 방법에 의해 제조된 퍼하이드로 폴리실라잔을 본 발명에 사용할 수 있도록 분자량에 따른 분별법(fractionation)을 이용하여 분류하여 사용한다. There is no particular limitation on the method for producing the polysilazane used in the present invention. By the method mentioned above, polysilazane can be manufactured easily. Perhydro polysilazane prepared by the above-mentioned known method is classified and used by fractionation according to molecular weight so that it can be used in the present invention.

본 발명에서 사용되는 폴리실라잔의 중량 평균 분자량이 4,000보다 작으면 탈기(outgassing)가 증가하고, 작은 분자량에 의해 퍼하이드로 폴리실라잔이 실리콘 산화물로 급속히 전환되어 크랙이 발생하게 된다. 반대로 중량 평균 분자량이 8,000을 초과하면, SOG 조성물 용액의 점도가 증가하여 코팅시에 생성되는 스핀온글래스 막의 균일성(uniformity)이 저하된다. 따라서 본 발명에서 사용되는 퍼하이드로 폴리실라잔의 중량 평균 분자량은 4,000 내지 8,000이다. 보다 상세하게는, 트렌치를 매립하는 SOG 막이 형성되는 경우 바람직하게는 퍼하이드로 폴리실라잔의 중량 평균 분자량이 6,000 내지 8,000이며, 보다 바람직하게는 6,500 내지 7,000이다.When the weight average molecular weight of the polysilazane used in the present invention is less than 4,000, outgassing increases, and the small hydrophobic molecular weight rapidly converts the perhydro polysilazane into silicon oxide, causing cracking. On the contrary, when the weight average molecular weight exceeds 8,000, the viscosity of the SOG composition solution increases, thereby decreasing the uniformity of the spin-on-glass film produced during coating. Therefore, the weight average molecular weight of the perhydro polysilazane used in the present invention is 4,000 to 8,000. More specifically, when the SOG film filling the trench is formed, the weight average molecular weight of the perhydro polysilazane is preferably 6,000 to 8,000, more preferably 6,500 to 7,000.

다른 실시예에 있어서, 본 발명에서 사용되는 퍼하이드로 폴리실라잔이 3,000보다 작은 중량 평균 분자량을 가지면, 탈기(outgassing)가 증가하고, 탈기되 는 SiH4가 산소 가스와 반응하여 SiO2와 같은 파티클이 형성되어 반응 챔버를 오염시킨다. 파티클은 후속 공정에서 웨이퍼를 오염시킨다. 반면에, 중량 평균 분자량이 약 6,000을 초과하면, SOG 용액의 점도가 증가하여 생성되는 스핀온글래스 막의 균일성(uniformity)이 저하된다. 따라서 본 발명에서 사용되는 퍼하이드로 폴리실라잔의 분자량은 약 3,000 내지 6,000, 보다 바람직하게는 약 3,300 내지 3,700이다.In another embodiment, if the perhydro polysilazane used in the present invention has a weight average molecular weight of less than 3,000, outgassing increases and the degassed SiH 4 reacts with oxygen gas to produce particles such as SiO 2. This is formed to contaminate the reaction chamber. The particles contaminate the wafer in a subsequent process. On the other hand, if the weight average molecular weight exceeds about 6,000, the uniformity of the resulting spin-on-glass film is reduced by increasing the viscosity of the SOG solution. Therefore, the molecular weight of the perhydro polysilazane used in the present invention is about 3,000 to 6,000, more preferably about 3,300 to 3,700.

또한, 상기 폴리실라잔의 중량 평균 분자량과 수평균 분자량의 비인 분자량 분포도가 약 3.0보다 작으면, 폴리실라잔을 분류할 때의 효율성이 저하되어 폴리실라잔의 제조 수율이 너무 낮아지게 된다. 반대로, 분자량 분포도가 약 4를 초과하면, 전환된 실리콘 산화막이 불균일해지게 된다. 따라서, 본 발명에서 사용되는 폴리실라잔의 분자량 분포도는 바람직하게는 약 3.0 내지 4.0이다. 그러나 상술한 분자량 분포도 범위 밖의 분자량 분포도를 갖는 폴리실라잔이라도 필요한 경우 사용될 수 있다. In addition, when the molecular weight distribution degree, which is the ratio of the weight average molecular weight and the number average molecular weight of the polysilazane is less than about 3.0, the efficiency in classifying the polysilazane is lowered and the production yield of the polysilazane becomes too low. In contrast, when the molecular weight distribution exceeds about 4, the converted silicon oxide film becomes nonuniform. Therefore, the molecular weight distribution of the polysilazane used in the present invention is preferably about 3.0 to 4.0. However, even polysilazane having a molecular weight distribution out of the above-described molecular weight distribution range may be used if necessary.

본 발명의 다른 실시예에서 사용되는 퍼하이드로 폴리실라잔은 분자량 분포도가 약 2.5 내지 3.5, 보다 바람직하게 2.8 내지 3.2이다. 상기 퍼하이드로 폴리실라잔의 중량 평균 분자량이 약 3,000 내지 6,000일 때, 퍼하이드로 폴리실라잔의 분자량 분포도가 약 2.5 내지 3.5이다. 분자량 분포도가 약 2.5 보다 작으면, 퍼하이드로 폴리실라잔을 분류할 때의 효율성이 떨어져서 퍼하이드로 폴리실리잔의 제조 수율이 너무 낮아지게 된다. 반면에, 퍼하이드로 폴리실라잔의 분자량 분포도 가 약 3.5를 초과하면, 전환된 실리콘 산화막이 불균일해진다.Perhydro polysilazane used in another embodiment of the present invention has a molecular weight distribution of about 2.5 to 3.5, more preferably 2.8 to 3.2. When the weight average molecular weight of the perhydro polysilazane is about 3,000 to 6,000, the molecular weight distribution of the perhydro polysilazane is about 2.5 to 3.5. If the molecular weight distribution is less than about 2.5, the efficiency in sorting the perhydro polysilazane will be lowered, resulting in too low a production yield of the perhydro polysilazane. On the other hand, when the molecular weight distribution of the perhydro polysilazane exceeds about 3.5, the converted silicon oxide film becomes nonuniform.

SOG 조성물은 상술한 폴리실라잔을 용매, 바람직하게는 유기 용매에 용해시켜서 제조된 SOG 용액인 것이 바람직하다. 다른 여러 가지 유기 용매 또는 다른 용매들이 본 발명에서 제한없이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 크실렌(xylene)과 같은 방향족계 용매 또는 디부틸에테르(dibuthyl ether)와 같은 다른 용매가 용매로서 유용하게 사용될 수 있다. SOG 용액 내의 폴리실라잔의 농도가 약 30 중량%보다 크면, 폴리실라잔이 불안정해지고 또한 SOG 용액의 수명이 감소하며, SOG 막에 크랙이 발생하게 된다. SOG 용액 내의 폴리실라잔의 농도가 약 10 중량%보다 작으면, SOG 막의 두께 조절이 용이하지 않게 된다. 따라서, SOG용액 내의 상기 폴리실라잔의 농도는 약 10 내지 30 중량%, 18 내지 25 중량%인 것이 바람직하다. 또한 SOG 용액 내의 용매의 농도는 바람직하게는 약 70 내지 90 중량%, 보다 바람직하게는 약 75 내지 82 중량%이다.The SOG composition is preferably an SOG solution prepared by dissolving the polysilazane described above in a solvent, preferably an organic solvent. Various other organic solvents or other solvents may be used without limitation in the present invention. Preferably, an aromatic solvent such as xylene or other solvent such as dibutyl ether may be usefully used as the solvent. If the concentration of polysilazane in the SOG solution is greater than about 30% by weight, the polysilazane becomes unstable and the lifetime of the SOG solution is reduced, causing cracks in the SOG film. If the concentration of polysilazane in the SOG solution is less than about 10% by weight, it is not easy to adjust the thickness of the SOG film. Therefore, the concentration of the polysilazane in the SOG solution is preferably about 10 to 30% by weight, 18 to 25% by weight. In addition, the concentration of the solvent in the SOG solution is preferably about 70 to 90% by weight, more preferably about 75 to 82% by weight.

상기 폴리실라잔을 포함하는 SOG 조성물은 하부막, 예를 들면 실리콘 질화막에 대하여 약 4° 이하의 접촉각을 갖는 것이 바람직하다. 접촉각이 4°보다 크면, SOG 조성물과 하부막 간의 접착력이 나빠지게 된다.The SOG composition comprising the polysilazane preferably has a contact angle of about 4 ° or less with respect to an underlying film, for example, a silicon nitride film. If the contact angle is larger than 4 °, the adhesive force between the SOG composition and the underlying film becomes poor.

앞서 언급한 바와 같이, 상기 SOG 조성물, 바람직하게는 SOG 용액은 상기 퍼하이드로 폴리실라잔을 유기용매와 같은 용매에 용해시키는 것에 의해 제조된다. 다른 여러 가지 유기 또는 다른 용매들이 본 발명에서 제한없이 사용될 수 있다. 사용 가능한 용매는 크실렌(xylene)과 같은 방향족계 용매 또는 디부틸에테르와 같은 다른 용매를 포함하는 것이 바람직하다. SOG 용액 내의 퍼하이드로 폴리실라잔 의 농도가 약 30 중량%보다 크면, 퍼하이드로 폴리실라잔이 불안정해지고, SOG 용액의 수명이 단축되며, SOG 막에 크랙이 발생하게 된다. 퍼하이드로 폴리실라잔의 농도가 약 10 중량%보다 작으면, SOG 막의 두께 조절이 용이하지 않게 된다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, SOG 용액 내의 상기 퍼하이드로 폴리실라잔의 농도는 바람직하게는 약 10 내지 30 중량%, 보다 바람직하게는 약 20 내지 23 중량%이다. 상기 폴리실라잔을 포함하는 SOG 조성물은 하부막, 예를 들면 실리콘 질화막에 대하여 약 4° 이하의 접촉각을 갖는 것이 바람직하다. 접촉각이 4° 보다 크면, SOG 조성물과 하부막 사이의 접착력이 나빠지게 된다.As mentioned above, the SOG composition, preferably the SOG solution, is prepared by dissolving the perhydro polysilazane in a solvent such as an organic solvent. Various other organic or other solvents may be used without limitation in the present invention. The solvent that can be used preferably includes an aromatic solvent such as xylene or another solvent such as dibutyl ether. If the concentration of perhydro polysilazane in the SOG solution is greater than about 30% by weight, the perhydropolysilazane becomes unstable, shortens the life of the SOG solution, and causes cracks in the SOG film. If the concentration of perhydro polysilazane is less than about 10% by weight, it is not easy to control the thickness of the SOG film. Thus, according to another embodiment of the present invention, the concentration of the perhydro polysilazane in the SOG solution is preferably about 10 to 30% by weight, more preferably about 20 to 23% by weight. The SOG composition comprising the polysilazane preferably has a contact angle of about 4 ° or less with respect to an underlying film, for example, a silicon nitride film. If the contact angle is larger than 4 °, the adhesive force between the SOG composition and the underlying film becomes poor.

도포 공정과 경화 공정 중에 SOG 막의 표면을 균일하게 하기 위하여, 상기 SOG 용액은 소정의 전단속도 하에서 바람직하게는 약 1 내지 10mPa·s, 보다 바람직하게는 약 1 내지 8mPa·s의 점도를 갖는다. In order to make the surface of the SOG film uniform during the application process and the curing process, the SOG solution preferably has a viscosity of about 1 to 10 mPa · s, more preferably about 1 to 8 mPa · s under a predetermined shear rate.

도 2는 SOG 용액의 점도와 전단속도와의 관계를 설명하기 위한 그래프이다. 도 2에서, 그래프의 세로좌표는 점도(mPa·s)를 나타내고, 가로좌표는 전단속도(1/s)를 나타낸다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 SOG 용액은 약 54 내지 420(1/s)의 전단속도에서 바람직하게 약 1 내지 10 mPa.s의 점도를 갖는다. 약 10 내지 1,000(1/s)의 전단속도에서 SOG 조성물의 점도는 약 1 내지 10 mPa의 범위 안에 있다는 것도 도 2로부터 알 수 있다. 2 is a graph for explaining the relationship between the viscosity and the shear rate of the SOG solution. In Fig. 2, the ordinate represents the viscosity (mPa · s) and the abscissa represents the shear rate (1 / s). As shown in FIG. 2, the SOG solution according to the invention preferably has a viscosity of about 1 to 10 mPa · s at a shear rate of about 54 to 420 (1 / s). It can also be seen from FIG. 2 that the viscosity of the SOG composition at a shear rate of about 10 to 1,000 (1 / s) is in the range of about 1 to 10 mPa.

SOG 조성물의 점도는 SOG 조성물의 유동성(flowability)에 영향을 줌으로써 산화막의 평탄도를 결정하게 된다. 상기 퍼하이드로 폴리실라잔의 중량 평균 분자량이 증가함에 따라 SOG 조성물의 점도도 증가한다. 퍼하이드로 폴리실라잔의 중량 평균 분자량이 약 3,000 내지 6,000일 때, SOG 조성물의 점도는 약 1.54 내지 1.70 mPa·s(cP)이다. The viscosity of the SOG composition determines the flatness of the oxide film by affecting the flowability of the SOG composition. As the weight average molecular weight of the perhydro polysilazane increases, the viscosity of the SOG composition also increases. When the weight average molecular weight of the perhydro polysilazane is about 3,000 to 6,000, the viscosity of the SOG composition is about 1.54 to 1.70 mPa · s (cP).

상기 SOG 조성물은 필요에 따라서는 붕소, 불소, 인, 비소, 탄소, 산소 또는 이들의 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 불순물을 포함할 수 있다. 이러한 불순물 중에서 붕소, 불소, 인 또는 비소 중에서 선택된 적어도 하나의 원소를 SOG 용액에 첨가하는 경우에는, SOG 조성물로부터 생성되는 실리콘 산화막이 불순물을 포함하게 되어 종래의 BSG막, BPSG막, PSG막 등과 유사한 특성을 갖게 된다. 또한, 탄소나 산소와 같은 원소를 불순물로서 SOG 용액에 첨가하면, SOG 막을 실리콘 산화막으로 전환시키는 속도를 촉진시킬 수 있다.The SOG composition may include at least one impurity including boron, fluorine, phosphorus, arsenic, carbon, oxygen, or a mixture thereof as necessary. When at least one element selected from boron, fluorine, phosphorus, or arsenic among these impurities is added to the SOG solution, the silicon oxide film generated from the SOG composition contains impurities, similar to the conventional BSG film, BPSG film, PSG film, and the like. Will have characteristics. In addition, when an element such as carbon or oxygen is added to the SOG solution as an impurity, the speed of converting the SOG film into the silicon oxide film can be accelerated.

상술한 SOG 조성물은 스핀 코팅방법에 의해 균일하지 않는 표면을 갖는 기판, 예를 들어 도전성 배선 패턴을 갖는 반도체 기판 상에 도포되는 것이 바람직하다. 특히, 스핀 코팅 방법은 평탄한 SOG 막을 형성하는데 유용하다. The SOG composition described above is preferably applied on a substrate having a non-uniform surface, for example, a semiconductor substrate having a conductive wiring pattern, by a spin coating method. In particular, the spin coating method is useful for forming flat SOG films.

기판의 표면이 평탄하지 않은 것은 도전성 패턴들로부터 야기될 수 있다. 예를 들어서, 게이트 전극 패턴이나 비트 라인과 같은 도전성 금속 배선 패턴들이 기판의 표면에 단차부를 형성하게 된다. 상기 두 개의 도전층 패턴간의 거리는 제한이 없다. 그러나, 상기 거리가 1μm보다 길면, 산화막을 형성하는 방법으로는 종래의 BPSG를 이용하는 것이 적합하다. 반면에, 상기 거리가 0.04μm보다 짧은 경우에, 본 발명의 SOG 용액을 이용한 방법을 사용하면 SOG 막 내에 보이드가 형성될 소지가 높아지게 된다. 따라서, 본 발명의 방법은 0.04 내지 1μm 정도의 갭을 갖는 반도체 기판에 적용된다.Uneven surface of the substrate may result from conductive patterns. For example, conductive metal wiring patterns such as gate electrode patterns and bit lines form stepped portions on the surface of the substrate. The distance between the two conductive layer patterns is not limited. However, when the said distance is longer than 1 micrometer, it is suitable to use the conventional BPSG as a method of forming an oxide film. On the other hand, when the distance is shorter than 0.04 μm, the use of the SOG solution of the present invention increases the likelihood that voids are formed in the SOG film. Thus, the method of the present invention is applied to a semiconductor substrate having a gap on the order of 0.04 to 1 μm.

또한, 본 발명에 다양한 실시예에 따른 방법은 폭에 대한 깊이의 비인 어스펙트비가 낮은 도전성 패턴 갭에 적용될 수 있다. 그러나, 본 발명의 방법들은 약 5:1 내지 10:1 정도의 어스펙트비를 갖는 도전층 패턴에 적용되는 것이 바람직하다.In addition, the method according to various embodiments of the present invention may be applied to a conductive pattern gap having a low aspect ratio, which is a ratio of depth to width. However, the methods of the present invention are preferably applied to a conductive layer pattern having an aspect ratio of about 5: 1 to 10: 1.

일반적으로, 도전성 패턴들이 게이트 전극들을 포함하는 셀 어레이 영역과 같은 미세 간격의 갭들 내에 조밀하게 형성된다. 이러한 갭들은 반도체 기판 상에 형성될 수 있다. 게다가, 도전성 패턴들은 주변 회로 영역과 같은 글로벌 단차부 내에 또는 조밀하지 않게 독립적인 갭 내에 조밀하지 않게 형성된다. 이러한 글로벌 단차부도 또한 반도체 기판 상에 형성될 수 있다. 본 발명의 방법은 약 5:1 내지 10:1의 어스펙트비를 갖는 미세 간격의 갭과 약 1:1 또는 그 이하의 어스펙트비를 갖는 글로벌 단차부를 갖는 반도체 기판에 적용될 수 있다. In general, conductive patterns are densely formed in finely spaced gaps, such as a cell array region comprising gate electrodes. Such gaps may be formed on a semiconductor substrate. In addition, the conductive patterns are densely formed in a global stepped portion, such as a peripheral circuit area, or in a densely independent gap. Such a global step may also be formed on the semiconductor substrate. The method of the present invention can be applied to a semiconductor substrate having a finely spaced gap having an aspect ratio of about 5: 1 to 10: 1 and a global step having an aspect ratio of about 1: 1 or less.

또한, 단차부들은 반도체 기판의 돌출부/함몰부에 의해 형성될 수 있다. 구체적으로는, 홈과 돌출부를 갖는 반도체 기판의 돌출부 상에 본 발명의 방법에 의해 산화막을 형성할 수 있다. 이러한 방법에 의한 산화막을 형성하는 것은 쉘로우 트렌치 소자분리(Shallow Trench Isolation:STI) 구조를 갖는 소자분리구조를 형성할 때에 유용하다. 또한, 상기 단차부는 절연막 상에 형성된 금속 배선들에 의해 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 방법에 의해 형성된 실리콘 산화막은 절연막 상에 형성된 금속 배선들을 절연하기 위한 층간 절연막으로 이용될 수 있다.In addition, the stepped portions may be formed by protrusions / depressions of the semiconductor substrate. Specifically, an oxide film can be formed on the protrusion of the semiconductor substrate having the groove and the protrusion by the method of the present invention. Forming the oxide film by this method is useful when forming an isolation structure having a shallow trench isolation (STI) structure. In addition, the stepped portion may be formed by metal lines formed on the insulating layer. That is, the silicon oxide film formed by the method of the present invention can be used as an interlayer insulating film for insulating metal wires formed on the insulating film.

이하에서, 도포된 SOG 막의 경화 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, the curing method of the applied SOG film will be described in detail.

상술한 방법에 의해 형성된 SOG막은 경화되어 평탄한 표면을 갖는 실리콘 산 화막으로 전환된다. 경화 단계는 예비 베이킹 단계와 주 베이킹 단계에 의해 수행된다. 여기에서 개시된 내용을 근거로, 당업자는 SOG막을 경화시켜 평탄한 표면을 갖는 실리콘 산화막으로 전환시킬 수 있다.The SOG film formed by the method described above is cured and converted into a silicon oxide film having a flat surface. The curing step is carried out by a preliminary baking step and a main baking step. Based on the disclosure herein, those skilled in the art can cure the SOG film to convert it into a silicon oxide film having a flat surface.

상기 예비 베이킹은 약 100 내지 500℃의 온도하에서 약 1 내지 5분간 수행하는 것이 바람직하다. 예비 베이킹을 약 100℃ 이하에서 수행하면, 유기 용매가 막에 잔류할 가능성이 있다. 예비 베이킹을 약 500℃ 이상의 온도에서 수행하면, 소정 깊이 이하에 위치한 폴리실라잔은 후속 주 베이킹 공정에서 실리콘 산화물로 완벽하게 전환되지 않게 되고, 또한 표면이 급속도로 실리콘 산화물로 전환되어 크랙이 발생하게 됨으로써 최종 실리콘 산화막이 불균일해진다. The prebaking is preferably performed for about 1 to 5 minutes at a temperature of about 100 to 500 ℃. If prebaking is performed at about 100 ° C. or lower, there is a possibility that organic solvent remains in the film. If prebaking is performed at a temperature above about 500 ° C., the polysilazane located below the predetermined depth will not be completely converted to silicon oxide in the subsequent main baking process, and the surface will rapidly convert to silicon oxide to cause cracking. As a result, the final silicon oxide film is uneven.

예비 베이킹을 수행하는 시간이 약 1분 이하이면, 유기 용매가 막 내에 잔류하게 되고 또한 완벽하게 제거되지 않는다. 반대로 예비 베이킹 시간이 약 5분을 초과하면, 유기 용매는 완전하게 제거되지만 퍼하이드로 폴리실라잔을 포함하는 SOG 막의 표면에서 실리콘 산화물로의 부분적인 전환이 유발되어 부분적인 크랙이 발생하게 된다. 따라서, 예비 베이킹은 약 100 내지 500℃, 바람직하게는 약 100 내지 400℃의 온도에서 약 1 내지 5분간, 바람직하게는 약 2 내지 3분간 수행한다. If the time for performing the prebaking is about 1 minute or less, the organic solvent remains in the film and is not completely removed. On the contrary, if the prebaking time exceeds about 5 minutes, the organic solvent is completely removed, but partial conversion to silicon oxide at the surface of the SOG film containing perhydro polysilazane is caused, resulting in partial cracking. Thus, the prebaking is carried out at a temperature of about 100 to 500 ° C., preferably about 100 to 400 ° C. for about 1 to 5 minutes, preferably about 2 to 3 minutes.

주 베이킹 단계는 예비 베이킹에 비하여 고온에서 장시간 수행한다. 폴리실라잔계의 SOG는 기본 골격 구조는 Si-N 결합을 포함한다. 산소 및 물을 포함하는 분위기하에서 베이킹하면 Si-N 결합이 Si-O 결합으로 치환될 것이다. 상술한 SOG 조성물을 이용한 종래 방법에 따르면, 모든 Si-N 결합이 Si-O 결합으로 치환되지는 않으므로, SOG 용액을 코팅하고 베이킹한 후에도 일부의 Si-N 결합은 실리콘 산화막 내에 남아있게 된다. 그러나, 본 발명의 방법에 따르면, 폴리실라잔을 포함하는 SOG 용액을 코팅하여 SOG 막을 형성한 후, 경화 공정을 수행한 후에도, Si-N결합이 SOG 막 내에 잔류하지 않는다. 따라서. 본 발명의 다양한 실시예들에 의해 형성된 실리콘 산화막은 종래 CVD 방법에 의해 형성된 순수한 실리콘 산화막과 실질적으로 동일한 특성을 갖는다.The main baking step is carried out for a long time at a high temperature compared to the prebaking. The polysilazane-based SOG has a basic skeleton structure containing Si—N bonds. Baking in an atmosphere containing oxygen and water will replace the Si—N bonds with Si—O bonds. According to the conventional method using the SOG composition described above, not all Si-N bonds are replaced with Si-O bonds, so that some Si-N bonds remain in the silicon oxide film even after the SOG solution is coated and baked. However, according to the method of the present invention, after the SOG solution containing polysilazane is coated to form an SOG film, even after the curing process, Si-N bonds do not remain in the SOG film. therefore. The silicon oxide film formed by various embodiments of the present invention has substantially the same characteristics as the pure silicon oxide film formed by the conventional CVD method.

폴리실라잔을 실리콘 산화물로 전환시키기 위하여, 주 베이킹은 약 400 내지 1,200℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 주 베이킹의 온도가 약 400℃ 이하인 경우에, 경화가 충분하지 않아서 Si-N 결합이 잔류함으로써 산화막의 특성에 저하시킨다. 주 베이킹의 온도가 약 1200℃보다 높은 경우에는, 생성되는 실리콘 산화막의 평탄도가 저하되거나 크랙이 발생할 수 있다. 따라서, 주 베이킹은 약 400 내지 1200℃, 바람직하게는 약 400 내지 1,000℃의 온도에서 수행한다.In order to convert polysilazane to silicon oxide, the main baking is preferably carried out at a temperature of about 400 to 1,200 ° C. In the case where the temperature of the main baking is about 400 ° C. or less, the curing is not sufficient and the Si-N bonds remain to lower the characteristics of the oxide film. When the temperature of the main baking is higher than about 1200 ° C., the flatness of the resulting silicon oxide film may decrease or cracks may occur. Thus, the main baking is carried out at a temperature of about 400 to 1200 ° C, preferably about 400 to 1,000 ° C.

특히, 주 베이킹 공정의 시간은 약 10분 내지 180분간 수행하는 것이 바람직하다. 주 베이킹 공정 시간이 약 10분 보다 짧은 경우에는, SOG 막이 실리콘 산화막으로 완전히 전환되지 않는다. 반대로 주 베이킹 공정 시간이 약 180분을 초과하는 경우에는, 생성되는 실리콘 산화막 내의 응력이 증가하게 된다. 따라서, 주 베이킹 공정의 시간은 바람직하게는 약 10분 내지 180분간, 보다 바람직하게는 약 30분 내지 120분간 수행한다. In particular, the time of the main baking process is preferably performed for about 10 minutes to 180 minutes. If the main baking process time is shorter than about 10 minutes, the SOG film is not completely converted to the silicon oxide film. On the contrary, when the main baking process time exceeds about 180 minutes, the stress in the resulting silicon oxide film increases. Therefore, the time of the main baking process is preferably performed for about 10 minutes to 180 minutes, more preferably about 30 minutes to 120 minutes.

주 베이킹 공정은 Si-N 결합을 Si-O 결합으로 전환하는데 적합한 분위기인 산화성 분위기 또는 불활성 분위기에서 수행한다. 예를 들면, 산소 분위기, 수증기 분위기, 산소와 수증기의 혼합 분위기, 질소 분위기, 또는 산소, 수증기 및 질소의 혼합 분위기가 주 베이킹 공정용으로 유용하다. 특히, 수증기 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. 수증기 분위기는 1.2 내지 86 중량%의 수분을 포함하는 것이 바람직하다.The main baking process is carried out in an oxidizing atmosphere or an inert atmosphere, which is an atmosphere suitable for converting Si-N bonds to Si-O bonds. For example, an oxygen atmosphere, a steam atmosphere, a mixed atmosphere of oxygen and steam, a nitrogen atmosphere, or a mixed atmosphere of oxygen, steam and nitrogen is useful for the main baking process. In particular, it is preferable to carry out in a steam atmosphere. The steam atmosphere preferably contains 1.2 to 86% by weight of water.

주 베이킹의 온도는 하부 구조물에 미칠 영향을 고려하여 결정된다. 예를 들어, 하부 구조물이 반도체 기판의 상부를 부분적으로 식각함에 따라 형성된 트렌치와 상기 트렌치를 매립하는 SOG 막을 포함하는 경우, 경화 단계에서 주 베이킹의 온도는 약 900 내지 1,200℃가 바람직하다. 하부 구조물이 반도체 기판 상에 형성된 다수의 게이트 전극과 상기 게이트 전극을 완전히 덮는 SOG 막을 포함하는 경우, 주 베이킹의 온도는 약 600 내지 900℃가 바람직하다. 하부 구조물이 반도체 기판 상의 절연막 상에 형성된 다수의 금속 배선 패턴과 상기 금속 배선 패턴을 완전히 덮는 SOG 막을 포함하는 경우, 주 베이킹의 온도는 약 400 내지 450℃가 바람직하다. 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명을 참조하여 주 베이킹의 적합한 온도를 결정할 수 있을 것이며, 상술한 특정 온도의 범위로 발명이 한정되는 것은 아니다. The temperature of the main baking is determined taking into account the effect on the substructure. For example, when the lower structure includes a trench formed by partially etching the upper portion of the semiconductor substrate and an SOG film filling the trench, the temperature of the main baking in the curing step is preferably about 900 to 1,200 ° C. When the lower structure includes a plurality of gate electrodes formed on the semiconductor substrate and an SOG film completely covering the gate electrodes, the temperature of the main baking is preferably about 600 to 900 ° C. When the lower structure includes a plurality of metal wiring patterns formed on an insulating film on a semiconductor substrate and an SOG film completely covering the metal wiring patterns, the temperature of the main baking is preferably about 400 to 450 ° C. Those skilled in the art will be able to determine the suitable temperature of the main baking with reference to the present invention and the invention is not limited to the specific temperature ranges described above.

본 발명에 따른 방법에 의해 SOG 조성물을 1회만 코팅하여 두께가 약 4,000 내지 6,500Å인 실리콘 산화막을 형성한다. 또한, SOG 조성물을 도포하기 전에, 식각 저지막으로서 실리콘 질화막을 약 200 내지 600Å의 두께로 도전성 패턴들의 상부와 측면에 형성할 수도 있다.The SOG composition is coated only once by the method according to the invention to form a silicon oxide film having a thickness of about 4,000 to 6,500 kPa. In addition, before applying the SOG composition, a silicon nitride film may be formed on the top and side surfaces of the conductive patterns to a thickness of about 200 to 600 mm 3 as an etch stop film.

상기 SOG 조성물은 반도체 장치의 제조 중에 게이트 전극 및/또는 금소 패턴을 평탄화시키거나 또는 트렌치를 매립하는 용도로 사용될 수 있다. 또는, 본 발명에 따른 SOG 조성물은 트렌치를 매립하는데 사용되고, 종래의 SOG 조성물이나 다른 방법을 사용하여 게이트 전극 및/또는 금속 패턴을 평탄화할 수도 있다. 즉, 본 발명의 SOG 조성물은 트렌치를 매립하거나 게이트 전극 및/또는 금속 패턴을 평탄화시키는데 적용될 수 있지만, 반드시 이들 모두에 적용할 필요는 없고 이들 중의 어느 하나에만 적용할 수도 있다. The SOG composition may be used to planarize the gate electrode and / or the gold pattern or fill the trench during fabrication of the semiconductor device. Alternatively, the SOG composition according to the present invention may be used to fill trenches and planarize the gate electrode and / or metal pattern using conventional SOG compositions or other methods. That is, the SOG composition of the present invention may be applied to fill trenches or planarize gate electrodes and / or metal patterns, but need not necessarily apply to all of them, but may apply only to any of them.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 주 베이킹 공정은 두 단계의 열처리 공정으로 수행된다. 상기 열처리 공정이 한 단계로 수행되는 경우, 도 1을 참조하여 설명한 것처럼 산화성 분위기에 포함된 산소와 반도체 기판으로부터 공급된 실리콘 소스와의 반응을 통해 트렌치의 측벽에 실리콘 산화물이 형성됨으로써 액티브 영역의 치수가 변하게 된다. 따라서, 실리콘 소스가 공급되는 반도체 기판 상에 폴리실라잔을 포함하는 SOG 조성물을 경화함으로써 SOG 막이 형성되는 경우, 열처리를 두 단계에 걸쳐 수행함으로써 상기 SOG 막을 실리콘 산화막으로 전환시킬 수 있다.According to another embodiment of the invention, the main baking process is carried out in a two step heat treatment process. When the heat treatment process is performed in one step, as described with reference to FIG. 1, the silicon oxide is formed on the sidewalls of the trench through the reaction of oxygen included in the oxidative atmosphere with a silicon source supplied from the semiconductor substrate, thereby measuring the size of the active region. Will change. Therefore, when the SOG film is formed by curing the SOG composition including polysilazane on the semiconductor substrate supplied with the silicon source, the SOG film can be converted into the silicon oxide film by performing heat treatment in two steps.

우선, SOG 막에 대해 제 1 열처리 공정을 실시하여 폴리실라잔을 산화물로 전환시킨다. 이 때, 제 1 열처리 공정은 산소 분위기, 수증기 분위기 또는 산소와 수증기의 혼합 분위기 등과 같은 산화성 분위기에서 약 500 내지 1,000℃, 바람직하게는 약 600 내지 900℃의 온도하에서 수행한다. 보다 바람직하게는 상기 제 1 열처리 공정은 약 800 내지 900℃의 온도에서 약 10 내지 120 분간 수행한다. First, a first heat treatment process is performed on the SOG film to convert polysilazane into an oxide. In this case, the first heat treatment process is performed at an temperature of about 500 to 1,000 ° C., preferably about 600 to 900 ° C., in an oxidizing atmosphere such as an oxygen atmosphere, a steam atmosphere, or a mixed atmosphere of oxygen and steam. More preferably, the first heat treatment process is performed for about 10 to 120 minutes at a temperature of about 800 to 900 ℃.

이어서, 산화성 분위기, 불활성 가스 분위기, 산화성 분위기와 불활성 가스 분위기의 혼합분위기 또는 진공 분위기에서 제 1 열처리 공정을 통해 얻어진 산화물에 제 2 열처리 공정을 수행하여 상기 산화물의 조직을 치밀하게 한다. 특히, 질소를 포함한 불활성 가스 분위기에서 제 2 열처리 공정을 수행한다. 또한, 제 2 열처리 공정은 약 600 내지 1,200℃, 바람직하게는 약 900 내지 1,100℃의 온도에서 약 10 내지 120분간 수행한다.Subsequently, a second heat treatment process is performed on the oxide obtained through the first heat treatment process in an oxidizing atmosphere, an inert gas atmosphere, a mixed atmosphere of the oxidizing atmosphere and the inert gas atmosphere, or a vacuum atmosphere to densify the structure of the oxide. In particular, the second heat treatment process is performed in an inert gas atmosphere containing nitrogen. In addition, the second heat treatment process is performed for about 10 to 120 minutes at a temperature of about 600 to 1,200 ℃, preferably about 900 to 1,100 ℃.

구체적으로는, 상기 SOG 조성물이 반도체 기판의 상부를 부분적으로 식각하여 형성된 트렌치를 매립하도록 형성되는 경우, 주 베이킹의 제 2 열처리 공정은 약 900 내지 1,000℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. Specifically, when the SOG composition is formed to fill the trench formed by partially etching the upper portion of the semiconductor substrate, it is preferable that the second heat treatment process of the main baking is performed at a temperature of about 900 to 1,000 ° C.

이하의 실시예, 실험예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니다. The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, Experimental Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.

실시예 1Example 1

SOG 조성물의 제조Preparation of SOG Composition

시판중인 퍼하이드로 폴리실라잔을 분별시켜서 중량 평균 분자량이 약 4,500 내지 7,000이고, 분자량 분포도가 약 3.0 내지 4.0인 퍼하이드로 폴리실라잔을 수득하였다. 분별된 퍼하이드로 폴리실라잔을 크실렌(xylene)에 용해시켜서 조성물의 전체 중량% 대비 약 22 내지 25 중량% 농도의 퍼하이드로 폴리실라잔을 갖는 SOG 조성물을 제조하였다. SOG 조성물을 하지막인 실리콘 질화막에 대한 접촉각을 측정한 결과 4° 이하의 접촉각을 나타내었다. Commercially available perhydro polysilazane was fractionated to obtain a perhydro polysilazane having a weight average molecular weight of about 4,500 to 7,000 and a molecular weight distribution of about 3.0 to 4.0. Fractionated perhydro polysilazane was dissolved in xylene to prepare an SOG composition having a perhydro polysilazane at a concentration of about 22-25 wt% relative to the total weight of the composition. As a result of measuring the contact angle with respect to the silicon nitride film | membrane which is a base film, an SOG composition showed the contact angle of 4 degrees or less.

상기 SOG 조성물의 점도는 전단속도에 따라 측정되었다. 점도 특성이 도 2에 도시되어 있다. 도 2는 SOG 용액의 전단속도 변화에 따른 점도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 2에서, 세로축은 점도(mPa·s)를 나타내고 가로축은 전단속도(1/s)를 타나낸다. 도 2에서 확인할 수 있듯이, 상기 SOG 용액은 전단속도가 약 10 내지 1,000(1/s)인 경우, 바람직하게는 약 54 내지 420(1/s)인 경우에 약 1 내지 10 mPa.s의 균일한 점도를 가진다.The viscosity of the SOG composition was measured according to the shear rate. Viscosity characteristics are shown in FIG. 2. 2 is a graph showing a change in viscosity with a change in shear rate of SOG solution. In FIG. 2, the vertical axis represents viscosity (mPa · s) and the horizontal axis represents shear rate (1 / s). As can be seen in Figure 2, the SOG solution has a uniformity of about 1 to 10 mPa.s when the shear rate is about 10 to 1,000 (1 / s), preferably about 54 to 420 (1 / s) Has one viscosity.

산화막의 형성Formation of oxide film

도 3a 내지 3k는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 제조 공정의 실리콘 산화막을 형성하는 방법을 나타내는 단면도들이다. 3A to 3K are cross-sectional views illustrating a method of forming a silicon oxide film in a semiconductor manufacturing process according to an embodiment of the present invention.

도 3a를 참조하면, 실리콘(Si)과 같은 반도체 물질로 이루어진 p형 기판(10)을 제공하였다. 상기 기판(10)의 상부에는 소자 분리 영역을 에칭하여 트렌치(12)를 형성하였다. 이 때, 상기 트렌치(12)는 깊이는 4,600Å이고, 폭이 1,250Å이었다. 상기 트렌치(12)가 형성된 기판(10)상에 중량 평균 분자량이 약 6,000 내지 8,000인 퍼하이드로 폴리실라잔을 포함하는 SOG용액을 약 6,000 내지 7,000Å의 두께로 도포하여 제 1 SOG 막(13)을 형성하였다.Referring to FIG. 3A, a p-type substrate 10 made of a semiconductor material such as silicon (Si) is provided. The trench 12 is formed by etching the device isolation region on the substrate 10. At this time, the trench 12 had a depth of 4,600 mm 3 and a width of 1,250 mm 3. The SOG solution containing perhydro polysilazane having a weight average molecular weight of about 6,000 to 8,000 on the substrate 10 on which the trench 12 is formed is applied to a thickness of about 6,000 to 7,000 kPa to form the first SOG film 13. Formed.

도 3b를 참조하면, 상기 제 1 SOG막(13)에 약 100 내지 500℃의 온도에서 약 1분 내지 5분간 예비 베이킹 공정을 수행한 후, 약 900 내지 1,000℃의 온도에서 약 30분간 주 베이킹 공정을 수행하여 제 1 SOG막을 제 1 실리콘 산화막(13a)으로 전환시켰다. 이 때, 베이킹 공정은 수분이 약 86 중량% 함유된 수증기 분위기에서 수행하였다. Referring to FIG. 3B, after performing the preliminary baking process on the first SOG film 13 at a temperature of about 100 to 500 ° C. for about 1 minute to 5 minutes, the main baking is performed at about 900 to 1,000 ° C. for about 30 minutes. The process was performed to convert the first SOG film into the first silicon oxide film 13a. At this time, the baking process was carried out in a steam atmosphere containing about 86% by weight of moisture.

도 3c를 참조하면, 제 1 실리콘 산화막(13a)을 화학적 기계적 연마 방법(CMP)에 의해 반도체 기판(10)의 상부 표면이 노출될 때까지 연마하여, 상기 트렌치(12)의 내부가 실리콘 산화물(14)로 매립된 소자 분리 영역을 형성하였다.Referring to FIG. 3C, the first silicon oxide layer 13a is polished by the chemical mechanical polishing method CMP until the upper surface of the semiconductor substrate 10 is exposed, so that the inside of the trench 12 may be silicon oxide ( A device isolation region buried in 14) was formed.

도 3d를 참조하면, 메모리 셀이 형성되는 영역의 반도체 기판(10)에 n형 불순물, 예를 들면 인(P)을 이온 주입하여 n형 반도체 영역(20)을 형성하였다. 셀 어레이 영역과 주변 회로 영역의 일부에 p형 불순물, 예를 들면 붕소(B)를 이온 주입하여 p형 웰(30)을 형성하였다. 주변 회로 영역의 나머지 일부에 n형 불순물, 예를 들면 인(P)을 이온 주입하여 n형 웰(40)을 형성하였다.Referring to FIG. 3D, n-type impurities such as phosphorus (P) are ion-implanted into the semiconductor substrate 10 in the region where the memory cell is formed to form the n-type semiconductor region 20. P-type impurities, for example, boron (B), are ion-implanted into a portion of the cell array region and the peripheral circuit region to form the p-type well 30. An n-type impurity, for example, phosphorus (P) is ion-implanted into the remaining part of the peripheral circuit region to form an n-type well 40.

다음에, 문턱 전압을 조절하기 위한 불순물, 예를 들면 BF2(불화 붕소)를 p형 웰(30) 및 n형 웰(40)에 이온주입하였다. 이어서, p형 웰 (30) 및 n형 웰(40)의 각 표면 부위를 불산계 세정액을 사용하여 세정하였다. 반도체 기판(10)을 습식 산화시켜서 p형 웰(30) 및 n형 웰(40)의 각 표면 상에 게이트 산화막(16)을 형성하였다. 이 때, 상기 트렌치(12)의 내의 기판 부분도 부분적으로 산화되어, 게이트 산화막(16)이 연속적으로 형성되었다. 이 때 상기 게이트 산화막(16)의 두께는 약 40 내지 200Å이었다.Next, impurities for adjusting the threshold voltage, such as BF 2 (boron fluoride), were ion-implanted into the p-type well 30 and the n-type well 40. Subsequently, each surface portion of the p-type well 30 and the n-type well 40 was washed with a hydrofluoric acid-based cleaning liquid. The semiconductor substrate 10 was wet oxidized to form a gate oxide film 16 on each surface of the p-type well 30 and the n-type well 40. At this time, the substrate portion in the trench 12 was also partially oxidized, so that the gate oxide film 16 was formed continuously. At this time, the thickness of the gate oxide film 16 was about 40 to 200 kPa.

도 3e를 참조하면, 필드 산화물로서 트렌치(12)를 매립하는 실리콘 산화물(14) 및 게이트 산화막(16)이 형성된 기판(10) 상에 폴리실리콘막을 형성하였다. 폴리실리콘막은 약 500 내지 4,000Å의 두께를 가졌고, 또한 인(P)과 같은 n형 불순물로 도핑된 다결정 실리콘막을 저압 화학기상증착(LPCVD) 방법으로 증착하 여 형성하였다. 이어서, 텅스텐 실리사이드와 텅스텐을 스퍼터링 방법으로 폴리실리콘막 상에 증착하여, 약 1,000Å의 두께를 갖는 텅스텐 실리사이드막과 2,000Å의 두께를 갖는 텅스텐막을 형성하였다. 상기 텅스텐막 상에 실리콘 질화막을 적층하였다. 상기 실리콘 질화막은 저압 화학기상증착 또는 플라즈마 증대 화학기상증착(PECVD) 방법을 이용하여 약 500 내지 2,000Å 정도의 두께를 갖도록 형성하였다.Referring to FIG. 3E, a polysilicon film is formed on the substrate 10 having the silicon oxide 14 and the gate oxide film 16 filling the trench 12 as field oxide. The polysilicon film had a thickness of about 500 to 4,000 kPa, and was formed by depositing a polycrystalline silicon film doped with n-type impurities such as phosphorus (P) by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD). Next, tungsten silicide and tungsten were deposited on the polysilicon film by the sputtering method to form a tungsten silicide film having a thickness of about 1,000 mm 3 and a tungsten film having a thickness of 2,000 mm 3. A silicon nitride film was laminated on the tungsten film. The silicon nitride film was formed to have a thickness of about 500 to 2,000 Pa using low pressure chemical vapor deposition or plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD).

상기 실리콘 질화막 상에 포토레지스트막을 형성한 후, 마스크를 사용하여 상기 포토레지스트막을 선택적으로 노광하였다. 다음에, 상기 포토레지스트막을 현상하여, 게이트 전극을 형성하기 위한 포토레지스트 패턴(22)을 형성하였다. 상기 포토레지스트 패턴(22)을 에칭 마스크로 사용하여 상기 실리콘 질화막, 텅스텐막, 텅스텐 질화막 및 폴리실리콘막을 차례로 식각하여, 폴리실리콘 패턴(24a), 텅스텐 실리사이드 패턴(24b), 텅스텐 패턴(24c) 및 실리콘 질화막 패턴(24d)으로 구성된 게이트 전극들(24Ga, 24Gb, 24Gc, 24WL)을 형성하였다. 그러면, 셀 어레이 영역에는 게이트 전극들(24Ga)과 워드 라인(24WL)이 형성되었고, 주변 회로 영역에도 각각 게이트 전극(24Gb, 24Gc)이 형성되었다.After the photoresist film was formed on the silicon nitride film, the photoresist film was selectively exposed using a mask. Next, the photoresist film was developed to form a photoresist pattern 22 for forming a gate electrode. Using the photoresist pattern 22 as an etching mask, the silicon nitride film, tungsten film, tungsten nitride film and polysilicon film are sequentially etched to form a polysilicon pattern 24a, a tungsten silicide pattern 24b, a tungsten pattern 24c and Gate electrodes 24Ga, 24Gb, 24Gc, and 24WL formed of the silicon nitride film pattern 24d were formed. Then, gate electrodes 24Ga and word lines 24WL are formed in the cell array region, and gate electrodes 24Gb and 24Gc are formed in the peripheral circuit region, respectively.

셀 어레이 영역에 형성되는 게이트 전극(24Ga, 24WL)들간의 갭은 약 0.4 내지 1μm이었다. 밀집 단차부를 갭 내에 형성하기 위해, 게이트 전극들(24Ga, 24WL)의 갭의 폭에 대한 높이의 비인 어스펙트 비는 약 5:1 내지 10:1 이었다. 반면에, 글로벌 단차부를 갭 내에 형성하기 위해, 주변 회로 영역에 형성되는 게이트 전극들(24Gb, 24Gc)의 갭에 대한 높이의 비인 어스펙트비는 1:1 이하이었다.The gap between the gate electrodes 24Ga and 24WL formed in the cell array region was about 0.4 to 1 m. In order to form dense steps in the gap, the aspect ratio, which is the ratio of the height to the width of the gap of the gate electrodes 24Ga and 24WL, was about 5: 1 to 10: 1. On the other hand, in order to form the global stepped portion in the gap, the aspect ratio, which is the ratio of the height to the gap of the gate electrodes 24Gb and 24Gc formed in the peripheral circuit region, was 1: 1 or less.

도 3f를 참조하면, 포토레지스트 패턴(22)을 제거하였다. 도 3f에서, n형 웰(40)에 p형 불순물, 예를 들면 붕소(B)를 이온 주입하여 게이트 전극(24Gc)의 양측의 n형 웰(40)에 p-형 불순물 영역(25)를 형성하였다. 또한, p형 웰(30)에 n형 불순물, 예를 들면 인(P)을 이온 주입하여 게이트 전극(24Gb)의 양측의 p형 웰(30)에 n형 불순물 영역(27)을 형성하고, 게이트 전극(24Ga)의 양측의 p형 웰(20)에는 n형 불순물 영역(26)을 형성하였다. Referring to FIG. 3F, the photoresist pattern 22 is removed. In FIG. 3F, p-type impurities such as boron (B) are ion-implanted into the n-type well 40 to form the p-type impurity region 25 in the n-type well 40 on both sides of the gate electrode 24Gc. Formed. In addition, n-type impurities such as phosphorus (P) are ion-implanted into the p-type well 30 to form n-type impurity regions 27 in the p-type wells 30 on both sides of the gate electrode 24Gb. An n-type impurity region 26 is formed in the p-type wells 20 on both sides of the gate electrode 24Ga.

도 3g를 참조하면, 반도체 기판(10)상에 화학 기상 증착법(CVD)에 의해 실리콘 질화물을 증착시켜 두께가 약 200 내지 600Å인 실리콘 질화막(32)을 형성하였다. 다음에, 셀 어레이 영역 상의 실리콘 질화막(32)을 포토레지스트막으로 덮고, 주변 회로 상의 실리콘 질화막(20)을 이방성 에칭하여 주변회로의 게이트 전극(24Gb, 24Gc)의 측벽에 스페이서(32a)를 형성하였다.Referring to FIG. 3G, silicon nitride is deposited on the semiconductor substrate 10 by chemical vapor deposition (CVD) to form a silicon nitride film 32 having a thickness of about 200 to 600 microns. Next, the silicon nitride film 32 on the cell array region is covered with a photoresist film, and the silicon nitride film 20 on the peripheral circuit is anisotropically etched to form spacers 32a on the sidewalls of the gate electrodes 24Gb and 24Gc of the peripheral circuit. It was.

다음에, 주변회로의 n형 웰(40)에 p형 불순물, 예를 들면 붕소를 이온 주입하여 p+형 불순물 영역(소오스, 드레인 영역)(42)을 형성하였다. 또한, 주변회로의 p형 웰(30)에 n형 불순물, 예를 들면 비소(As)를 이온 주입하여 n+형의 불순물 영역(소오스, 드레인 영역)(44)을 형성하였다.Next, p-type impurities, for example boron, were ion-implanted into the n-type well 40 of the peripheral circuit to form a p + type impurity region (source, drain region) 42. In addition, n-type impurities such as arsenic (As) were ion-implanted into the p-type well 30 of the peripheral circuit to form n + -type impurity regions (source and drain regions) 44.

도 3h를 참조하면, 반도체 기판(10)상에 SOG 용액을 도포하여 제 2 SOG막(50)을 형성하였다. 상기 제 2 SOG막(50) 역시 스핀 코팅 방법에 의해 도포하였다. 이 때, 회전속도는 약 500 내지 2,500rpm이었다. 상기 SOG 용액에 포함된 퍼하이드로 폴리실라잔의 중량 평균 분자량은 약 4,000 내지 6,000이었다. 제 2 SOG막(50)은 약 7,500 내지 8,200Å 정도의 두께를 가져서, 게이트 전극들(24Ga, 24Gb, 24Gc, 24GWL)을 완전하게 덮도록 형성하였다. 다음에, 상기 제 2 SOG막(50)을 약 100 내지 500℃의 온도에서 약 1 내지 5분간 예비 베이킹을 한 후, 약 600 내지 900℃의 온도에서 약 10 내지 180분 동안 주 베이킹을 하였다. 이 때, 베이킹 공정은 산소분위기, 수증기 분위기, 수증기와 산소의 혼합 분위기, 질소 분위기, 혹은 이들의 혼합 분위기에서 수행하였다. 만약 베이킹 공정이 수증기 분위기에서 수행되는 경우, 수증기 분위기의 수분 함량은 약 1.2 내지 86 중량%가 되도록 조절하였다.Referring to FIG. 3H, a second SOG film 50 is formed by applying an SOG solution on the semiconductor substrate 10. The second SOG film 50 was also coated by a spin coating method. At this time, the rotation speed was about 500 to 2,500 rpm. The weight average molecular weight of the perhydro polysilazane included in the SOG solution was about 4,000 to 6,000. The second SOG film 50 has a thickness of about 7,500 to 8,200 Å, so as to completely cover the gate electrodes 24Ga, 24Gb, 24Gc, and 24GWL. Next, the second SOG film 50 was prebaked at a temperature of about 100 to 500 ° C. for about 1 to 5 minutes, and then main baked at a temperature of about 600 to 900 ° C. for about 10 to 180 minutes. At this time, the baking process was performed in an oxygen atmosphere, a steam atmosphere, a mixed atmosphere of steam and oxygen, a nitrogen atmosphere, or a mixed atmosphere thereof. If the baking process was carried out in a steam atmosphere, the moisture content of the steam atmosphere was adjusted to be about 1.2 to 86% by weight.

경화 공정 중에 제 2 SOG막(50)의 Si-N 결합은 Si-O 결합으로 치환되어, 제 2 SOG막은 제 2 실리콘 산화막(50a)으로 전환되었다. 이에 의해 도 3i에서 도시한 바와 같이, 제 2 SOG막의 두께보다 약 19 내지 20%정도 수축된 두께를 갖는 제 2 실리콘 산화막(50a)을 수득하였다. During the curing process, the Si—N bond of the second SOG film 50 was replaced with a Si—O bond, and the second SOG film was converted into the second silicon oxide film 50a. As a result, as shown in FIG. 3I, a second silicon oxide film 50a having a thickness shrinking about 19 to 20% of the thickness of the second SOG film was obtained.

도 3j를 참조하면, 상기 제 2 실리콘 산화막(50a)상에 통상적인 스퍼터링 방법에 의해 알루미늄, 텅스텐 등과 같은 금속을 증착시켜 두께가 약 5,000Å인 금속막을 형성하였다. 상기 금속막을 사진 식각 공정에 의해 패터닝하여 폭이 6,600Å이고 갭이 8,400Å인 금속층 패턴들(52)을 형성하였다. 다음에, 상기 SOG 용액을 스핀 코팅하여 금속층 패턴들(52)을 완전히 덮도록 약 3,800 내지 4,500Å의 두께를 가지는 제 3 SOG막(54)을 형성하였다. 이 경우, 제 3 SOG막(54)에 포함된 퍼하이드로 폴리실라잔의 중량 평균 분자량은 약 4,500 내지 7,500이었다.Referring to FIG. 3J, a metal such as aluminum and tungsten is deposited on the second silicon oxide film 50a by a conventional sputtering method to form a metal film having a thickness of about 5,000 kPa. The metal layer was patterned by a photolithography process to form metal layer patterns 52 having a width of 6,600 mm 3 and a gap of 8,400 mm 3. Next, the SOG solution was spin-coated to form a third SOG film 54 having a thickness of about 3,800 to 4,500 도록 so as to completely cover the metal layer patterns 52. In this case, the weight average molecular weight of the perhydro polysilazane included in the third SOG film 54 was about 4,500 to 7,500.

도 3k를 참조하면, 상기 제 3 SOG막(54)을 약 100 내지 500℃의 온도에서 약 1 내지 5분간 예비 베이킹을 한 후, 약 400 내지 450℃의 온도에서 약 10 내지 180 분 동안 주 베이킹을 하였다. 주 베이킹 공정은 수증기 분위기에서 수행하였다. 경화 공정을 통하여 제 3 SOG막(54)의 Si-N 결합은 Si-O 결합으로 치환됨으로써, 제 3 SOG막(54)이 평탄한 표면을 갖는 제 3 실리콘 산화막(54a)으로 전환되었다. Referring to FIG. 3K, after the first SOG film 54 is prebaked at a temperature of about 100 to 500 ° C. for about 1 to 5 minutes, the main baking is performed at about 400 to 450 ° C. for about 10 to 180 minutes. Was done. The main baking process was carried out in a steam atmosphere. The Si-N bond of the third SOG film 54 is replaced with the Si-O bond through the curing process, thereby converting the third SOG film 54 into the third silicon oxide film 54a having a flat surface.

이후, 통상의 반도체 제조 공정을 거쳐서 반도체 소자를 제조하였다. 당업자는 본 발명에 따른 SOG 조성물과 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방법을 통해서 반도체 소자를 제조할 수 있을 것이다.Then, the semiconductor device was manufactured through the normal semiconductor manufacturing process. Those skilled in the art will be able to manufacture the semiconductor device through the SOG composition according to the present invention and the method according to various embodiments of the present invention.

실리콘 산화막의 광흡수도Light Absorption of Silicon Oxide

도 3a 내지 3k를 참조하여 설명한 방법에 따라 반도체 기판 상에 산화막을 형성하였다. 산화막은 약 5:1 내지 10:1의 어스펙트 비를 갖는 다수의 배선층을 가지며, 배선층 사이에 약 0.04 내지 1μm의 갭을 갖는 기판 상에 형성되었다. 상기 다수의 금속 배선층과 반도체 기판을 덮으며 약 400Å의 두께를 갖는 실리콘 질화막을 형성하였다. An oxide film was formed on the semiconductor substrate according to the method described with reference to FIGS. 3A to 3K. The oxide film had a plurality of wiring layers having an aspect ratio of about 5: 1 to 10: 1, and was formed on a substrate having a gap of about 0.04 to 1 μm between the wiring layers. A silicon nitride film having a thickness of about 400 GPa was formed covering the plurality of metal wiring layers and the semiconductor substrate.

폴리실라잔을 포함하는 SOG 용액을 반도체 기판 상에 스핀 코팅하여 약 7,582Å의 두께를 갖는 제 2 SOG막을 형성하였다. 이 때 회전속도는 약 1,000rpm이었다. An SOG solution containing polysilazane was spin coated onto a semiconductor substrate to form a second SOG film having a thickness of about 7,582 kPa. At this time, the rotation speed was about 1,000 rpm.

상기 제 2 SOG막을 150℃에서 3분간 예비 베이킹한 후, FT-IR 방법(Fourier Transform InfraRed method)을 사용하여 SOG막의 광흡수도를 측정하였다. After the second SOG film was prebaked at 150 ° C. for 3 minutes, the absorbance of the SOG film was measured using the Fourier Transform InfraRed method.

도 4는 SOG막을 예비 베이킹한 후 측정한 광흡수도를 나타내는 FT-IR 차트이다. 도 4에서 도시된 바와 같이, 예비 베이킹 후, 광흡수도의 최고점들이 N-H, Si- H, Si-N, Si-H 등의 결합을 나타내는 여러 파수 영역에서 나타났다. 이 때, 응력계로 측정한 응력은 약 3.63 × 108(dyne/cm2)이었다. 4 is an FT-IR chart showing light absorbance measured after prebaking the SOG film. As shown in FIG. 4, after prebaking, the peaks of the light absorbance appeared in several waveguide regions indicating the bonding of NH, Si-H, Si-N, Si-H, and the like. At this time, the stress measured with the stress gauge was about 3.63 × 10 8 (dyne / cm 2 ).

또한, 상기 SOG막을 예비 베이킹 한후, 다시 700℃의 온도에서 30분간 주 베이킹하여 실리콘 산화막으로 전환시켰다. 도 5는 SOG막을 주 베이킹한 후 측정한, 파수 및 중량 평균 분자량에 따른 실리콘 산화막의 광흡수도를 나타내는 FT-IR 챠트이다. 도 5를 참조하면, 오직 Si-O 결합과 대응하는 파수 영역들의 최고점들은 주 베이킹 후에 남아있었다. 이때, 응력은 -1.22×108(dyne/cm2)이었다. 도 5로부터, 모든 SOG막의 Si-N결합이 Si-O 결합으로 치환되었음을 알 수 있으며 이로써, 스핀온글래스막이 완전히 실리콘 산화막으로 전환되었음을 확인할 수 있었다.In addition, the SOG film was prebaked, and then main baked at a temperature of 700 ° C. for 30 minutes to convert the silicon oxide film. FIG. 5 is an FT-IR chart showing light absorption of silicon oxide film according to wave number and weight average molecular weight, measured after main baking of SOG film. Referring to FIG. 5, only the peaks of the Si-O bond and the corresponding waveguide regions remained after the main baking. At this time, the stress was -1.22 × 10 8 (dyne / cm 2 ). From FIG. 5, it can be seen that the Si—N bonds of all the SOG films were substituted with the Si—O bonds, thereby confirming that the spin-on glass film was completely converted to the silicon oxide film.

또한, 약 5:1 내지 10:1의 어스펙트비를 가지며, 약 0.04 내지 1μm의 갭을 갖는 다수의 배선 패턴을 가지는 반도체 기판 표면에 형성된 실리콘 산화막에서는 어떠한 보이드도 발견되지 않았다.Further, no voids were found in the silicon oxide film formed on the surface of the semiconductor substrate having an aspect ratio of about 5: 1 to 10: 1 and having a plurality of wiring patterns having a gap of about 0.04 to 1 μm.

실리콘 산화막의 식각율 측정Etch Rate Measurement of Silicon Oxide

A. SOG 조성물을 사용한 실리콘 산화막의 형성A. Formation of Silicon Oxide Film Using SOG Composition

SOG 용액을 베어(bare) 웨이퍼 상에 도포하여 SOG막을 형성하였다. 상기 SOG 용액은 스핀코팅방법에 의해 도포하였고, 회전속도는 1,000rpm이었다. 상기 SOG막은 약 7,500 내지 8,200Å의 두께를 갖도록 형성하였다. 다음에, 상기 SOG막을 약 150℃의 온도에서 3분간 예비 베이킹을 한 후, 약 700℃의 온도에서, 약 30분 동안 주 베이킹을 하였다. 이 때 주 베이킹은 약 1.2 내지 86 중량%의 수분 함량을 갖는 수증기 분위기에서 실시하였다. 상기 경화과정을 통하여 SOG막의 Si-N 결합은 Si-O 결합으로 치환되며, 상기 SOG막은 실리콘 산화막으로 전환되었다. 이 때 형성된 실리콘 산화막의 두께는 약 6,400Å이었다. The SOG solution was applied onto a bare wafer to form an SOG film. The SOG solution was applied by a spin coating method, the rotation speed was 1,000rpm. The SOG film was formed to have a thickness of about 7,500 to 8,200 Å. Next, the SOG film was prebaked at a temperature of about 150 ° C. for 3 minutes, and then main baked at a temperature of about 700 ° C. for about 30 minutes. At this time the main baking was carried out in a steam atmosphere having a moisture content of about 1.2 to 86% by weight. Through the curing process, the Si—N bond of the SOG film is replaced with a Si—O bond, and the SOG film is converted into a silicon oxide film. The silicon oxide film formed at this time was about 6,400 kPa.

B. CVD 방법에 의한 산화막의 형성B. Formation of Oxide Film by CVD Method

소스 가스로서 실란가스와 산소를, 캐리어 가스로서 아르곤 가스를 사용하여 베어 웨이퍼 상에 고밀도 플라즈마 CVD-산화막을 형성하였다. 이 때 형성된 CVD-산화막의 두께는 약 6,000Å이었다. A high density plasma CVD-oxide film was formed on the bare wafer using silane gas and oxygen as the source gas and argon gas as the carrier gas. The thickness of the CVD oxide film formed at this time was about 6,000 Pa.

C. 습식 식각율 측정C. Wet Etch Rate Measurement

본 발명에 따라 형성된 실리콘 산화막과 CVD 방법에 따른 CVD-산화막을 각각 식각하였다. 각각의 습식 식각 공정은 일정한 시간 동안 동일한 식각액을 사용하여 수행하였으며, 일정한 시간 간격을 두고 식각율을 조사하였다. 이에 따른 결과는 도 6a 내지 6f에 나타내었다.The silicon oxide film formed according to the present invention and the CVD oxide film according to the CVD method were etched, respectively. Each wet etching process was performed using the same etchant for a certain time, and the etching rate was examined at regular time intervals. The results are shown in Figures 6a to 6f.

도 6a는 본 발명에 따라 형성된 산화막과 CVD 방법에 따른 산화막의 식각율을 1분 간격으로 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 습식 식각은 불화 암모늄을 포함한 완충 식각 용액(buffer etching solution)을 증류수에 희석하여 얻어진 용액(NH4F and HF diluted in distilled water)을 사용하여 실온(25℃)에서 수행하였 다. Figure 6a is a graph showing the results of measuring the etching rate of the oxide film formed according to the present invention and the oxide film according to the CVD method at 1 minute intervals. Wet etching was performed at room temperature (25 ° C.) using a solution obtained by diluting a buffer etching solution containing ammonium fluoride in distilled water (NH 4 F and HF diluted in distilled water).

도 6b는 본 발명에 따라 형성된 산화막과 CVD 방법에 따른 산화막의 식각율을 1분 간격으로 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 습식 식각은 불산을 희석시킨 수용액(증류수:불산(HF) = 100:1)을 사용하여 실온(25℃)에서 수행하였다.6B is a graph showing the results of measuring the etching rate of the oxide film formed according to the present invention and the oxide film according to the CVD method at 1 minute intervals. Wet etching was performed at room temperature (25 ° C.) using an aqueous solution of dilute hydrofluoric acid (distilled water: hydrofluoric acid (HF) = 100: 1).

도 6c는 본 발명에 따라 형성된 산화막과 CVD 방법에 따른 산화막의 식각율을 10분 간격으로 조사한 결과를 나타내는 그래프이다. 습식 식각은 수산화 암모늄(NH4OH), 과산화수소(H2O2) 및 물(H2O)을 0.25:1:5의 비율로 혼합한 식각용액을 사용하여 70℃의 온도에서 수행하였다. 6C is a graph showing the results of irradiating the etch rate of the oxide film formed according to the present invention and the oxide film according to the CVD method at 10 minute intervals. Wet etching was performed at a temperature of 70 ° C. using an etching solution in which ammonium hydroxide (NH 4 OH), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and water (H 2 O) were mixed at a ratio of 0.25: 1: 5.

도 6d는 본 발명에 따라 형성된 산화막과 CVD 방법에 따른 산화막의 식각율을 10분 간격으로 조사한 결과를 나타내는 그래프이다. 습식 식각은 인산을 사용하여 165℃의 온도에서 수행하였다.Figure 6d is a graph showing the results of irradiating the etching rate of the oxide film formed according to the present invention and the oxide film according to the CVD method every 10 minutes. Wet etching was performed at 165 ° C. using phosphoric acid.

도 6e는 본 발명에 따라 형성된 산화막과 CVD 방법에 따른 산화막의 식각율을 10분 간격으로 조사한 결과를 나타내는 그래프이다. 습식 식각은 황산과 과산화수소를 약 6:1의 비율로 혼합한 식각 용액을 사용하여 130℃의 온도에서 수행하였다.Figure 6e is a graph showing the results of irradiating the etching rate of the oxide film formed according to the present invention and the oxide film according to the CVD method every 10 minutes. The wet etching was performed at a temperature of 130 ° C. using an etching solution in which sulfuric acid and hydrogen peroxide were mixed at a ratio of about 6: 1.

도 6f는 본 발명에 따라 형성된 산화막과 CVD 방법에 따른 산화막의 식각율을 10분 간격으로 조사한 결과를 나타내는 그래프이다. 습식 식각은 수산화 암모늄(NH4OH), 과산화수소(H2O2) 및 물(H2O)을 0.25:1:5의 비율로 혼합한 식각용액을 사용하여 50℃의 온도에서 수행하였다. Figure 6f is a graph showing the results of irradiating the etching rate of the oxide film formed according to the present invention and the oxide film according to the CVD method every 10 minutes. Wet etching was performed at a temperature of 50 ° C. using an etching solution in which ammonium hydroxide (NH 4 OH), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and water (H 2 O) were mixed at a ratio of 0.25: 1: 5.

D. 건식 식각율 조사D. Dry Etch Rate Survey

본 발명에 따라 형성된 산화막과 CVD 방법에 따라 형성된 산화막을 동일한 챔버 내로 도입하여 동일한 식각 가스를 사용하여 반복적으로 식각율을 조사하였다. 챔버 내의 압력은 30mTorr, 출력 전압은 1,700W로 조절하였다. 또한, 상기 식각 가스는 옥타플루오로펜텐(C5F8), 옥타풀루오로부텐(C4F8), 산소(O2) 및 아르곤(Ar)을 각각 8sccm, 4sccm, 6sccm 및 500sccm의 유속으로 사용하였으며 상기 식각율의 조사 결과는 도 6g에 그래프로서 나타내었다.The oxide film formed according to the present invention and the oxide film formed according to the CVD method were introduced into the same chamber, and the etching rate was repeatedly examined using the same etching gas. The pressure in the chamber was adjusted to 30 mTorr and the output voltage to 1,700 W. In addition, the etching gas is octafluoropentene (C 5 F 8 ), octafulurobutene (C 4 F 8 ), oxygen (O 2) and argon (Ar) flow rate of 8sccm, 4sccm, 6sccm and 500sccm, respectively It was used as a result of the investigation of the etching rate is shown in Figure 6g as a graph.

도 6a 내지 6g로부터, 본 발명에 따라 형성된 실리콘 산화막의 습식 식각율 및 건식 식각율은 통상의 CVD 방법에 의하여 형성된 실리콘 산화막의 습식 식각율 및 건식 식각율과 매우 유사함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 SOG막을 이용하여 형성된 층간 절연막이나 평탄화된 막은 통상적인 CVD-산화막과 유사한 특성을 가진다. 6A to 6G, it can be seen that the wet etching rate and the dry etching rate of the silicon oxide film formed according to the present invention are very similar to the wet etching rate and the dry etching rate of the silicon oxide film formed by a conventional CVD method. Therefore, the interlayer insulating film or planarized film formed using the SOG film according to the present invention has characteristics similar to those of the conventional CVD-oxide film.

본 발명자들의 반복된 실험을 통하여, 약 5:1 내지 10:1의 어스펙트비를 갖는 배선층과 약 0.04 내지 1μm의 갭을 갖는 반도체 기판 상에 본 발명에 따른 SOG 조성물을 사용하여 보이드가 없는 산화막을 형성할 수 있었다. 본 발명에 따라, SOG 조성물을 사용하여 256M DRAM에 요구되는 평탄도를 가지며 보이드가 없는 실리콘 산화막을 형성할 수 있다.Through repeated experiments by the present inventors, the void-free oxide film using the SOG composition according to the present invention on a semiconductor layer having an aspect ratio of about 5: 1 to 10: 1 and a gap of about 0.04 to 1 μm. Could form. According to the present invention, the SOG composition can be used to form a void-free silicon oxide film having the flatness required for 256M DRAM.

실시예 2Example 2

SOG 조성물의 제조Preparation of SOG Composition

중량 평균 분자량이 약 6,000 내지 8,000이고, 분자량 분포도가 약 3.0 내지 4.0인 퍼하이드로 폴리실라잔을 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 제조하였다. 상기 퍼하이드로 폴리실라잔을 크실렌(xylene)에 약 22 내지 25 중량%의 농도로 용해시켜서 SOG 조성물을 제조하였다. Perhydro polysilazane having a weight average molecular weight of about 6,000 to 8,000 and a molecular weight distribution of about 3.0 to 4.0 was prepared using the same method as in Example 1. The SOG composition was prepared by dissolving the perhydro polysilazane in xylene at a concentration of about 22-25 wt%.

셸로우 트렌치 소자 분리Shallow Trench Isolation

실시예 1에 따라 도 3에 도시된 필드 산화막을 형성하여 고집적 반도체 장치의 트렌치를 매립하는 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 트렌치의 내벽에 두꺼운 산화막이 형성된다.In the case of forming the field oxide film shown in FIG. 3 according to Embodiment 1 to fill the trench of the highly integrated semiconductor device, a thick oxide film is formed on the inner wall of the trench as shown in FIG. 1.

도 7a 내지 7g는 본 발명의 다른 실시예에 따른 셀로우 트렌치 소자 분리 방법을 설명하는 단면도들이다.7A to 7G are cross-sectional views illustrating a method of separating a trench trench device according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 7a를 참조하면, 실리콘을 포함하는 반도체 기판 상에 열산화 공정(thermal oxidation process)을 수행하여 약 100 내지 200Å의 두께를 갖는 패드 산화막(201)을 형성하였다. 이어서, 패드 산화막(201) 상에 저압 화학기상증착(LPCVD) 방법을 사용하여 약 100 내지 1,000Å의 두께를 갖는 질화물을 증착하여 연마 저지막(203)을 형성하였다. 상기 연마 저지막(203)은 후속의 CMP공정에서 연마를 저지하기 위해 형성하였다. Referring to FIG. 7A, a pad oxide layer 201 having a thickness of about 100 to about 200 kPa was formed by performing a thermal oxidation process on a semiconductor substrate including silicon. Subsequently, a nitride having a thickness of about 100 to 1,000 mW was deposited on the pad oxide film 201 using a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method to form an abrasive stop film 203. The polishing blocking film 203 was formed to prevent polishing in the subsequent CMP process.

다음에, LPCVD 방법을 사용하여 상기 연마 저지막(203)상에 약 500 내지 1,000Å의 두께를 갖는 고온 산화물 (high temperature oxide: HTO)을 증착하여 하드 마스크막(205)을 형성하였다. 실리콘 질산화물(SiON)을 LPCVD방법에 의해 하드 마스크막(205)상에 약 200 내지 800Å의 두께로 증착하여 반사 방지막(도시되지 않음)을 형성하였다. 상기 반사 방지막은 사진 식각 공정을 수행할 때에 산란광을 방지하며, 트렌치를 형성하는 후속 공정에서는 제거되었다.Next, a high temperature oxide (HTO) having a thickness of about 500 to 1,000 GPa was deposited on the polishing stopper film 203 using the LPCVD method to form a hard mask film 205. Silicon nitride oxide (SiON) was deposited on the hard mask film 205 with a thickness of about 200 to 800 Å by the LPCVD method to form an antireflection film (not shown). The anti-reflection film prevented scattered light when performing a photolithography process and was removed in a subsequent process of forming a trench.

도 7b를 참조하면, 반사 방지막과 하드 마스크막(205)을 사진 식각 공정에 의하여 건식 식각함으로써 액티브 패턴을 형성하기 위한 하드 마스크 패턴(206) 형성하였다. 이어서, 하드 마스크 패턴(206)을 식각 마스크로 사용하여 연마 저지막(203)과 패드 산화막(201)을 식각함으로서 식각 저지막 패턴(204)과 패드 산화막 패턴(202)을 형성하였다.Referring to FIG. 7B, a hard mask pattern 206 for forming an active pattern is formed by dry etching the anti-reflection film and the hard mask film 205 by a photolithography process. Subsequently, the abrasive stop layer 203 and the pad oxide layer 201 were etched using the hard mask pattern 206 as an etch mask to form the etch stop layer pattern 204 and the pad oxide layer pattern 202.

도 7c를 참조하면, 하드 마스크 패턴(206)을 사용하여 기판(200)의 노출 부분을 약 2,000 내지 5,000Å의 깊이로 식각하여 트렌치(210)를 형성하였다. 상기 트렌치(210)는 4,600Å의 깊이와 1,250Å의 폭을 갖는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 반사방지막을 제거하였으며, 상기 하드마스크 패턴(206)이 일정 두께를 가지도록 식각하였다. Referring to FIG. 7C, the trench 210 is formed by etching the exposed portion of the substrate 200 to a depth of about 2,000 to 5,000 microns using the hard mask pattern 206. The trench 210 preferably has a depth of 4,600Å and a width of 1,250Å. At this time, the anti-reflection film was removed, and the hard mask pattern 206 was etched to have a predetermined thickness.

도 7d를 참조하면, 트렌치 식각 공정 중에 고에너지 이온 주입에 의하여 반도체 기판(200)상에 발생한 실리콘 손상을 치유하기 위하여, 산화 분위기에서 트렌치(210)의 노출된 부분을 열처리하였다. 이어서, 노출된 실리콘과 산화제와의 산화 반응을 통하여 트렌치(210)의 저면과 측면을 포함한 트렌치(210) 내벽에 약 20 내지 300Å의 두께를 갖는 트렌치 내벽 산화막(212)을 형성하였다.Referring to FIG. 7D, an exposed portion of the trench 210 is heat-treated in an oxidizing atmosphere in order to cure silicon damage generated on the semiconductor substrate 200 by high energy ion implantation during the trench etching process. Subsequently, a trench inner wall oxide film 212 having a thickness of about 20 to about 300 kW was formed on the inner wall of the trench 210 including the bottom and side surfaces of the trench 210 through an oxidation reaction between the exposed silicon and the oxidant.

상기와 같이 트렌치 내벽 산화막(212)을 형성한 후, 상기 트렌치(210)를 SOG 조성물로 매립하여 약 6,000 내지 7,000Å의 두께를 갖는 SOG막(213)을 형성하였다.After forming the trench inner wall oxide film 212 as described above, the trench 210 was buried in an SOG composition to form an SOG film 213 having a thickness of about 6,000 to 7,000 kPa.

도 7e를 참조하면, 상기 SOG막(213)을 약 100 내지 500℃의 온도에서 약 1 내지 5분간 예비 베이킹한 후, 약 800 내지 900℃, 바람직하게는 약 850℃의 산화성 분위기에서 약 10 내지 120분간, 바람직하게는 약 60분간 다시 제 1 열처리 공정을 수행하여 SOG막(213)을 실리콘 산화막으로 전환시켰다. 이 때, 제 1 열처리 공정은 86 중랑%의 수분을 함유하는 수증기 분위기에서 수행하였다.Referring to FIG. 7E, the SOG film 213 is prebaked at a temperature of about 100 to 500 ° C. for about 1 to 5 minutes, and then about 10 to about 10 ° C. in an oxidizing atmosphere of about 800 to 900 ° C., preferably about 850 ° C. The SOG film 213 was converted into a silicon oxide film by performing a first heat treatment process again for 120 minutes, preferably about 60 minutes. At this time, the first heat treatment step was carried out in a steam atmosphere containing water of 86 mid-range.

이어서, 전환된 실리콘 산화물을 치밀하게 함으로써 실리콘 산화막(214)으로 전환시키기 위하여 제 2 열처리 공정을 수행하였다. 상기 제 2 열처리 공정은 산화성 분위기, 불활성 가스 분위기 또는 이들의 혼합 분위기에서 수행하며, 바람직하게는 질소 가스 분위기와 같은 불활성 가스 분위기에서 수행하였다. 또한 상기 제 2 열처리 공정은 약 900 내지 1,100℃, 바람직하게는 약 1,000℃의 온도에서 약 10 내지 120분, 바람직하게는 약 30분간 수행하였다.Subsequently, a second heat treatment process was performed to convert the converted silicon oxide into a silicon oxide film 214 by densifying the converted silicon oxide. The second heat treatment process is carried out in an oxidizing atmosphere, an inert gas atmosphere or a mixed atmosphere thereof, preferably in an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas atmosphere. In addition, the second heat treatment process was performed for about 10 to 120 minutes, preferably about 30 minutes at a temperature of about 900 to 1,100 ℃, preferably about 1,000 ℃.

도 7f를 참조하면, CMP 공정에 의해, 반도체 기판(200)상의 연마 저지막(204)이 노출될 때까지 상기 실리콘 산화막(214)을 연마하여, 상기 트렌치(210)의 내부를 실리콘 산화물(216)로 매립하였다. Referring to FIG. 7F, by the CMP process, the silicon oxide film 214 is polished until the polishing stopper film 204 on the semiconductor substrate 200 is exposed, so that the inside of the trench 210 is silicon oxide 216. ).

도 7g를 참조하면, 인산을 사용한 스트립 공정을 수행하여 연마 저지막 패턴(204)을 제거함으로써, 도 7g에 도시된 바와 같이 소자 분리를 완료하였다. Referring to FIG. 7G, a strip process using phosphoric acid was performed to remove the polishing stopper pattern 204, thereby completing device isolation as shown in FIG. 7G.

기판 산화물 형성 조사Substrate Oxide Formation Investigation

실험예 1Experimental Example 1

실시예 1과 동일한 방법으로 블랭킷 웨이퍼(blanket wafer) 상에 SOG막을 형성한 후, 예비 베이킹 공정과 주 베이킹 공정을 수행하였다. After the SOG film was formed on the blanket wafer in the same manner as in Example 1, a preliminary baking process and a main baking process were performed.

실험예 2Experimental Example 2

실시예 2와 동일한 방법으로 블랭킷 웨이퍼에 SOG막을 형성한 후, 예비 베이킹 공정과 850℃의 수증기 분위기에서 1시간 동안의 제 1 열처리 공정 및 1,000℃의 산소 분위기에서 30분 동안의 제 2 열처리 공정을 수행하여 실리콘 산화막을 형성하였다.After the SOG film was formed on the blanket wafer in the same manner as in Example 2, a pre-baking process, a first heat treatment process for 1 hour in a steam atmosphere at 850 ° C., and a second heat treatment process for 30 minutes in an oxygen atmosphere at 1,000 ° C. were performed. To form a silicon oxide film.

실험예 3Experimental Example 3

제 2 열처리 공정이 질소 가스 분위기에서 수행된 것을 제외하고는 상기 실험예 2와 동일한 방법으로 실리콘 산화막을 형성하였다.A silicon oxide film was formed in the same manner as in Experiment 2 except that the second heat treatment process was performed in a nitrogen gas atmosphere.

실험예 4Experimental Example 4

제 2 열처리 공정이 1,050℃에서 수행된 것을 제외하고는 상기 실험예 2와 동일한 방법으로 실리콘 산화막을 형성하였다.A silicon oxide film was formed in the same manner as in Experiment 2, except that the second heat treatment process was performed at 1,050 ° C.

실험예 5Experimental Example 5

제 1 열처리 공정이 900℃에서 수행된 것을 제외하고는 상기 실험예 2와 동일한 방법으로 실리콘 산화막을 형성하였다.A silicon oxide film was formed in the same manner as Experimental Example 2, except that the first heat treatment process was performed at 900 ° C.

기판 표면의 산화 상태 조사Investigate the oxidation state of the substrate surface

실험예 1 내지 5에 따라 베이킹 공정이 수행된 웨이퍼에 있어서, 기판 표면의 Si-O 결합의 스트레칭 피크(stretching peak)에 관한 FT-IR 분석이 수행되었다. In the wafers subjected to the baking process according to Experimental Examples 1 to 5, FT-IR analysis of stretching peaks of Si—O bonds on the substrate surface was performed.

도 8은 본 발명에 따라 기판의 액티브 영역에 형성된 실리콘 산화물에 대하여 FT-IR 분석을 수행하여 얻어진 정규화된 광흡수도의 세기를 나타내는 막대 그래프이다. 도 8로부터, 실험예 2 내지 5에서와 같이 두 단계의 열처리 공정을 수행하여 얻어진 실리콘 산화막이 실험예 1에서와 같이 한 단계의 열처리 공정을 통하여 얻어진 실리콘 산화막에 비하여 보다 많은 양의 산화물을 포함하고 있음을 확인할 수 있다. 또한, 실험예 2 내지 5에 의하여 기판으로부터 형성된 산화물 중에서 실험예 3에 의해 형성된 산화물의 양이 제일 작은 것도 확인할 수 있다. 8 is a bar graph showing the intensity of normalized light absorbance obtained by performing FT-IR analysis on silicon oxide formed in the active region of the substrate according to the present invention. From FIG. 8, the silicon oxide film obtained by performing the two-step heat treatment process as in Experimental Examples 2 to 5 contains more oxides than the silicon oxide film obtained through the one-step heat treatment process as in Experimental Example 1 It can be confirmed. In addition, it can also be confirmed that the amount of the oxide formed by Experimental Example 3 is smallest among the oxides formed from the substrates of Experimental Examples 2 to 5.

습식 식각율과 식각 균일도의 조사Investigation of wet etching rate and etching uniformity

실험예 2 내지 4에 의하여 상기 SOG 조성물을 전환시켜 형성된 실리콘 산화막과 고밀도 플라즈마 화학기상증착 방법(HDP-CVD)에 의하여 형성된 실리콘 산화막의 식각 용액의 종류에 따른 식각율을 조사하였다. 습식 식각은 동일한 식각 용액을 사용하여 일정한 시간 동안 수행하였고, 식각율은 일정한 시간 간격으로 조사하였다. 상기 식각 용액으로는 SC-1용액(암모니아, 과산화수소 및 탈 이온수의 혼합 물), LAL용액(불화 암모늄 및 불화 수소의 혼합물) 및 인산용액이 사용되었다. 그 결과는 도 9에 그래프로서 도시되어 있으며, 도 9에 있어서 세로축은 식각율을 나타내고, 가로축은 식각 용액과 식각된 산화물의 종류를 나타낸다.According to Experimental Examples 2 to 4, the etching rates of the silicon oxide film formed by converting the SOG composition and the silicon oxide film formed by the high density plasma chemical vapor deposition method (HDP-CVD) were examined. Wet etching was performed for a certain time using the same etching solution, the etching rate was investigated at regular time intervals. SC-1 solution (a mixture of ammonia, hydrogen peroxide and deionized water), LAL solution (mixture of ammonium fluoride and hydrogen fluoride) and phosphoric acid solution were used as the etching solution. The results are shown graphically in FIG. 9, in which the vertical axis represents the etching rate, and the horizontal axis represents the etching solution and the type of oxide etched.

도 9로부터, 실험예 2 내지 5로부터 형성된 실리콘 산화막은 실험예 1로부터 생성된 실리콘 산화막과 유사한 식각율을 갖는 것을 알 수 있다.9, it can be seen that the silicon oxide film formed from Experimental Examples 2 to 5 has an etching rate similar to that of the silicon oxide film produced from Experimental Example 1. FIG.

연마 테스트Polishing test

고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 방법에 의하여 형성된 실리콘 산화막과 실시예 2에 의하여(베이킹 공정은 실험예 3에 설명된 것과 같이 수행되었다) 형성된 실리콘 산화막을 사용하여 실시예 2에 설명된 것과 동일한 패턴을 갖는 반도체 기판의 트렌치를 매립한 후 화학적 기계적 연마 공정을 수행하였다. 상기 연마 공정은 연마 저지막이 노출될 때까지 수행하였으며, 연마의 균일성을 조사하기 위하여 산화막의 프로파일을 검사하였다. 그 결과는 도 10에 도시되어 있다. A semiconductor having the same pattern as described in Example 2 using a silicon oxide film formed by a high density plasma chemical vapor deposition method and a silicon oxide film formed by Example 2 (the baking process was performed as described in Experimental Example 3). After the trench of the substrate was buried, a chemical mechanical polishing process was performed. The polishing process was performed until the polishing stopper was exposed, and the profile of the oxide film was examined to investigate the uniformity of the polishing. The result is shown in FIG.

도 10에서, 그래프들은 각각 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 방법에 의하여 형성된 실리콘 산화막을 연마한 후의 결과와 실험예 3에 의하여 형성된 실리콘 산화막을 연마한 후의 결과를 나타낸다. 연마하는 동안, 슬러리 제조용과 동일한 이산화규소가 사용되었다. 도 10에서, 세로축은 연마를 마친 후의 연마도를 나타낸다(단위:Å). 이 때, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 방법에 의하여 형성된 실리콘 산화막에 대하여는 약 180 내지 200초, 실험예 3에 의하여 형성된 실리콘 산화막에 대하여는 약 100초간 연마 공정을 수행하였다. 도 10에서 도시된 바와 같이, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 방법에 의하여 형성된 실리콘 산화막의 연마량은 약 300 내지 500Å이었던 반면, 실험예 3에 의하여 형성된 실리콘 산화막의 연마량은 약 100 내지 200Å이었다.In Fig. 10, the graphs show the results after polishing the silicon oxide film formed by the high density plasma chemical vapor deposition method and the silicon oxide film formed by the experimental example 3, respectively. During polishing, the same silicon dioxide was used as for slurry preparation. In FIG. 10, the vertical axis shows the degree of polishing after polishing (unit: kPa). At this time, the polishing process was performed for about 180 to 200 seconds for the silicon oxide film formed by the high density plasma chemical vapor deposition method, and about 100 seconds for the silicon oxide film formed by Experimental Example 3. As shown in FIG. 10, the polishing amount of the silicon oxide film formed by the high density plasma chemical vapor deposition method was about 300 to 500 kPa, while the polishing amount of the silicon oxide film formed by Experimental Example 3 was about 100 to 200 kPa.

도 10으로부터, 실시예 2에 의하여 형성된 실리콘 산화막의 연마 균일성이 통상적인 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 방법에 의하여 형성된 실리콘 산화막의 연마 균일성보다 약 두 배 가량 우수하다는 것과, 실시예 2에 의하여 형성된 실리콘 산화막의 연마시간이 통상적인 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 방법에 의하여 형성된 실리콘 산화막의 연마시간의 약 반 정도 임을 확인할 수 있다.10, the polishing uniformity of the silicon oxide film formed by Example 2 is about twice as good as the polishing uniformity of the silicon oxide film formed by the conventional high density plasma chemical vapor deposition method, and the silicon formed by Example 2 It can be seen that the polishing time of the oxide film is about half of the polishing time of the silicon oxide film formed by the conventional high density plasma chemical vapor deposition method.

또한, 실시예 2에 의하여 형성된 실리콘 산화막은 보이드를 갖지 않고 우수한 갭 필링 특성을 가지는 반면, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 방법에 의하여 형성된 산화막은 트렌치 부분에 많은 보이드를 가지고 있었다. 게다가 액티브 영역의 실리콘은 산화되지 않았고, 트렌치의 바닥 부분에 산화막이 치밀하게 형성되어 있어 우수한 산화막 특성을 가지고 있었다.In addition, the silicon oxide film formed by Example 2 had no voids and had excellent gap filling characteristics, whereas the oxide film formed by the high density plasma chemical vapor deposition method had many voids in the trench portion. In addition, silicon in the active region was not oxidized, and an oxide film was densely formed at the bottom of the trench, and thus had excellent oxide film characteristics.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 SOG 조성물을 사용하여 산화막을 형성하는 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 11을 참조하면, 단계 S100에서, 기판 상에 SOG 조성물을 도포하여 SOG막을 형성한 후, 단계 S210과 S220에서 SOG막을 경화시킴으로써 산화막을 형성할 수 있다.11 is a flowchart illustrating a method of forming an oxide film using an SOG composition according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 11, in step S100, an SOG film is formed by applying an SOG composition on a substrate, and then an oxide film may be formed by curing the SOG film in steps S210 and S220.

단계 S100에서, 단차부를 갖는 반도체 기판 상에 SOG 조성물을 도포함으로써, 기판 상에 평탄한 표면을 갖는 SOG막을 형성할 수 있다. 상기 단차부는 기판상에 형성된 적어도 두개의 도전성 패턴에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들어 상기 전도성 패턴은 게이트 전극 패턴 및/또는 비트라인 패턴과 같은 금속 도전성 배선 패턴을 포함할 수 있다.In step S100, by applying the SOG composition on the semiconductor substrate having the stepped portion, an SOG film having a flat surface can be formed on the substrate. The stepped portion may be formed by at least two conductive patterns formed on the substrate. For example, the conductive pattern may include a metal conductive wiring pattern such as a gate electrode pattern and / or a bit line pattern.

단계 S210 및 S220에서, SOG막을 경화시켜 상기 SOG막을 평탄한 실리콘 산화막으로 전환시킨다. 상기 경화공정은 에비 베이킹 공정과 주 베이킹 공정으로 수행할 수 있다. 예비 베이킹 공정(단계 S210)은 약 100 내지 500℃의 온도에서 수행할 수 있는 반면, 주 베이킹 공정(단계 S220)은 약 400 내지 1,200℃의 온도에서 수행할 수 있다. In steps S210 and S220, the SOG film is cured to convert the SOG film into a flat silicon oxide film. The curing process may be performed by an evi baking process and a main baking process. The preliminary baking process (step S210) may be performed at a temperature of about 100 to 500 ° C, while the main baking process (step S220) may be performed at a temperature of about 400 to 1,200 ° C.

만약, 상기 예비 베이킹 공정(단계 S210)이 약 100℃보다 낮은 온도에서 수행되는 경우, 유기 용매가 실리콘 산화막 내에 잔류할 수 있다. 약 500℃ 이상의 온도에서 수행되는 경우, 후속의 주 베이킹 공정에서 퍼하이드로 폴리실라잔이 실리콘 산화물로 완전히 전환되지 않을 수 있고, SOG막의 표면 부분이 실리콘 산화물로 급속히 전환되어, 크랙이 발생함으로써 이로 인하여 실리콘 산화막의 불균일을 초래할 수 있다.If the preliminary baking process (step S210) is performed at a temperature lower than about 100 ° C., an organic solvent may remain in the silicon oxide film. When performed at temperatures above about 500 ° C., the perhydropolysilazane may not be fully converted to silicon oxide in the subsequent main baking process, and the surface portion of the SOG film is rapidly converted to silicon oxide, resulting in cracking Unevenness of the silicon oxide film may be caused.

만약, 예비 베이킹 공정(S210)을 1분 이내로 수행하면, 유기 용매가 막 내에 잔류할 수 있고, 5분을 초과하여 수행하면 유기 용매가 완전히 제거되더라도, 퍼하이드로 폴리실라잔을 포함하는 SOG막의 표면에서 실리콘 산화물로의 부분적인 전환이 발생하여 그 결과 부분적으로 크랙이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 예비 베이킹 공정은 약 100 내지 500℃, 바람직하게는 약 100 내지 400℃의 온도 하에서 약 1 내지 5분, 바람직하게는 약 2 내지 3분간 수행한다.If the pre-baking process (S210) is performed within 1 minute, the organic solvent may remain in the film, and if it is performed for more than 5 minutes, even if the organic solvent is completely removed, the surface of the SOG film containing perhydro polysilazane Conversion to silicon oxide may occur, resulting in partial cracking. Thus, the preliminary baking process is carried out at a temperature of about 100 to 500 ° C., preferably about 100 to 400 ° C. for about 1 to 5 minutes, preferably about 2 to 3 minutes.

상기 예비 베이킹 공정(단계 S210)은 산소 분위기나, 수증기 분위기, 산소와 수증기의 혼합 분위기, 질소 분위기, 또는 진공 분위기에서 수행할 수 있으며, 바람직하게는 수증기 분위기에서 수행한다.The preliminary baking process (step S210) may be performed in an oxygen atmosphere, a steam atmosphere, a mixed atmosphere of oxygen and water vapor, a nitrogen atmosphere, or a vacuum atmosphere, preferably in a steam atmosphere.

상기 주 베이킹 공정(단계 S220)은 예비 베이킹 공정(단계 S210)에 비하여 고온에서 장시간 수행하는 것이 바람직하다. 퍼하이드로 폴리실라잔계의 SOG는 기본 골격은 Si-N 결합을 포함하고, 이러한 Si-N 결합은 산소 및 물을 포함한 분위기에서 베이킹하면 Si-O 결합으로 치환된다. SOG 조성물을 사용하는 통상적인 방법에 따르면, 일반적으로 모든 Si-N 결합이 Si-O 결합으로 치환되지는 않는다. 그렇지만 본 발명의 실시예에 따른 퍼하이드로 폴리실라잔을 포함하는 SOG 용액을 사용하여 코팅함으로써 SOG막을 형성하고, 이어서 경화 공정을 수행하는 경우에는 어떠한 Si-N 결합도 남아 있지 않게 된다.The main baking process (step S220) is preferably performed for a long time at a high temperature as compared to the preliminary baking process (step S210). The SOG of the perhydro polysilazane-based basic skeleton contains Si-N bonds, and these Si-N bonds are substituted with Si-O bonds when baked in an atmosphere containing oxygen and water. According to conventional methods using SOG compositions, not all Si-N bonds are generally substituted with Si-O bonds. However, when the SOG film is formed by coating with an SOG solution containing perhydro polysilazane according to an embodiment of the present invention, and then performing a curing process, no Si—N bond remains.

바람직하게, 주 베이킹 공정(단계 S220)은 약 400 내지 1,200℃의 온도에서 수행한다. 만약 주 베이킹의 온도가 약 400℃ 미만인 경우에는 일부의 Si-N 결합이 잔류하여 산화막의 특성에 악영향을 미칠 염려가 있어서 바람직하지 않고, 주 베이킹의 온도가 약 1,200℃보다 높은 경우에는, 생성되는 실리콘 산화막의 평탄도가 저하되거나 크랙이 발생하여 바람직하지 않다. 따라서, 주 베이킹(단계 S220)은 약 400 내지 1,200℃, 바람직하게는 약 400 내지 1,000℃의 온도에서 수행한다. Preferably, the main baking process (step S220) is carried out at a temperature of about 400 to 1,200 ℃. If the temperature of the main baking is less than about 400 ° C., some Si—N bonds may remain and adversely affect the characteristics of the oxide film, which is not preferable. If the temperature of the main baking is higher than about 1,200 ° C., The flatness of the silicon oxide film is lowered or cracks are not preferable. Therefore, the main baking (step S220) is carried out at a temperature of about 400 to 1,200 ℃, preferably about 400 to 1,000 ℃.

또한 주 베이킹 공정(단계 S220)은 약 10 내지 180분간, 바람직하게는 약 30 내지 120분간 수행한다. 만약 주 베이킹 공정(단계 S220)의 수행시간이 약 10분보다 짧은 경우에는 SOG막의 실리콘 산화막으로의 전환이 불충분하여서 바람직하지 않고, 약 180분을 초과하는 경우에는 생성되는 실리콘 산화막의 응력이 증가하여 바람직하지 않다.In addition, the main baking process (step S220) is performed for about 10 to 180 minutes, preferably about 30 to 120 minutes. If the execution time of the main baking process (step S220) is shorter than about 10 minutes, the conversion of the SOG film to the silicon oxide film is insufficient, and if it exceeds about 180 minutes, the stress of the resulting silicon oxide film is increased. Not desirable

주 베이킹 공정(단계 S220)은 Si-N 결합을 Si-O 결합으로 전환하는데 적합한 분위기인 산화성 분위기 및/또는 불활성 분위기에서 수행한다. 예를 들면, 산소 분위기, 수증기 분위기, 산소와 수증기의 혼합 분위기, 질소 분위기, 또는 진공 분위기에서 주 베이킹 공정(단계 S220)을 수행할 수 있다. 특히, 수증기 분위기에서 수행하는 것이 바람직하며, 이 때 수분의 함량은 약 1.2 내지 86 중량%로 유지하는 것이 바람직하다.The main baking process (step S220) is carried out in an oxidizing atmosphere and / or an inert atmosphere, which is an atmosphere suitable for converting Si-N bonds to Si-O bonds. For example, the main baking process (step S220) may be performed in an oxygen atmosphere, a steam atmosphere, a mixed atmosphere of oxygen and steam, a nitrogen atmosphere, or a vacuum atmosphere. In particular, it is preferable to carry out in a steam atmosphere, in which the moisture content is preferably maintained at about 1.2 to 86% by weight.

본 발명에 따른 방법에 의해 SOG 조성물을 이용하여 1회의 공정으로 두께가 약 1,000내지 10,000Å인 실리콘 산화막을 형성한다. 상기 실리콘 산화막이 상기와 같은 범위 내의 두께를 가질 때, 실리콘 산화막이 경제적으로 하부 구조물인 게이트 전극이나 금속 패턴과 같은 도전층을 충분하게 커버할 수 있게 된다. 또한, 상기 SOG 조성물을 도포하기 전에 도전층 패턴의 상면 및 측면에 식각 저지막으로서 약 200 내지 600Å의 두께를 갖는 실리콘 질화막을 형성할 수도 있다.By the method according to the present invention, a silicon oxide film having a thickness of about 1,000 to 10,000 Å is formed in one step using the SOG composition. When the silicon oxide film has a thickness within the above range, the silicon oxide film can economically cover a conductive layer such as a gate electrode or a metal pattern, which is an underlying structure. In addition, a silicon nitride film having a thickness of about 200 to 600 kPa may be formed on the upper and side surfaces of the conductive layer pattern before applying the SOG composition.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 주 베이킹 공정(수증기 함량이 80 중량% 인 경우)의 온도에 따른 FT-IR 결과를 도시한 그래프도이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 퍼하이드로 폴리실라잔의 모든 결합이 효과적으로 Si-O 결합으로 치환되었음을 확인할 수 있다. 12 is a graph showing the FT-IR results according to the temperature of the main baking process (when the water content is 80% by weight) according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12, it can be seen that all the bonds of the perhydro polysilazane are effectively substituted with Si—O bonds.

도 13은 본 발명의 일실시예에 의한 주 베이킹 공정(수증기 함량이 10 중량% 이하인 경우)의 온도에 따른 FT-IR 결과를 도시한 그래프도이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 수분 함량이 10 중량% 이하인 수분이 포함된 분위기에서 주 베이킹 공 정을 수행하는 경우, 주 베이킹의 온도가 증가할수록 Si-O결합은 보다 효과적으로 치환됨을 확인할 수 있다. 주 베이킹 공정은 질소와 같은 불활성 분위기속에 존재하는 산소와 수증기의 혼합 분위기에서 수행할 수 있다. Si-N 결합, Si-H 결합, N-H 결합은 수증기 분위기에서 모두 Si-O 결합으로 치환된다. 수증기 분위기에서 수분의 함량은 약 1.2 내지 86 중량%이며 주 베이킹의 온도가 낮아질수록 더 많은 수분이 필요하게 된다.13 is a graph showing the FT-IR results according to the temperature of the main baking process (when the water content is 10% by weight or less) according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 13, when the main baking process is performed in an atmosphere containing water having a moisture content of 10 wt% or less, it may be confirmed that the Si—O bond is more effectively substituted as the temperature of the main baking increases. The main baking process can be carried out in a mixed atmosphere of oxygen and water vapor present in an inert atmosphere such as nitrogen. Si-N bond, Si-H bond, and N-H bond are all substituted by Si-O bond in a steam atmosphere. The moisture content in the steam atmosphere is about 1.2 to 86% by weight, and the lower the temperature of the main baking, the more moisture is required.

도 14는 본 발명의 일실시예에 의한 주 베이킹에 따른 FT-IR결과를 나타내는 그래프도이다. 도 14에서와 같이, 주 베이킹 공정을 수증기 분위기에서 수행하는 경우, 질소 분위기에서 수행하는 경우에 비하여 Si-N 결합, Si-H 결합, N-H 결합이 보다 효과적으로 Si-O 결합으로 치환됨을 확인할 수 있다.14 is a graph showing the FT-IR results according to the main baking according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 14, when the main baking process is performed in a steam atmosphere, it can be seen that the Si-N bond, the Si-H bond, and the NH bond are more effectively substituted with the Si-O bond than in the case of the nitrogen atmosphere. .

실시예 3Example 3

스핀온글래스 조성물의 제조Preparation of Spin-on Glass Composition

시판중인 퍼하이드로 폴리실라잔을 분별시켜서 중량 평균 분자량이 약 3,000 내지 6,000인 퍼하이드로 폴리실라잔을 수득하였다. 퍼하이드로 폴리실라잔의 분자량 분포도는 약 2.5 내지 3.5였다. 제조된 상기 퍼하이드로 폴리실라잔을 크실렌에 약 20 내지 30 중량%의 농도로 용해시켜서 SOG 조성물을 제조하였다. SOG 조성물은 하지막인 실리콘 질화막에 대한 접촉각을 측정한 결과 4° 이하의 접촉각을 나타냈다.Commercially available perhydro polysilazane was fractionated to obtain a perhydro polysilazane having a weight average molecular weight of about 3,000 to 6,000. The molecular weight distribution of the perhydro polysilazane was about 2.5 to 3.5. The SOG composition was prepared by dissolving the prepared perhydro polysilazane in xylene at a concentration of about 20 to 30% by weight. The SOG composition showed a contact angle of 4 degrees or less as a result of measuring the contact angle with respect to the silicon nitride film which is an underlayer.

제조된 SOG 조성물의 점도를 다양한 전단속도에 따라 측정하였다. 이 경우, SOG 조성물은 약 1.54 내지 1.70cP의 범위내에서 일정한 점도를 나타냈다.The viscosity of the prepared SOG composition was measured at various shear rates. In this case, the SOG composition showed a constant viscosity within the range of about 1.54-1.70 cP.

실시예 4Example 4

SOG 조성물의 제조Preparation of SOG Composition

분별법(fractionation)에 의해 중량 평균 분자량이 3,000인 퍼하이드로 폴리실라잔을 수득하였다. 수득한 퍼하이드로 폴리실라잔의 분자량 분포도는 2.8이었다. 이는 하기 표 1 및 도 15에 정리하였다. 준비된 상기 퍼하이드로 폴리실라잔을 디부틸에테르에 22.6 중량%의 농도로 용해시켜서 SOG 조성물을 제조하였다. 제조된 SOG 조성물의 점도 및 고형분 농도는 하기 표 1, 도 15, 도 16 및 도17에 나타냈다.Fractionation gave a perhydro polysilazane having a weight average molecular weight of 3,000. The molecular weight distribution of the obtained perhydro polysilazane was 2.8. This is summarized in Table 1 below and FIG. 15. The SOG composition was prepared by dissolving the prepared perhydro polysilazane in a concentration of 22.6 wt% in dibutyl ether. The viscosity and solids concentration of the prepared SOG composition are shown in Table 1, Figure 15, Figure 16 and Figure 17.

도 15는 본 발명의 일실시예에 의한 중량 평균 분자량(Mw)에 따른 SOG 조성물의 분자량 분포를 도시한 그래프도이다. 도 16은 본 발명의 일실시예에 의한 중량 평균 분자량(Mw)에 따른 SOG조성물의 점도를 도시한 그래프도이다. 도 17은 본 발명의 일실시예에 의한 중랑 평균 분자량(Mw)에 따른 SOG 조성물의 고형분의 농도(중량%)를 도시한 그래프도이다. 또한, 수득한 SOG 조성물은 하지막인 실리콘 질화막에 대하여 4° 이하의 접촉각을 나타냈다.15 is a graph showing the molecular weight distribution of the SOG composition according to the weight average molecular weight (Mw) according to an embodiment of the present invention. 16 is a graph showing the viscosity of the SOG composition according to the weight average molecular weight (Mw) according to an embodiment of the present invention. 17 is a graph showing the concentration (wt%) of the solid content of the SOG composition according to the middle average molecular weight (Mw) according to an embodiment of the present invention. Moreover, the obtained SOG composition showed the contact angle of 4 degrees or less with respect to the silicon nitride film | membrane which is a base film.

실시예 5 내지 7Examples 5-7

SOG 조성물의 제조Preparation of SOG Composition

SOG 조성물은 중량 평균 분자량을 변화시키는 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법에 의하여 제조한다. 각 실시예에 의하면 중량 평균 분자량이 3500(실시예 5), 4500(실시예 6) 및 5500(실시예 7)인 퍼하이드로 폴리실라잔이 사용된다. 각 실시예에 의한 SOG 조성물의 점도 및 고형분의 농도는 하기 표 1, 도 15, 도 16 및 도 17에 나타낸다.The SOG composition was prepared in the same manner as in Example 4 except for changing the weight average molecular weight. According to each example, perhydro polysilazane having a weight average molecular weight of 3500 (Example 5), 4500 (Example 6) and 5500 (Example 7) is used. The viscosity and solid content concentration of the SOG composition according to each example are shown in Tables 1, 15, 16, and 17 below.

비교예 1Comparative Example 1

SOG 조성물의 제조Preparation of SOG Composition

중량 평균 분자량이 8,000인 퍼하이드로 폴리실라잔을 사용하는 것을 제왜하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 SOG 조성물을 제조하였다. 비교예 1에 의한 SOG 조성물의 점도와 고형분의 농도는 하기 표 1, 도 15, 도 16 및 도 17에 나타냈다. The SOG composition was prepared in the same manner as in Example 4, except using perhydro polysilazane having a weight average molecular weight of 8,000. The viscosity of the SOG composition according to Comparative Example 1 and the concentrations of solids are shown in Tables 1, 15, 16, and 17 below.

실시예 4Example 4 실시예 5Example 5 실시예 6Example 6 실시예 7Example 7 비교예 1Comparative Example 1 분자량 분포도Molecular weight distribution 2.82.8 2.922.92 3.173.17 3.383.38 3.923.92 점도(mPa.s)Viscosity (mPa.s) 1.541.54 1.551.55 1.591.59 1.661.66 1.781.78 고형분의 함량(중량%)Solid content (% by weight) 22.622.6 22.622.6 21.621.6 21.821.8 21.121.1

실시예 8Example 8

산화막의 형성Formation of oxide film

도 18a 내지 18k는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 제조 공정에서 산화막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 18a를 참조하면, 실리콘(Si)과 같은 반도체 물질로 이루어진 p형 기판(10)을 준비하였다. 상기 기판(10)의 상부에 소자 분리 영역을 에칭하여 트렌치(12)를 형성하였다. 이 때 상 기 트렌치(12)의 깊이는 4,600Å이고, 폭은 1,250Å이었다. 상기 트렌치(12)가 형성된 기판(10)상에 중량 평균 분자량이 약 3,000 내지 6,000(예를 들어 3,000)인 퍼하이드로 폴리실라잔을 포함하는 SOG 용액을 약 6,000 내지 7,000Å(예를 들어 6,000Å)의 두께로 도포하여 제 1 SOG막(13)을 형성하였다.18A to 18K are cross-sectional views illustrating a method of forming an oxide film in a semiconductor manufacturing process according to another exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 18A, a p-type substrate 10 made of a semiconductor material such as silicon (Si) is prepared. The trench 12 is formed by etching the device isolation region on the substrate 10. At this time, the trench 12 had a depth of 4600 mm and a width of 1250 mm. The SOG solution containing perhydro polysilazane having a weight average molecular weight of about 3,000 to 6,000 (for example, 3,000) on the substrate 10 having the trench 12 is about 6,000 to 7,000 (for example, 6,000 Å). Was applied to form a first SOG film 13.

도 18b를 참조하면, 상기 제 1 SOG막(13)을 약 100 내지 500℃(예를 들어 300℃)에서 1 내지 5분간 핫 플레이트에서 예비 베이킹 공정을 수행한 후, 약 900 내지 1,000℃(예를 들어 약 950℃)의 온도에서 30분간 주 베이킹 공정을 수행하여 제 1 실리콘 산화막(13a)으로 전환시켰다. 이 때, 베이킹 공정은 수분이 약 86 중량% 함유된 수증기 분위기에서 수행하였다. Referring to FIG. 18B, after performing the preliminary baking process on the first SOG film 13 at about 100 to 500 ° C. (for example, 300 ° C.) for 1 to 5 minutes on a hot plate, about 900 to 1,000 ° C. (Example For example, a main baking process was performed at a temperature of about 950 ° C. for 30 minutes to convert the first silicon oxide film 13a. At this time, the baking process was carried out in a steam atmosphere containing about 86% by weight of moisture.

도 18c를 참조하면, 수득한 제 1 실리콘 산화막(13a)을 화학적 기계적 연마 방법(CMP)에 의해 반도체 기판(10)의 상부 표면이 노출될 때가지 연마하여, 도시한 바와 같이, 상기 트렌치(12)의 내부를 실리콘 산화물(14)로 매립된 소자 분리 영역을 형성하였다.Referring to FIG. 18C, the obtained first silicon oxide film 13a is polished until the upper surface of the semiconductor substrate 10 is exposed by the chemical mechanical polishing method (CMP), and as shown, the trench 12 ) To form an isolation region in which silicon oxide 14 is embedded.

도 18d를 참조하면, 메모리셀 을 형성할 영역(셀 어레이 영역)의 반도체 기판(10)에 n형 불순물, 예를 들면 인(P)을 주입하여 n형 반도체 영역(20)을 형성하고, 셀 어레이 영역과 주변 회로 영역의 일부에 p형 불순물, 예를 들면 붕소(B)를 이온 주입하여 p형 웰(30)을 형성하고, 주변 회로 영역의 나머지 일부에 n형 불순물, 예를 들면 인(P)을 주입하여 n형 웰(40)을 형성하였다.Referring to FIG. 18D, an n-type impurity, for example, phosphorus (P) is implanted into a semiconductor substrate 10 in a region (cell array region) in which a memory cell is to be formed, thereby forming an n-type semiconductor region 20, and P-type impurities, such as boron (B), are ion-implanted into the array region and a portion of the peripheral circuit region to form the p-type well 30, and n-type impurities, such as phosphorus (P) in the remaining portion of the peripheral circuit region. P) was injected to form an n-type well 40.

다음에 문턱 전압을 조절하기 위한 불순물, 예를 들면 불화 붕소(BF2)를 p형 웰(30) 및 n형 웰(40)에 이온 주입하였다. 이어서, p형 웰(30) 및 n형 웰(40)의 각 표면 부위를 불산계 세정액을 사용하여 세정한 후, 반도체 기판(10)을 습식 산화하여 p형 웰(30) 및 n형 웰(40)의 각 표면 부위에 게이트 산화막(16)을 형성하였다. 이 때, 상기 트렌치(12)의 내면 부위의 기판의 일부도 부분적으로 산화하여, 게이트 산화막(16)을 연속적으로 형성시켰다. 이 때, 상기 게이트 산화막(16)의 두께는 약 40 내지 120Å(예를 들어 120Å)이었다.Next, impurities for adjusting the threshold voltage, such as boron fluoride (BF 2 ), were ion-implanted into the p-type well 30 and the n-type well 40. Subsequently, each surface portion of the p-type well 30 and the n-type well 40 is cleaned using a hydrofluoric acid-based cleaning solution, and then the semiconductor substrate 10 is wet oxidized to form the p-type well 30 and the n-type well ( A gate oxide film 16 was formed on each surface portion of 40). At this time, a part of the substrate of the inner surface portion of the trench 12 was also partially oxidized to form the gate oxide film 16 continuously. At this time, the gate oxide film 16 had a thickness of about 40 to 120 kV (for example, 120 kPa).

도 18e를 참조하면, 필드 산화막으로 트렌치(12)에 매립된 실리콘 산화물(14) 및 게이트 산화막(16)이 형성된 기판(10)의 상부에 예를 들면 인(P) 등의 n형 불순물로 도핑된 다결정 실리콘 막을 저압 화학 기상증착(LPCVD)방법으로 증착하여 약 500 내지 4,000Å(예를 들어 2,300Å)의 두께를 갖는 폴리실리콘막을 형성하였다. 이어서, 상기 폴리실리콘막 상에 텅스텐 실리사이드막과 텅스텐막을 스퍼터링 방법으로 각각 약 1,000 내지 2,000Å의 두께를 갖도록 형성한 후, 상기 텅스텐막 상에 실리콘 질화막을 형성하였다. 상기 실리콘 잘화막은 저압 화학기상증착 또는 플라즈마 증대 화학기상증착(PECVD) 방법을 이용하여 약 500 내지 2,000Å(예를 들어 1,000Å)의 두께를 갖도록 형성하였다.Referring to FIG. 18E, doped with n-type impurities such as phosphorus (P), for example, on the substrate 10 on which the silicon oxide 14 embedded in the trench 12 and the gate oxide film 16 are formed as the field oxide film. The polycrystalline silicon film was deposited by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) to form a polysilicon film having a thickness of about 500 to 4,000 kPa (for example, 2,300 kPa). Subsequently, a tungsten silicide film and a tungsten film were formed on the polysilicon film so as to have a thickness of about 1,000 to 2,000 kPa each by a sputtering method, and then a silicon nitride film was formed on the tungsten film. The silicon well film was formed to have a thickness of about 500 to 2,000 mW (for example, 1,000 mW) using low pressure chemical vapor deposition or plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD).

상기 실리콘 질화막 상에 포토레지스트막을 형성한 후, 마스크를 사용하여 상기 포토레지스트막을 선택적으로 노광하였다. 다음에 상기 포토레지스트막을 현상하여 게이트 전극을 형성하기 위한 포토레지스트 패턴(22)을 형성하였다. 상기 포토레지스트 패턴(22)을 에칭마스크로 사용하여 상기 실리콘 질화막, 텅스텐막, 텅스텐 질화막 및 폴리실리콘막을 차례로 식각하여, 폴리실리콘 패턴(24a), 텅스텐 실리사이드 패턴(24b), 텅스텐 패턴(24Gc) 및 실리콘 질화막 패턴(24d)으로 구성된 게이트 전극들(24Ga, 24Gb, 24Gc, 24WL)을 형성하였다. 그러면, 도시한 바와 같이, 셀 어레이 영역에는 게이트 전극들(24Ga)과 워드 라인(24WL)이 형성되고, 주변 회로 영역에도 각각 게이트 전극(24Gb 및 24Gc)이 형성됨을 확인할 수 있었다. After the photoresist film was formed on the silicon nitride film, the photoresist film was selectively exposed using a mask. Next, the photoresist film was developed to form a photoresist pattern 22 for forming a gate electrode. Using the photoresist pattern 22 as an etching mask, the silicon nitride film, tungsten film, tungsten nitride film, and polysilicon film are etched in sequence to form a polysilicon pattern 24a, a tungsten silicide pattern 24b, a tungsten pattern 24Gc, and Gate electrodes 24Ga, 24Gb, 24Gc, and 24WL formed of the silicon nitride film pattern 24d were formed. Then, as shown, it can be seen that the gate electrodes 24Ga and the word line 24WL are formed in the cell array region, and the gate electrodes 24Gb and 24Gc are formed in the peripheral circuit region, respectively.

셀 어레이 영역에 형성되는 게이트 전극(24Ga, 24WL)간의 갭은 약 0.4 내지 1μm이었다. 밀집 단차부를 형성하기 위해, 게이트 전극들(24Ga, 24WL)의 갭에 대한 깊이의 비인 어스펙트비는 약 5:1 내지 10:1이었다. 글로벌 단차부를 형성하기 위해, 주변 회로 영역에 형성되는 게이트 전극들(24Gb, 24Gc)은 어스펙트비가 1:1 이하이었다.The gap between the gate electrodes 24Ga and 24WL formed in the cell array region was about 0.4 to 1 m. In order to form a dense stepped portion, the aspect ratio, which is the ratio of the depth to the gap of the gate electrodes 24Ga and 24WL, was about 5: 1 to 10: 1. In order to form the global stepped portion, the gate electrodes 24Gb and 24Gc formed in the peripheral circuit region had an aspect ratio of 1: 1 or less.

도 18f를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(22)을 제거하였다. 도 18에서, n형 웰(20)에 p형 불순물, 예를 들면 붕소(B)를 이온 주입하여 게이트 전극(24Gc) 양측의 n형 웰(40)에 p-형 불순물 영역(25)을 형성하였다. 또한, p형 웰(30)에 n형 불순물, 예를 들면 인(P)을 이온 주입하여 게이트 전극(24Gb) 양측의 p형 웰(30)에 n형 불순물 영역(27)을 형성하고, 게이트 전극(24Ga) 양측의 p형 웰(20)에는 n형 불순물 영역(26)을 형성하였다.Referring to FIG. 18F, the photoresist pattern 22 is removed. In FIG. 18, p-type impurities, such as boron (B), are ion-implanted into the n-type well 20 to form the p-type impurity region 25 in the n-type well 40 on both sides of the gate electrode 24Gc. It was. In addition, n-type impurities such as phosphorus (P) are ion-implanted into the p-type well 30 to form the n-type impurity region 27 in the p-type well 30 on both sides of the gate electrode 24Gb. An n-type impurity region 26 is formed in the p-type well 20 on both sides of the electrode 24Ga.

도 18g를 참조하면, 반도체 기판(10)상에 화학 기상 증착법에 의해 실리콘 질화물을 증착시켜 두께가 약 200 내지 600Å인 실리콘 질화막(32)을 형성하였다. 다음에, 셀 어레이 영역의 실리콘 질화막(32)을 포토레지스트막으로 덮고, 주변 회로 영역의 실리콘 질화막(32)은 이방성 식각하여 주변회로의 게이트 전극(24Gb, 24Gc)의 측벽에 스페이서(32a)를 형성하였다.Referring to FIG. 18G, silicon nitride is deposited on the semiconductor substrate 10 by chemical vapor deposition to form a silicon nitride film 32 having a thickness of about 200 to 600 microns. Next, the silicon nitride film 32 in the cell array region is covered with a photoresist film, and the silicon nitride film 32 in the peripheral circuit region is anisotropically etched to form spacers 32a on the sidewalls of the gate electrodes 24Gb and 24Gc of the peripheral circuit. Formed.

다음에, 주변 회로의 n형 웰(40)에 p형 불순물, 예를 들면 붕소를 이온 주입하여 p+형의 불순물 영역(소오스,드레인 영역)을 형성하였다. 또한, 주변회로의 p형 웰(30)에 n형 불순물, 예를 들면 비소(As)를 이온 주입하여 n+형의 불순물 영역(소오스, 드레인 영역)을 형성하였다.Next, p-type impurities, such as boron, were ion-implanted into the n-type well 40 of the peripheral circuit to form p + -type impurity regions (source and drain regions). Further, n-type impurities such as arsenic (As) were ion-implanted into the p-type well 30 of the peripheral circuit to form n + -type impurity regions (source and drain regions).

도 18h를 참조하면, 반도체 기판(10)상에 SOG 조성물을 도포하여, 제 2 SOG막(50)을 형성하였다. 상기 제 2 SOG막(50) 역시 스핀 코팅 방법에 의해 도포한다. 이 때, 회전속도는 약 500 내지 2,500rpm(예를 들어 1,000rpm)이었다. 상기 SOG용액에 포함된 퍼하이드로 폴리실라잔의 중량 평균 분자량은 약 3,000내지 6,000(예를 들어 3,000)이었으며, 상기 제 2 SOG막(50)은 약 7,500 내지 8,200Å(예를 들어 7,900Å) 정도의 두께를 가지면서, 게이트 전극들(24Ga, 24Gb, 24Gc, 24GWL)을 완전하게 덮도록 형성하였다.Referring to FIG. 18H, the SOG composition is applied on the semiconductor substrate 10 to form a second SOG film 50. The second SOG film 50 is also coated by a spin coating method. At this time, the rotation speed was about 500 to 2,500 rpm (for example, 1,000 rpm). The weight average molecular weight of the perhydro polysilazane included in the SOG solution was about 3,000 to 6,000 (for example, 3,000), and the second SOG film 50 was about 7,500 to 8,200 kPa (for example, 7,900 kPa). It was formed to completely cover the gate electrodes 24Ga, 24Gb, 24Gc, 24GWL while having a thickness of.

다음에, 상기 제 2 SOG막(50)을 약 100 내지 500℃(예를 들어 150℃)의 온도의 공기 중에서 예비 베이킹을 한 후, 약 600 내지 900℃(예를 들어 700℃)의 온도의 수증기 분위기에서 약 10 내지 180분(예를 들어 30분)동안 주 베이킹을 하였다. 이 때 예비 베이킹 및 주 베이킹은 산소분위기, 수증기 분위기, 산소와 수증기의 혼합 분위기, 질소 분위기, 혹은 산소와 수증기 및 질소의 혼합분위기 중 어느 한 분위기에서 수행할 수 있었다. 만약 베이킹 공정이 수증기 분위기에서 수행되는 경우, 수분의 함량은 약 1.2 내지 86 중량%(예를 들어 86 중량%)의 범위로 유지되는 것이 바람직하다. Next, the second SOG film 50 is prebaked in air at a temperature of about 100 to 500 ° C. (eg 150 ° C.), and then at a temperature of about 600 to 900 ° C. (eg 700 ° C.). Main baking was performed for about 10 to 180 minutes (eg 30 minutes) in a steam atmosphere. At this time, the pre-baking and the main baking could be performed in any one of an oxygen atmosphere, a steam atmosphere, a mixed atmosphere of oxygen and water vapor, a nitrogen atmosphere, or a mixed atmosphere of oxygen, water vapor and nitrogen. If the baking process is carried out in a steam atmosphere, the moisture content is preferably maintained in the range of about 1.2 to 86% by weight (eg 86% by weight).

상술한 경화 공정을 통하여, 제 2 SOG막(50)의 Si-N 결합은 Si-O 결합으로 치환되어, 실리콘 산화막으로 전환되었다. 이에 의해 도 18i에 도시한 바와 같이, 제 2 SOG막의 두께에 대해 약 19 내지 23%(예를 들어 22.1%) 정도 수축된 두께를 갖는 제 2 실리콘 산화막(50a)을 수득하였다.Through the above-mentioned hardening process, the Si-N bond of the 2nd SOG film 50 was substituted by the Si-O bond, and was converted into the silicon oxide film. As a result, as shown in Fig. 18I, a second silicon oxide film 50a having a thickness shrunk by about 19 to 23% (for example, 22.1%) with respect to the thickness of the second SOG film was obtained.

도 18j를 참조하면, 상기 제 2 실리콘 산화막(50a) 상에 통상적인 스퍼터링 방법에 의해 알루미늄, 텅스텐 등과 같은 금속을 증착시켜 두께 5,000Å의 금속층을 형성하였다. 상기 금속층을 사진 식각 공정에 의하여 패터닝 하여 폭이 6,600Å이고 갭이 8,400Å인 금속층 패턴들(52)을 형성하였다.Referring to FIG. 18J, a metal layer, such as aluminum and tungsten, was deposited on the second silicon oxide film 50a by a conventional sputtering method to form a metal layer having a thickness of 5,000 kPa. The metal layer was patterned by a photolithography process to form metal layer patterns 52 having a width of 6,600 mm 3 and a gap of 8,400 mm 3.

다음에, SOG 용액을 스핀 코팅하여 금속층 패턴들(52)을 완전히 덮도록 두께가 약 3,800 내지 4,500Å(예를 들어 4,200Å)인 제 3 SOG막(54)을 형성하였다. 이 경우, 상기 제 3 SOG막(54)에 포함된 퍼하이드로 폴리실라잔의 중량 평균 분자량은 약 3,000 내지 6,000(예를 들어 3,000)이었다. Next, the SOG solution was spin-coated to form a third SOG film 54 having a thickness of about 3,800 to 4,500 kPa (for example, 4,200 kPa) to completely cover the metal layer patterns 52. In this case, the weight average molecular weight of the perhydro polysilazane included in the third SOG film 54 was about 3,000 to 6,000 (for example, 3,000).

도 18k를 참조하면, 상기 제 3 SOG막(54)을 약 100 내지 500Å(예를 들어 150Å)의 온도의 공기 중에서 약 1 내지 5분(예를 들어 3분)간 예비 베이킹을 한 후, 약 400 내지 450℃(예를 들어 400℃)의 온도에서 약 10 내지 180분 (예를 들어 30분) 동안 주 베이킹을 한다. 이 때, 주 베이킹은 수증기 분위기에서 수행한다. 그러면, 경화 공정을 통하여 제 3 SOG막(54)의 Si-N 결합은 Si-O 결합으로 치환되어, 평탄한 표면을 갖는 제 3 실리콘 산화막(54a)으로 전환된다.Referring to FIG. 18K, after the third SOG film 54 is prebaked for about 1 to 5 minutes (for example, 3 minutes) in air at a temperature of about 100 to 500 kPa (for example, 150 kPa), Main bake for about 10 to 180 minutes (eg 30 minutes) at a temperature of 400 to 450 ° C. (eg 400 ° C.). At this time, the main baking is carried out in a steam atmosphere. Then, the Si—N bond of the third SOG film 54 is replaced with the Si—O bond through the curing process, and is converted to the third silicon oxide film 54a having a flat surface.

이 후, 통상의 반도체 제조 공정을 거쳐서 반도체 소자를 완성하였다. 당업자는 SOG 조성물을 사용하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방법을 통해서 반도체 소자를 제조할 수 있을 것이다.Then, the semiconductor element was completed through the normal semiconductor manufacturing process. Those skilled in the art will be able to manufacture semiconductor devices using the SOG compositions through methods in accordance with various embodiments of the present invention.

실시예 9 내지 11Examples 9-11

SOG 조성물의 제조Preparation of SOG Composition

실시예 4에서 준비된 SOG 조성물과 다른 SOG 조성물을 사용하여 실리콘 산화막과 반도체 장치를 제조하였다. 보다 구체적으로, 실시예 9 내지 11에서는 각각 실시예 5 내지 7에서 제조된 SOG 조성물을 사용하여 실리콘 산화막과 반도체 장치를 제조하였다.A silicon oxide film and a semiconductor device were manufactured using the SOG composition prepared in Example 4 and another SOG composition. More specifically, in Examples 9 to 11, silicon oxide films and semiconductor devices were manufactured using the SOG compositions prepared in Examples 5 to 7, respectively.

비교예 2Comparative Example 2

SOG 조성물의 제조Preparation of SOG Composition

실시예 4에서 제조된 SOG 조성물 대신에, 비교예 1에서 준비된 SOG 조성물을 사용하여 실시예 8의 방법에 따라 실리콘 산화막과 반도체 장치를 제조하였다. Instead of the SOG composition prepared in Example 4, a silicon oxide film and a semiconductor device were manufactured according to the method of Example 8 using the SOG composition prepared in Comparative Example 1.

기판 산화물의 형성 조사Formation investigation of substrate oxide

실험예 6 (SOG 조성물의 파티클 수)Experimental Example 6 (Number of Particles in SOG Composition)

실시예 4 내지 7 및 비교예 1에 의해 제조된 SOG 조성물 1cc내의 0.3 내지 0.5μm 및 0.5μm 초과의 파티클의 개수를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2 및 도 19에 나타내었다. 도 19는 본 발명의 일실시예에 의한 중량 평균 분자량(Mw)에 따른 파티클의 수(개/cc)를 나타내는 그래프이다. 이 경우, 파티클 수는 SOG 조성물을 경화하기 전에 관찰하였다. 유사한 수의 액상 파티클이 존재하였다.The number of particles from 0.3 to 0.5 μm and more than 0.5 μm in 1 cc of the SOG composition prepared by Examples 4 to 7 and Comparative Example 1 was measured, and the results are shown in Table 2 and FIG. 19. 19 is a graph showing the number of particles (pieces / cc) according to a weight average molecular weight (Mw) according to an embodiment of the present invention. In this case, particle number was observed before curing the SOG composition. Similar numbers of liquid particles were present.

실시예 4Example 4 실시예 5Example 5 실시예 6Example 6 실시예 7Example 7 비교예 1Comparative Example 1 0.5μm 액상 파티클의 개수(개/cc)Number of 0.5 μm liquid particles (pcs / cc) 00 0.10.1 00 0.10.1 00 0.3~0.5μm 액상 파티클의 개수(개/cc)Number of 0.3 ~ 0.5μm liquid particles (pcs / cc) 0.70.7 22 0.20.2 0.30.3 0.10.1

실험예 7 (광흡수도)Experimental Example 7 (Light Absorption)

도 18i에 도시된 실시예 8에 따른 제 2 SOG막(50)과 제 2 실리콘 산화막(50a)의 광흡수도를 FT-IR방법으로 측정하였다. 상기 광흡수도는 SOG 조성물을 증착하고 이어서 약 150℃에서 3분간 프리 베이킹 공정을 수행한 후 측정하였다. 퍼하이드로 폴리실라잔의 일반적인 화학 조성은 (SiH2NH)n이다. 산소나 수증기 분위기에서 열처리 공정을 거치면, SOG 조성물에 포함된 Si-N 결합, Si-H 결합 및 N-H 결합은 분리되어 모든 결합이 Si-O 결합으로 치환된다.The light absorption of the second SOG film 50 and the second silicon oxide film 50a according to the eighth embodiment shown in FIG. 18I was measured by the FT-IR method. The light absorbency was measured after depositing the SOG composition and then performing a prebaking process at about 150 ° C. for 3 minutes. The general chemical composition of perhydro polysilazane is (SiH 2 NH) n . When the heat treatment is performed in an oxygen or steam atmosphere, the Si—N bonds, Si—H bonds, and NH bonds included in the SOG composition are separated to replace all the bonds with the Si—O bonds.

경화온도와 분자량에 따른 FT-IR 스펙트럼의 변화가 도 20 및 21에 도시되어 있다. 도 20은 본 발명의 일실시예에 따라 예비 베이킹을 한 후 측정한, 파수(cm-1)에 따른 광흡수도(a.u.)를 나타낸 그래프이고, 도 21은 본 발명의 일실시예에 따라 주 베이킹을 한 후 측정한, 중량 평균 분자량(Mw) 및 파수(cm-1)에 따른 광흡수도(a.u.)를 나타낸 그래프이다.Changes in the FT-IR spectrum with curing temperature and molecular weight are shown in FIGS. 20 and 21. 20 is a graph showing light absorption (au) according to wave number (cm −1 ) measured after prebaking according to an embodiment of the present invention, and FIG. 21 is a main diagram according to an embodiment of the present invention. It is a graph showing the light absorption (au) according to the weight average molecular weight (Mw) and wave number (cm -1 ) measured after baking.

도 20에서 N-H 결합, Si-H 결합 및 Si-N 결합은 예비 베이킹 후에도 실질적으로 남아 있는 것을 확인할 수 있다. 도 20을 참조하면, 400 내지 4000cm-1의 파수 범위에서 N-H 결합, Si-H 결합 및 Si-N 결합을 나타내는 흡수도 피크를 확인할 수 있다.In FIG. 20, it can be seen that NH bonds, Si—H bonds, and Si—N bonds remain substantially even after prebaking. Referring to FIG. 20, absorption peaks representing NH bonds, Si—H bonds, and Si—N bonds in the wave range of 400 to 4000 cm −1 can be confirmed.

또한, 상기 예비 베이킹한 SOG막을 다시 700℃의 온도에서 30분간 주 베이킹하여 실리콘 산화막을 전환시킨 후 FT-IR로 광흡수도를 측정하였다. 도 21에서 도시한 바와 같이 주 베이킹 단계에서는 N-H 결합, Si-H 결합 및 Si-N 결합의 흡수 피크가 사라지고 Si-O 결합의 흡수도 피크만이 나타나 있다. 이에 의하면, 폴리실라잔계의 SOG 막에 포함된 Si-N 결합, Si-H 결합 및 N-H 결합은 주 베이킹 공정을 거친 후 모두 Si-O 결합으로 치환되었음을 확인할 수 있다.In addition, the prebaked SOG film was main baked again at a temperature of 700 ° C. for 30 minutes to convert the silicon oxide film, and then light absorption was measured by FT-IR. As shown in FIG. 21, in the main baking step, absorption peaks of N-H bonds, Si-H bonds, and Si-N bonds disappear, and only absorption peaks of Si-O bonds are shown. According to this, the Si-N bonds, Si-H bonds and N-H bonds included in the polysilazane-based SOG film may be confirmed that all of the Si-O bonds are substituted after the main baking process.

동일한 실험 방법으로, 실시예 9 내지 11 그리고 비교예 2에 대하여 실험을 하여 그 결과를 도 20 및 21에 나타내었다. 이 결과에 의하면, 실험대상의 중량 평균 분자량에 상관없이 우수한 층간 절연막으로서의 특성을 나타냄을 확인할 수 있었다.By the same experimental method, experiments were carried out for Examples 9 to 11 and Comparative Example 2 and the results are shown in FIGS. 20 and 21. According to this result, it confirmed that the characteristic as an excellent interlayer insulation film was shown irrespective of the weight average molecular weight of an experiment object.

실험예 8 (실리콘 산화막의 두께 및 수축율)Experimental Example 8 (thickness and shrinkage of the silicon oxide film)

상기 실험예 7과 동일한 SOG막 및 동일한 실리콘 산화막을 대상으로 예비 베이킹 및 주 베이킹 후의 산화막의 두께를 측정하고, 그에 따른 수축율을 계산하여 그 결과를 하기 표 3 및 도 22에 나타냈다. 도 22는 본 발명의 일 실시예에 의하여 예비 베이킹 및 주 베이킹 후의 중량 평균 분자량에 따른 두께와 수축율을 나타낸 그래프이다.The thickness of the oxide film after pre-baking and main baking was measured for the same SOG film and the same silicon oxide film as Experimental Example 7, and the shrinkage ratios thereof were calculated, and the results are shown in Table 3 and FIG. 22. 22 is a graph showing the thickness and shrinkage rate according to the weight average molecular weight after pre-baking and main baking according to an embodiment of the present invention.

여기서 수축율은 하기 식 1에 의하여 계산된다. The shrinkage rate is calculated by the following equation.

수축율 = [예비 베이킹 후 SOG막의 두께 - 주 베이킹 후 SOG막의 두께]/[예비 베이킹 후 SOG 막의 두께] ×100Shrinkage ratio = [thickness of SOG film after pre-baking-thickness of SOG film after pre-baking] / [thickness of SOG film after pre-baking] × 100

동일한 방법으로, 실시예 9 내지 11 그리고 비교예 2에 대하여 동일한 실험을 하여 그 결과를 표 3 및 도 22에 나타내었다. 하기 표 3 및 도 22에서 확인할 수 있는 바와 같이 폴리실라잔계 SOG막의 두께 및 수축율은 중량 평균 분자량에 무관하게 동일한 거동을 나타내었다.In the same manner, the same experiments were performed for Examples 9 to 11 and Comparative Example 2, and the results are shown in Table 3 and FIG. 22. As can be seen in Table 3 and FIG. 22, the thickness and shrinkage of the polysilazane-based SOG film showed the same behavior regardless of the weight average molecular weight.

실시예 8Example 8 실시예 9Example 9 실시예 10Example 10 실시예 11Example 11 비교예 2Comparative Example 2 예비 베이킹 후 SOG막의 두께(Å)SOG film thickness after prebaking 78967896 77817781 75097509 77847784 77157715 주 베이킹 후 SOG막의 두께(Å)Thickness of SOG Film after Main Baking 61506150 60106010 58885888 60426042 59865986 수축율 (%)Shrinkage (%) 22.122.1 22.822.8 21.621.6 22.422.4 22.422.4

실험예 9 (웨이퍼 내 불균일도)Experimental Example 9 (Unevenness in Wafer)

상기 실험예 8과 동일한 SOG막과 동일한 실리콘 산화막을 대상으로 예비 베이킹 및 주 베이킹 후의 웨이퍼 내 불균일도(within wafer non-uniformity : WIWNU)를 측정하고, 그 결과를 하기 표 4 및 도 23에 정리하였다. 동일한 방법으로 실시예 9 내지 11, 그리고 비교예 2에 대하여 동일한 실험을 하여 그 결과를 하기 표 4 및 도 23에 나타내었다. 도 23은 본 발명의 일실시예에 의한, 중량 평균 분자량에 따른 WIWNU를 나타내는 그래프이다. 하기 표 4 및 도 23에서 확인할 수 있는 바와 같이 예비 베이킹 및 주 베이킹을 수행한 후 막의 WIWNU는 중량 평균 분자량과 무관하게 2.5% 미만의 아주 양호한 값을 나타내었다. With the wafer non-uniformity (WIWNU) after pre-baking and main baking for the same SOG film and the same silicon oxide film as Experimental Example 8 was measured, the results are summarized in Table 4 and FIG. . The same experiment was conducted for Examples 9 to 11 and Comparative Example 2 in the same manner, and the results are shown in Table 4 and FIG. 23. FIG. 23 is a graph illustrating WIWNU according to a weight average molecular weight according to an embodiment of the present invention. FIG. After performing pre-baking and main baking as can be seen in Table 4 and FIG. 23 below, the WIWNU of the membrane showed a very good value of less than 2.5% regardless of the weight average molecular weight.

실시예 8Example 8 실시예 9Example 9 실시예 10Example 10 실시예 11Example 11 비교예 2Comparative Example 2 예비 베이킹 후 WIWNU(%)WIWNU (%) after prebaking 1.01.0 1.991.99 0.80.8 0.810.81 0.820.82 주 베이킹 후 WIWNU(%)WIWNU (%) after main baking 1.831.83 2.212.21 0.810.81 1.051.05 0.790.79

실험예 10 (실리콘 산화막의 정규화된 파티클 수 및 스크래치 개수)Experimental Example 10 (normalized particle number and scratch number of silicon oxide film)

상기 실험예 8과 동일한 SOG 조성물 및 동일한 실리콘 산화막을 대상으로 예비 베이킹 및 주 베이킹 후의 실리콘 산화막의 정규화된 파티클 수 및 스크래치 수를 측정하였다. 그 결과를 하기 표 5 및 도 24에 정리하였다. 동일한 방법으로 실시예 9 내지 11, 그리고 비교예 2에 대하여 동일한 실험을 하여 그 결과를 하기 표 5 및 도 24에 나타내었다. 도 24는 본 발명의 일실시예에 의한 중량 평균 분자량에 따른 정규화된 파티클과 스크래치의 수를 나타낸 그래프이다. 이 때, 파티클 수 정규화의 기준은 분자량이 4500일 때로 하였다. For the same SOG composition and the same silicon oxide film as Experimental Example 8, the normalized particle number and scratch number of the silicon oxide film after prebaking and main baking were measured. The results are summarized in Table 5 below and FIG. 24. The same experiment was conducted for Examples 9 to 11 and Comparative Example 2 in the same manner, and the results are shown in Table 5 and FIG. 24. 24 is a graph showing the number of normalized particles and scratches according to the weight average molecular weight according to one embodiment of the present invention. At this time, the standard for particle number normalization was when the molecular weight was 4500.

하기 표 5 및 도 24에서 확인할 수 있는 바와 같이, 산화막 내 파티클 수 및 스크래치 수는 분자량이 3,500 또는 4,500일 때 가장 적은 개수가 측정되었다. 상기 실험예 6에서 측정한 SOG 조성물 내의 파티클 수가 중량 평균 분자량에 따라 큰 차이가 없었던 점과 비교하면, 본 발명의 산화막 형성 조건일 때, 특히 파티클의 발생이 억제됨을 확인할 수 있었다.As can be seen in Table 5 and FIG. 24, the smallest number of particles and scratches in the oxide film was measured when the molecular weight was 3,500 or 4,500. Compared with the fact that the particle number in the SOG composition measured in Experimental Example 6 was not significantly different depending on the weight average molecular weight, it was confirmed that the generation of particles was particularly suppressed under the oxide film forming conditions of the present invention.

실시예 8Example 8 실시예 9Example 9 실시예 10Example 10 실시예 11Example 11 비교예 2Comparative Example 2 예비 베이킹 후 파티클 개수(a.u.)Number of particles after prebaking (a.u.) 2.612.61 1.161.16 1.01.0 1.861.86 1.161.16 주 베이킹 후 파티클 개수(a.u.)Number of particles after main baking (a.u.) 2.392.39 1.061.06 1.01.0 1.541.54 1.151.15 스크래치 개수(개)Scratch count 1313 0.80.8 0.60.6 3.63.6 1616

이상의 실험예의 결과를 종합하면, 실시예 및 비교예 모두 스핀온글래스 내 파티클 수, 수축율 및 WIWNU 측면에서는 우수하지만, 파티클 및 스크래치 발생 측면까지 고려하면, 중량 평균 분자량이 약 3000 내지 6000 정도 일 때, 다른 특성 뿐만 아니라 파티클 억제 특성도 우수함을 확인할 수 있었다. In summary, the results of the above examples and comparative examples are excellent in terms of particle number, shrinkage ratio and WIWNU in spin-on glass, but considering the particle and scratch generation aspect, when the weight average molecular weight is about 3000 to 6000, As well as other properties, it was confirmed that the particle suppression properties are also excellent.

통상적인 SOG 용액을 베이킹하여 경화시킨 이후라 하더라도 실리콘 산화막 내에는 많은 파티클이 여전히 남아 있다. 구체적으로 예를 들면, SOG 용액의 경화를 위하여 기판 상에 도포된 SOG 용액을 어닐링 하는 과정에서 탈기(outgassing)되는 SiH4와 산화 분위기 가스가 반응하여 SiO2와 같은 파티클이 형성되어 반응 챔버가 오염되게 된다.Even after the conventional SOG solution is cured by baking, many particles still remain in the silicon oxide film. Specifically, for example, in order to cure the SOG solution, in the process of annealing the SOG solution applied on the substrate, outgassing SiH 4 reacts with an oxidizing atmosphere gas to form particles such as SiO 2 to contaminate the reaction chamber. Will be.

이러한 파티클은 수십 nm 이상의 크기를 가지며, 후속의 웨이퍼 어닐링 공정시 오염원으로 작용하여 반도체 소자에 손상을 발생시킨다. 폴리실라잔 코팅막이 파티클 주변에서 더 두껍게 형성되고, 이에 따라 어닐링 후 코팅막의 두께가 15,000Å 이상의 크랙 발생 임계 두께 (maximum crack free thickness)이상으로 형성되면, 필연적으로 크랙이 발생되는 문제점이 있다. These particles have a size of several tens of nm or more, and act as a contaminant in a subsequent wafer annealing process, causing damage to the semiconductor device. If the polysilazane coating film is formed thicker around the particles, and thus the thickness of the coating film after annealing is formed to be greater than or equal to the maximum crack free thickness of 15,000 μs or more, there is a problem inevitably causing cracks.

본 발명에 따른 SOG 조성물을 이용하면, 256 메가 비트 반도체 장치에서 요구되는 평탄도를 유지하면서도 보이드가 없는 실리콘 산화막을 형성할 수 있다. 또한 액티브 영역에서 실리콘의 산화를 억제하기 위하여, SOG 조성물을 제 1 열처리 공정에 의하여 실리콘 산화물로 전환하고, 다시 전환된 실리콘 산화물을 치밀화함으로써 수치의 안정성을 확보할 수 있게 된다.  By using the SOG composition according to the present invention, it is possible to form a void-free silicon oxide film while maintaining the flatness required in a 256 megabit semiconductor device. In addition, in order to suppress the oxidation of silicon in the active region, the SOG composition can be converted to silicon oxide by the first heat treatment process, and the converted silicon oxide can be densified to ensure the stability of numerical values.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to the embodiments, those skilled in the art can be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand.

Claims (34)

구조식이 -(SiH2NH)n-(식 중, n은 양의 정수이다)이고, 3,300 내지 3,700의 중량 평균 분자량을 가지며, 조성물의 전체 중량에 대한 10 내지 30 중량%의 폴리실라잔; 및The structural formula is-(SiH 2 NH) n- (where n is a positive integer), has a weight average molecular weight of 3,300 to 3,700, and 10 to 30% by weight of polysilazane relative to the total weight of the composition; And 70 내지 90 중량%의 용매를 포함하는 스핀온글래스 조성물.Spin-on-glass composition comprising 70 to 90% by weight of the solvent. 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 폴리실라잔의 분자량 분포도가 2.5 내지 3.5인 것을 특징으로 하는 스핀온글래스 조성물.The spin-on-glass composition of claim 1, wherein the polysilazane has a molecular weight distribution of 2.5 to 3.5. 제 1항에 있어서, 상기 폴리실라잔의 분자량 분포도가 2.8 내지 3.2 인 것을 특징으로 하는 스핀온글래스 조성물.The spin on glass composition according to claim 1, wherein the polysilazane has a molecular weight distribution of 2.8 to 3.2. 제 1항에 있어서, 상기 용매는 크실렌 또는 디부틸에테르인 것을 특징으로 하는 스핀온글래스 조성물.The spin-on-glass composition of claim 1, wherein the solvent is xylene or dibutyl ether. 제 1항에 있어서, 상기 조성물의 점도는 1.54 내지 1.70cP인 것을 특징으로 하는 스핀온글래스 조성물.The spin-on glass composition of claim 1, wherein the composition has a viscosity of 1.54 to 1.70 cP. 제 1항에 있어서, 상기 조성물이 도포된 하부막에 대한 접촉각이 4°이하인 것을 특징으로 하는 스핀온글래스 조성물.The spin-on-glass composition of claim 1, wherein a contact angle with respect to the lower layer to which the composition is applied is 4 ° or less. 제 1항에 있어서, 상기 조성물이 붕소, 불소, 인, 비소, 탄소 및 산소로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 불순물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀온글래스 조성물.The spin-on-glass composition of claim 1, wherein the composition further comprises at least one impurity selected from the group consisting of boron, fluorine, phosphorus, arsenic, carbon, and oxygen. 상면상에 형성된 단차부를 가지는 반도체 기판 상에 구조식이 -(SiH2NH)n-(식 중, n은 양의 정수이다)이고, 중량 평균 분자량이 3,300 내지 3,700이며, 조성물 전체 중량에 대한 10 내지 30 중량%의 폴리실라잔 및 70 내지 90 중량%의 용매를 포함하는 스핀온글래스 조성물을 도포하여 스핀온글래스 막을 형성하는 단계; 및The structural formula is-(SiH 2 NH) n- (wherein n is a positive integer) on a semiconductor substrate having a stepped portion formed on the upper surface, and has a weight average molecular weight of 3,300 to 3,700, and 10 to about the total weight of the composition. Applying a spin on glass composition comprising 30 wt% polysilazane and 70 to 90 wt% solvent to form a spin on glass film; And 상기 스핀온글래스 막을 경화하여 실리콘 산화막을 형성하는 단계를 포함하는 실리콘 산화막 형성방법.Curing the spin-on-glass film to form a silicon oxide film. 제 10항에 있어서, 상기 단차부가 적어도 두개의 도전성 패턴에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법.The method of claim 10, wherein the stepped portion is formed by at least two conductive patterns. 제 11항에 있어서, 상기 두개의 도전성 패턴간의 거리가 0.04 내지 1μm인 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법.The method of claim 11, wherein the distance between the two conductive patterns is 0.04 to 1 μm. 제 11항에 있어서, 상기 두개의 도전성 패턴이 반도체 장치의 게이트 전극 또는 금속 배선 패턴인 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법.12. The method of claim 11, wherein the two conductive patterns are a gate electrode or a metal wiring pattern of a semiconductor device. 제 10항에 있어서, 상기 두개의 도전성 패턴 사이의 단차부의 어스펙트비가 5:1 내지 10:1인 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법.The method of claim 10, wherein the aspect ratio of the stepped portion between the two conductive patterns is 5: 1 to 10: 1. 제 10항에 있어서, 상기 단차부는 어스팩트비가 5:1 내지 10:1인 밀집 단차부와 어스팩트비가 1:1 이하인 글로벌 단차부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법.The method of claim 10, wherein the stepped portion comprises a dense stepped portion having an aspect ratio of 5: 1 to 10: 1 and a global stepped portion having an aspect ratio of 1: 1 or less. 제 10항에 있어서, 상기 조성물은The method of claim 10, wherein the composition 20 내지 23 중량%의 상기 폴리실라잔; 및20 to 23 weight percent of the polysilazane; And 77 내지 80 중량%의 상기 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성 방법.A silicon oxide film forming method comprising 77 to 80% by weight of the solvent. 삭제delete 제 10항에 있어서, 상기 폴리실라잔의 분자량 분포도가 2.5 내지 3.5인 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법.The method of claim 10, wherein the molecular weight distribution of the polysilazane is 2.5 to 3.5. 제 10항에 있어서, 상기 폴리실라잔의 분자량 분포도가 2.8 내지 3.2인 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법.The method of claim 10, wherein the molecular weight distribution of the polysilazane is 2.8 to 3.2. 제 10항에 있어서, 상기 조성물의 점도가 1.54 내지 1.70cP인 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법.The method of claim 10, wherein the composition has a viscosity of 1.54 to 1.70 cP. 제 10항에 있어서, 상기 스핀온글래스막을 경화시키는 단계는The method of claim 10, wherein curing the spin-on glass film comprises 100 내지 500℃의 온도에서 상기 스핀온글래스막을 예비 베이킹하는 단계; 및Prebaking the spin-on glass film at a temperature of 100 to 500 ° C .; And 400 내지 1200℃의 온도에서 상기 스핀온글래스막을 주 베이킹하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법.Main baking the spin-on glass film at a temperature of 400 to 1200 ℃. 제 21항에 있어서, 상기 예비 베이킹이 산소 분위기, 수증기 분위기, 산소와 수증기의 혼합 분위기, 질소 분위기 또는 산소, 수증기 및 질소의 혼합 분위기에서 1 내지 5분간 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법.22. The method of claim 21, wherein the prebaking is performed for 1 to 5 minutes in an oxygen atmosphere, a steam atmosphere, a mixed atmosphere of oxygen and steam, a nitrogen atmosphere, or a mixed atmosphere of oxygen, steam, and nitrogen. 제 21항에 있어서, 상기 주 베이킹이 산소 분위기, 수증기 분위기, 산소와 수증기의 혼합 분위기, 질소 분위기 또는 산소, 수증기 및 질소의 혼합분위기에서 10 내지 180 분간 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법.22. The method of claim 21, wherein the main baking is performed for 10 to 180 minutes in an oxygen atmosphere, a steam atmosphere, a mixed atmosphere of oxygen and steam, a nitrogen atmosphere, or a mixed atmosphere of oxygen, steam, and nitrogen. 제 10항에 있어서, 상기 산화막의 두께가 1,000 내지 10,000Å인 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법.The method of claim 10, wherein the oxide film has a thickness of 1,000 to 10,000 kPa. 제 10항에 있어서, 상기 단차부는 상기 반도체 기판 상에 복수의 게이트 전극들을 형성하는 것에 의해 형성되고, The method of claim 10, wherein the stepped portion is formed by forming a plurality of gate electrodes on the semiconductor substrate, 상기 스핀온글래스막은 상기 스핀온글래스 조성물을 상기 게이트 전극들을 덮도록 상기 기판 상에 코팅하는 것에 의해 형성되며, The spin on glass film is formed by coating the spin on glass composition on the substrate to cover the gate electrodes, 상기 스핀온글래스막을 경화시키는 단계는 100 내지 500℃의 온도에서 상기 스핀온글래스막을 예비 베이킹하는 단계, 및 400 내지 1200℃의 온도에서 상기 스 핀온글래스막을 주 베이킹하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법.Curing the spin-on glass film may include pre-baking the spin-on glass film at a temperature of 100 to 500 ° C., and main baking of the spin-on glass film at a temperature of 400 to 1200 ° C. Silicon oxide film formation method. 제 10항에 있어서, 상기 단차부는 상기 기판 상에 절연막을 형성한 후, 상기 절연막 상에 복수의 금속 배선 패턴을 형성하는 것에 의해 형성되고,The method of claim 10, wherein the stepped portion is formed by forming an insulating film on the substrate, and then forming a plurality of metal wiring patterns on the insulating film, 상기 스핀온글래스 막은 상기 금속 배선 패턴을 덮도록 상기 스핀온그래스 용액을 사기 기판 상에 코팅하는 것에 의해 형성되며, The spin-on-glass film is formed by coating the spin-on-glass solution on a fraudulent substrate to cover the metal wiring pattern, 상기 스핀온글래스막을 경화시키는 단계는 100 내지 500℃의 온도에서 상기 스핀온글래스막을 예비 베이킹하는 단계, 및 400 내지 1200℃의 온도에서 상기 스핀온글래스막을 주 베이킹하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법.Curing the spin-on glass film may include prebaking the spin-on glass film at a temperature of 100 to 500 ° C. and main baking of the spin-on glass film at a temperature of 400 to 1200 ° C. Silicon oxide film formation method. 제 10항에 있어서, 상기 스핀온글래스 조성물을 도포하기 전에, 상기 반도체 기판 상에 실리콘 질화막을 200 내지 600Å의 두께로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법.The method of claim 10, further comprising forming a silicon nitride film on the semiconductor substrate to a thickness of 200 to 600 kPa before applying the spin on glass composition. 스핀온글래스 조성물로 이루어진 적어도 하나의 평탄한 막을 포함하고,At least one flat film made of a spin-on-glass composition, 상기 스핀온글래스 조성물은 The spin on glass composition 구조식이 -(SiH2NH)n-(식 중, n은 양의 정수이다)이고, 중량 평균 분자량이 3,300 내지 3,700이며, 조성물 전체에 대한 10 내지 30 중량%의 폴리실라잔; 및The structural formula is-(SiH 2 NH) n- (wherein n is a positive integer), the weight average molecular weight is 3,300 to 3,700, and 10 to 30% by weight of polysilazane, based on the total composition; And 70 내지 90 중량%의 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치. A semiconductor device comprising 70 to 90% by weight of the solvent. 삭제delete 제 28항에 있어서, 상기 용매가 크실렌 또는 디부틸에테르인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.A semiconductor device according to claim 28, wherein said solvent is xylene or dibutyl ether. 제 28항에 있어서, 상기 스핀온글래스 조성물은 The method of claim 28, wherein the spin-on glass composition 20 내지 23 중량%의 상기 폴리실라잔; 및20 to 23 weight percent of the polysilazane; And 77 내지 80 중량%의 상기 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.A semiconductor device comprising 77 to 80% by weight of the solvent. 제 28항에 있어서, 상기 스핀온글래스 조성물의 점도가 1.54 내지 1.70cP인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The semiconductor device according to claim 28, wherein the spin on glass composition has a viscosity of 1.54 to 1.70 cP. 제 28항에 있어서, 상기 스핀온글래스 조성물은 조성물의 하부에 형성된 막에 대하여 4°이하의 접촉각을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.29. The semiconductor device according to claim 28, wherein the spin on glass composition has a contact angle of 4 ° or less with respect to a film formed under the composition. 제 28항에 있어서, 상기 스핀온글래스 조성물이 붕소, 불소, 인, 비소, 탄소 및 산소로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 불순물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.29. The semiconductor device of claim 28, wherein the spin-on-glass composition further comprises an impurity comprising at least one element selected from the group consisting of boron, fluorine, phosphorus, arsenic, carbon and oxygen.
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