KR100945497B1 - 고밀도플라즈마 장비를 이용한 배선간의 절연막 매립방법 - Google Patents

고밀도플라즈마 장비를 이용한 배선간의 절연막 매립방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고밀도플라즈마(High Density Plasma) 장비를 이용한 배선간의 절연막 매립방법을 개시한다. 개시된 개시된 본 발명의 방법은, 증착 및 식각이 동시에 이루어지는 고밀도플라즈마 장비를 이용한 절연막의 증착시, 증착 초기에는 막 식각이 이루어지지 않는 조건하에서 1차로 절연막을 증착하며, 이어서, 막 증착이 이루어지지 않는 조건하에서 갭 오픈이 이루어지도록 증착된 막의 식각을 행하고, 그리고나서, 막 증착 및 식각이 동시에 이루어지는 조건하에서 배선간의 완전 매립이 이루어지도록 절연막을 2차로 증착하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, HDP 장비를 이용한 절연막의 증착 초기에는 막 증착이 수행된 후, 막 식각이 이루어지도록 하여 증착된 막이 식각 베리어로서의 역할을 하도록 함으로써, 클리핑 현상을 최소화시킬 수 있으며, 이에 따라, 후속하는 SAC 공정에서의 페일 발생을 방지할 수 있다.

Description

고밀도플라즈마 장비를 이용한 배선간의 절연막 매립방법{Dielectric film gap-fill method between wiring lines using high density plasma equipment}
도 1은 고밀도플라즈마 장비를 이용한 절연막 증착 공정의 원리를 설명하기 위한 모식도.
도 2는 고밀도플라즈마 장비를 이용한 절연막 증착 공정에서 배선 상단 모서리에서의 질화막 손실이 일어난 상태를 보여주는 사진.
도 3 및 도 4는 고밀도플라즈마 장비를 이용한 배선간 절연막 매립방법에서의 증착/식각의 각도 의존성 및 각도에 따른 투사 이온 에너지를 도시한 도면.
도 5는 배선 상단 모서리에서 클리핑이 발생된 상태를 보여주는 사진.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 고밀도플라즈마 장비를 이용한 배선간 절연막의 매립방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 반도체 소자의 사진.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
61 : 반도체 기판 62 : 배선
63 : 질화막 64 : 절연막
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 고밀도플라즈마(High Density Plasma) 장비를 이용한 배선간의 절연막 매립방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 반도체 소자의 고집적화에 따라 배선(wiring line)과 배선 사이의 간격은 점점 좁아지고 있으며, 반면, 배선의 높이는 점점 높아지고 있다. 이에 따라, 배선간의 절연막 매립(gap-fill)에 대한 문제와, 산화막과 질화막의 식각 선택비(etching selectivity)를 이용한 자기정렬콘택(Self-Align Contact) 공정에서의 배선의 높이와 배선의 상단 모서리 부위에 남는 질화막 두께가 반도체 소자의 신뢰성 및 제조수율을 확보하는데 중요하게 되었다.
한편, 상기 배선간의 절연막 매립에 대한 문제를 해결하기 위해 고밀도플라즈마(High Density Plasma : 이하, HDP) 장비를 이용한 절연막(dielectric film) 증착 공정이 제안되었다. 이러한 HDP 장비를 이용한 절연막 증착 공정은 종래의 다른 절연막 증착 공정인 CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정에 비해 매립 특성이 매우 뛰어나다.
자세하게, 상기 HDP 장비를 이용한 절연막 증착 공정은, 도 1에 도시된 바와 같이, 절연막(4)의 증착과 증착된 절연막(4)의 식각이 동시에 이루어지기 때문에 계속적으로 갭(gap)을 열어줄 수 있어 에스펙트 비(aspect ratio)가 높은 갭에 대해서도 절연막(4)의 매립이 가능하게 할 수 있다. 도 1에서, 미설명된 도면부호 1은 반도체 기판, 2는 배선을 각각 나타낸다.
그러나, 상기 HDP 장비를 이용한 절연막 증착 공정은 매립의 한계성으로 인해, 도 2에 도시된 바와 같이, 배선(2)의 상단 모서리에 있는 질화막(3)이 크게 손실되는 현상을 유발할 수 있고, 이로 인해, 후속의 SAC 공정에서 페일(fail)을 유발할 수 있다.
즉, HDP 장비를 이용한 절연막 증착 공정은 절연막의 증착시에 배선의 상단 모서리에 있는 질화막의 손실을 유발하기 때문에 이렇게 손실된 질화막은 후속의 SAC 공정에서 그 역할을 제대로 하지 못하게 되고, 이로 인해, 배선 손실은 물론 이웃하는 콘택(contact) 배선간의 전기적 쇼트가 일어남으로써, 결국, SAC 페일을 유발하게 된다.
한편, SAC 페일을 예방하기 위한 방법으로서 종래에는 배선의 두께를 증가시키는 방법을 이용하고 있다. 그런데, 이러한 방법은 식각 공정 이후에 배선의 쓰러짐(collapse)이 유발될 뿐만 아니라, 배선 폭의 제어 문제로 인해 그 이용에 어려움이 있다.
결국, 종래의 HDP 장비를 이용한 배선간 절연막의 매립 공정에서는 배선 상단 모서리에서의 질화막 손실을 피할 수 없으며, 이로 인해, SAC 페일을 방지함에 어려움이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배선 상단 모서리에서의 질화막 손실을 후속 SAC 공정에 지장이 없을 정도로 최소화시킬 수 있는 HDP 장비를 이용한 배선간의 절연막 매립방법을 제공함에 그 목적 이 있다.
또한, 본 발명은 배선 상단 모서리에서의 질화막 손실을 최소화시킴으로써 SAC 페일의 발생을 방지할 수 있는 HDP 장비를 이용한 배선간의 절연막 매립방법을 제공함에 그 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 증착 및 식각이 동시에 수행되는 고밀도플라즈마 장비를 이용한 절연막의 증착시, 증착 초기에는 막 식각이 이루어지지 않는 조건하에서 1차로 절연막을 증착하며, 이어서, 막 증착이 이루어지지 않는 조건하에서 갭 오픈이 이루어지도록 증착된 막의 식각을 행하고, 그리고나서, 막 증착 및 식각이 동시에 이루어지는 조건하에서 배선간의 완전 매립이 이루어지도록 절연막을 2차로 증착하는 것을 특징으로 하는 고밀도플라즈마 장비를 이용한 배선간의 절연막 매립방법을 제공한다.
여기서, 상기 막 증착시 소오스 가스는 250∼350sccm으로 흘려주며, 상기 증착된 막의 식각시 HF 파워는 2kW 이하로 하면서 식각 가스로서 O2, He, N2 또는 Ar 중 어느 하나의 불활성 가스를 250sccm 이하로 흘려준다.
본 발명에 따르면, HDP 장비를 이용한 절연막의 증착 초기에는 막 증착이 수행된 후, 막 식각이 이루어지도록 하여 증착된 막이 식각 베리어로서의 역할을 하도록 함으로써, 클리핑 현상을 최소화시킬 수 있으며, 이에 따라, 후속하는 SAC 공정에서의 페일 발생을 방지할 수 있다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
HDP 장비를 이용한 절연막 증착 공정은 막 증착과 막 식각을 동시에 수행하는 공정으로서, 이때, 증착 및 식각의 주요한 특징은 대상 표면에 대한 이온(Ion) 및 전자(Electron)의 각도 의존성이다.
즉, 도 3 및 도 4는 HDP 장비를 이용한 절연막 증착 공정에서의 증착 및 식각의 각도 의존성 및 각도에 따른 투사 이온 에너지를 도시한 도면들로서, 도 3 및 도 4로부터 투사 이온 에너지에 따른 식각의 최대치는 40∼60°사이에서 나타난다는 것을 알 수 있으며, 이 경우, 도 5에서 보여지는 바와 같이 배선(2)의 상단 모서리에서 과다 식각으로 인해 클리핑(clipping) 현상이 발생하게 되고, 이에 따라, 후속 SAC 공정에서 페일을 유발하게 된다.
따라서, 본 발명은 종래의 HDP 장비를 이용한 절연막 증착 공정시 배선의 상단 모서리에서 과다 식각이 일어나는 것을 방지함으로써 클리핑 현상이 일어나는 것이 최소화되도록 하고, 이를통해, 후속 SAC 공정에서의 페일 발생을 억제시킨다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 HDP 장비를 이용한 배선간의 절연막 매립방법을 설명하기 위한 공정별 단면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 6a도시된 바와 같이, 배선들(62)이 형성된 반도체 기판(61) 상에 HDP 장비를 이용하여 절연막(64)을 1차로 증착한다. 이때, 상기 절연막(64)의 증착은 소오스 가스를 250∼350sccm으로 흘려주면서 막 증착만이 수행될 뿐, 막 식각은 동시에 수행되지 않는 조건으로 수행한다. 이렇게 하면, 상기 절연막(64)은 배선(62)의 상단 모서리에서 후속하는 절연막의 추가 증착시에 식각 베리어의 역할을 하게 된다.
다음으로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 1차로 증착된 절연막(63)에 대해 HF 파워를 2kW 이하로 하면서 식각 가스로서 O2, He, N2 또는 Ar 중 어느 하나의 불활성 가스를 250sccm 이하로 흘려주어 식각을 행하고, 이를 통해, 갭을 오픈시킨다. 이때, 전술한 바와 같이, 1차 증착된 절연막(63)이 식각 베리어의 역할을 하게 되므로, 갭이 오픈될 뿐, 배선(62) 상단 모서리에서의 질화막(63) 손실은 일어나지 않거나 최소화된다.
이어서, 도 6c에 도시된 바와 같이, 막 증착 및 막 식각을 동시에 수행하는 조건으로 HDP 장비를 이용한 절연막(64) 증착을 행하고, 이를 통해, 배선들(62) 사이의 갭을 완전히 매립시킨다.
도 7은 본 발명에 따라 배선간의 절연막 매립이 이루어진 반도체 소자를 보여주는 사진으로서, 도시된 바와 같이, 배선(62)의 상단 모서리에서 손실 발생없이 갭이 절연막(64)으로 완전히 매립되었음을 볼 수 있다.
결과적으로, 본 발명은 막 증착 및 막 식각이 동시에 수행되는 HDP 장비를 이용한 절연막 증착 공정의 원리를 일부 변경하여 공정 초기에는 막 증착이 수행된 후, 막 식각이 이루어지도록 함으로써, 배선 상단 모서리의 손실을 억제 또는 최소화시킬 수 있으며, 이에 따라, 후속하는 SAC 공정에서의 페일 유발을 효과적으로 방지할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명은 HDP 장비를 이용하여 절연막을 증착하되, 1차로 절연막만을 증착한 후, 식각이 이루어지도록 하고, 이어서, 2차로 증착 및 식각이 동시에 수행되는 조건으로 절연막을 증착함으로써 절연막 증착시의 과도 식각으로 인한 배선 상단 모서리에서의 손실 발생을 최소화 또는 억제시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 배선 상단 모서리에서의 손실을 억제시킬 수 있으므로, 후속하는 SAC 공정에서의 페일 발생을 방지할 수 있으며, 이에 따라, 소자 신뢰성 및 제조수율을 향상시킬 수 있다.
기타, 본 발명은 그 요지가 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (4)

  1. 증착 및 식각이 동시에 수행되는 고밀도플라즈마 장비를 이용한 절연막 매립방법에 있어서,
    증착 초기에는 막 식각이 이루어지지 않는 조건하에서 1차로 절연막을 증착하며, 이어서, 막 증착이 이루어지지 않는 조건하에서 갭 오픈이 이루어지도록 증착된 막의 식각을 행하고, 그리고나서, 막 증착 및 식각이 동시에 이루어지는 조건하에서 배선간의 완전 매립이 이루어지도록 절연막을 2차로 증착하는 것을 특징으로 하는 고밀도플라즈마 장비를 이용한 배선간의 절연막 매립방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 막 증착시 소오스 가스는 250∼350sccm으로 흘려주는 것을 특징으로 하는 고밀도플라즈마 장비를 이용한 배선간의 절연막 매립방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 증착된 막의 식각은
    HF 파워를 2kW 이하로 하면서 식각 가스로서 O2, He, N2 및 Ar으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 불활성 가스를 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 고밀도플라즈마 장비를 이용한 배선간의 절연막 매립방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 불활성 가스는 250sccm 이하로 흘려주는 것을 특징으로 하는 고밀도플라즈마 장비를 이용한 배선간의 절연막 매립방법.
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