KR100846991B1 - 반도체 소자 제조 방법 - Google Patents

반도체 소자 제조 방법 Download PDF

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Abstract

반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 그 목적은 불순물 함유 산화막에서 불순물이 이동하여 금속배선 및 산화막을 들뜨게 하는 현상을 방지하는 것이다. 이를 위해 본 발명에서는, 하부 금속배선을 포함한 반도체 구조물 상부에 제1확산억제막, 불순물 함유 산화막, 및 제2확산억제막을 순차적으로 형성하는 단계; 제2확산억제막 및 소정두께의 불순물 함유 산화막을 선택적으로 식각하여 금속배선구를 형성하는 단계; 상기 금속배선구의 내부 및 제2확산억제막을 포함한 상부 전면에 제3확산억제막을 형성하는 단계; 상기 금속배선구 상의 제3확산억제막 및 불순물 함유 산화막을 선택적으로 식각하여 하부 금속배선의 일부분을 노출시키는 비아를 형성하는 단계; 및 비아를 금속물질로 매립하는 단계를 포함하여 반도체 소자를 제조한.
불순물, 층간절연막, 확산억제막

Description

반도체 소자 제조 방법 {Fabrication method of semiconductor device}
도 1a 내지 1c는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조 방법을 도시한 단면도이다.
본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 배선층 상부에 불순물 함유 산화막을 사용하여 절연체층을 형성하는 방법에 관한 것이다.
반도체 소자 제조 시 금속배선간의 절연 물질인 층간절연막을 형성하기 위해 플라즈마를 사용한 산화막 증착법이 보편적으로 많이 사용되고 있다. 점차 소자가 고집적화되고 또한 소자의 개발 속도가 빨라지면서 층간절연막의 유전상수(dielectric constant)를 낯출 필요성이 대두되었는데, 이는 층간절연막의 낮은 유전상수는 소자의 구동 속도를 향상시키는 이점이 있기 때문이다.
층간절연막의 유전상수를 낮추는 방법 중의 하나가 절연막을 이루는 물질 내에 불소(F)와 같은 불순물을 함유하는 것인데 불소가 함유된 절연막은 그 특성상 유전상수가 약 0.4 내지는 0.6 가량 감소한다.
그러나 불소의 이동속도가 빨라서 후속 열공정 등을 거치면서 불소가 산화막과 금속간의 계면에 쌓이면서 금속배선을 들뜨게 하거나 또는 확산방지용 산화막 내지는 금속막과 절연막과의 계면에서 누적되어 금속막 또는 산화막을 들뜨게 하는 단점이 있다. 즉, 불소가 과도한 누적으로 인해 산화막이나 금속막의 들뜸현상을 야기하게 된다.
이러한 불소의 확산을 억제하기 위하여 층간절연막과는 그 특성을 달리하는 확산방지용 절연막을 사용하기도 하는데, 보편적으로 실리콘나이트라이드가 많이 사용되나 충분한 블록(block)층 역할을 못하는 경우가 많이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 불소의 확산을 억제하기 위해 불소 농도를 낯출 경우에는 들뜸 현상이 발생할 확률이 상대적으로 감소하기는 하지만, 충분히 낯은 유전상수값을 얻지 못하는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 불순물 함유 산화막에서 불순물의 이동으로 인한 금속배선 및 산화막의 들뜸 현상을 방지하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 층간절연막으로서 형성하는 불순물 함유 산화막의 상부 및 하부에 확산억제막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 반도체 소자 제조 방법은, 하부 금속배선을 포함한 반도체 구조물 상부에 제1확산억제막, 불순물 함유 산화막, 및 제2확산억제막을 순차적으로 형성하는 단계; 제2확산억제막, 불순물 함유 산화막, 및 제1확산억제막을 선택적으로 식각하여 하부 금속배선의 일부분을 노출시키는 비아를 형성하는 단계;비아를 금속물질로 매립하는 단계를 포함하여 이루어진다.
여기서, 비아를 형성하기 전에, 제2확산억제막 및 불순물 함유 산화막을 선택적으로 식각하여 배선구를 형성하는 단계와, 배선구의 내부 및 제2확산억제막을 포함한 상부 전면에 제3확산억제막을 형성하는 단계를 수행하고, 제3확산억제막 및 불순물 함유 산화막을 선택적으로 식각하여 하부 금속배선의 일부분을 노출시키는 비아를 형성할 수도 있다.
확산억제막으로는 SiN, SiC, SiCN, SiON, SiOCN 으로 이루어진 군에서 선택된 한 물질 또는 두 물질 이상의 적층구조로서, 200-800Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
불순물 함유 산화막으로는 불소가 함유된 산화막, 탄소가 함유된 산화막, 불소와 탄소가 동시에 함유된 산화막, 및 불소, 탄소, 질소가 동시에 함유된 산화막 중에서 선택된 어느 한 물질로 형성하고, 불순물 함유 산화막 내에 함유된 불순물의 농도는 6% 이하이며, 불순물 함유 산화막을 형성할 때에는 350-450℃의 온도로 증착하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 반도체 소자 제조 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1a 내지 1c는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조 방법을 도시한 단면도이다.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(1)의 구조물, 즉 개별 소자가 형성된 반도체 기판 또는 금속 배선층 상부에 산화막 등으로 이루어진 하부절연막(2)을 형성하고, 하부절연막(2) 상에 금속배선막을 형성하고 패터닝하여 하부 금속배선(3)을 형성한다.
이어서, 하부 금속배선(3)을 포함한 상부 전면에 하부 산화막(4)을 형성한 후 하부 금속배선(3)이 노출될 때까지 하부 산화막(4)을 화학기계적 연마한다. 이로써 하부 절연막(2) 상에 하부 금속배선(3) 및 하부 산화막(4)을 형성한다.
다음, 하부 금속배선(3) 및 하부 산화막(4) 상에 제1확산억제막(5), 불순물 함유 산화막(6), 및 제2확산억제막(7)을 순차적으로 형성한다.
제1확산억제막(5) 및 제2확산억제막(7)으로는 SiN, SiC, SiCN, SiON, SiOCN 으로 이루어진 군에서 선택된 한 물질을 형성하거나, 또는 두 물질 이상의 적층구조로 형성할 수 있으며, 두께는 200-800Å이 되도록 한다. 가장 바람직하게는 제1확산억제막(5) 및 제2확산억제막(7)을 각각 500Å의 두께로 형성한다.
불순물 함유 산화막(6)은 층간절연막으로서 형성하는 것으로서, 불소가 함유된 산화막, 일예로 SiOxFy, 또는 탄소를 함유하는 산화막, 일예로 SiOx Cy, 불소와 탄소가 동시에 함유된 산화막, 및 불소, 탄소, 질소가 동시에 함유된 산화막 중에서 선택된 어느 한 물질로 형성하고, 이 때 불순물 함유 산화막(6) 내에 함유된 불순 물의 농도는 6% 이하로 한다.
또한, 불순물 함유 산화막(6)을 형성할 때에는 350-450℃의 온도로 증착하는 것이 바람직하다.
다음, 제2확산억제막(7) 및 불순물 함유 산화막(6)을 선택적으로 식각하여 비아홀을 형성할 수도 있고, 또는 다마신 공정을 적용하여 비아홀 형성 전에 금속배선구를 먼저 형성할 수도 있다.
여기서는 다마신 공정을 적용하는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다. 즉, 제2확산억제막(7) 상에 감광막을 도포하고 노광 및 현상하여 금속배선구로 예정된 영역을 노출시키는 제1감광막 패턴(8)을 형성한다.
다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제1감광막 패턴(8)을 마스크로 하여 노출된 제2확산억제막(7)과, 그 하부의 불순물 함유 산화막(6)을 소정두께 식각함으로써 금속배선구를 형성한다.
이어서, 배선구의 내부 및 제2확산억제막(7)을 포함한 상부 전면에 제3확산억제막(9)을 형성한다.
다음, 제3확산억제막(9) 상에 감광막을 도포하고 노광 및 현상하여 비아로 예정된 영역을 노출시키는 제2감광막 패턴(10)을 형성한다.
다음, 도 1c에 도시된 바와 같이, 제2감광막 패턴(10)을 마스크로 하여 노출된 제3확산억제막(9)과, 그 하부의 불순물 함유 산화막(6)을 식각함으로써 하부 금속배선(3)을 노출시키는 비아(100)를 형성한다.
이어서, 비아(100)의 내부 및 제3확산억제막(9)을 포함한 상부 전면에 베리 어금속막(11)을 200Å 내지 500Å의 두께로 형성하고, 베리어 금속막(11) 상에 비아(100) 및 금속배선구의 내부를 충분히 매립하도록 구리(12)을 두껍게 증착한 후, 제3확산억제막(9)이 노출될 때까지 구리(12)를 화학기계적 연마하여 제거한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 불순물 함유 산화막의 상부 및 하부에 확산억제막을 형성하므로, 불순물 함유 산화막으로부터 불순물이 확산되어 나오는 것을 방지하여 불순물로 인한 금속배선 및 산화막이 들뜨는 현상을 방지하는 효과가 있다.
따라서, 금속배선 및 산화막의 들뜸 현상에 기인한 소자의 불량발생률 감소를 방지하여 수율을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 하부 금속배선을 포함한 반도체 구조물 상부에 제1확산억제막, 불순물 함유 산화막, 및 제2확산억제막을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 제2확산억제막 및 불순물 함유 산화막을 선택적으로 식각하여 배선구를 형성하는 단계; 및
    상기 배선구의 내부 및 상기 제2확산억제막을 포함한 상부 전면에 제3확산억제막을 형성하는 단계를 수행하고,
    상기 제3확산억제막 및 불순물 함유 산화막 및 제1확산억제막을 선택적으로 식각하여 상기 하부 금속배선의 일부분을 노출시키는 비아를 형성하는 단계;
    상기 비아를 금속물질로 매립하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 확산억제막으로는 SiN, SiC, SiCN, SiON, SiOCN 으로 이루어진 군에서 선택된 한 물질 또는 두 물질 이상의 적층구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 확산억제막은 200-800Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 불순물 함유 산화막으로는 불소가 함유된 산화막, 탄소가 함유된 산화막, 불소와 탄소가 동시에 함유된 산화막, 및 불소, 탄소, 질소가 동시에 함유된 산화막 중에서 선택된 어느 한 물질로 형성하며, 상기 불순물 함유 산화막 내에 함유된 불순물의 농도는 6% 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 불순물 함유 산화막을 형성할 때에는 350-450℃의 온도로 증착하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 비아를 금속물질로 매립하기 전에, 상기 비아의 내벽에 베리어막을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 방법.
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