KR19980016862A - 보이드를 방지하기 위한 층간 절연막 평탄화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 SOG막을 층간 절연막으로 사용하여 금속배선들 사이의 좁은 스페이스를 완전히 채워 층간 절연막내에 보이드가 발생하는 것을 방지하여 보이드로 인한 반도체 칩의 불량을 사전에 예방하고, 또한 SOG 층간 절연막을 CMP 방식에서 폴리싱 앤드 포인트 경계로 활용하여 반도체 칩의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

보이드(Void)를 방지하기 위한 층간 절연막 평탄화 방법

본 발명은 반도체 제조 방법중 평탄화 공정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 SOG(Spin On Glass)막질을 층간 절연막으로서 사용하여 표면을 평탄화 하여 층간 절연막에 보이드가 발생되는 것을 방지하도록 한 보이드(Void)를 방지하기 위한 층간 절연막 평탄화 방법에 관한 것이다.

반도체 칩은 금속 배선 패턴에 의해 상호접속되는 도전단자들을 갖는 디바이스들의 어레이이다. 초대규모 집적(VLSI) 칩에서 이러한 금속 배선 패턴들은 다층구조를 가지며, 각 배선층은 층간 절연막에 의해 다른 도전층과 절연된다. 서로 다른 배선층들은 층간 절연막의 관통홀(via hole)내의 도전층에 의해 상호접속된다.

VLSI 칩의 크기가 작아지고 배선층들의 수가 증가함에 따라 각 층에서의 표면 굴곡(surface irregularities)은 다음 층으로 전해지고, 이어지는 각 층의 표면을 더욱 불규칙하게 한다. 이러한 굴곡은 표면상에 형성된 형상을 일그러뜨려, 레벨 대 레벨의 정렬을 어렵게 만든다.

이와 같이 굴곡진 층 표면을 평탄화하는 방법으로 CMP라고도 하는 화학적-기계적 폴리싱(Chemical-Mechanical Polishing)이 있다. CMP는 용액내의 슬러리로 알려진 연마제를 웨이퍼 표면에 적용하여 이 표면을 폴리싱하는 것을 포함한다. 용액내 부가물들은 표면 물질과 화학적으로 반응하고, 표면을 연화하여 연화된 표면의 가장 높은 부분이 연마 입자에 의해 제거된다.

도 1은 종래의 층간절연막의 평탄화 방법을 나타낸 단면 공정도이다.

도 1A에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(1)의 전면에 금속층을 형성한 후 사진식각법을 이용하여 상기 금속층을 선택적으로 에칭하여 제 1 금속배선층(3)을 형성시키고, 상기 금속배선층(3)상에 이물질이 침투하는 것을 방지하기 위해서 반도체 기판(1)의 전면 위에 예를 들어 PEOX(Plasma Enhanced Oxide)막을 증착하여 보호막(5)을 형성시킨다. 이때, 보호막(5)의 표면 굴곡이 매우 심한 상태이다.

이후, 도 1B에 도시된 바와 같이 층간 절연과, 금속과 금속사이의 스페이스를 채우기 위하여 상기 보호막(5)의 전면 위에 예를 들어 O3-TEOS(O3-Tetra Ethyl Orthosilicate)막을 두껍게 증착하여 층간 절연막(7)을 형성한다. 하지만, 층간 절연막(7)의 표면 굴곡이 어느정도 개선되었으나 여전히 심한 상태이다.

도 1C에 도시된 바와 같이, 층간 절연막(7)을 평탄화하기 위해 층간 절연막(7)의 전면 위에 예를 들어 PEOX막과 같은 산화막을 비교적 두껍게 증착하여 희생막질로 사용될 절연막(9)을 형성한다. 이때, 금속배선층들(3)사이의 스페이스 간격이 좁은 부분에서는 층간 절연막들(7) 사이의 스페이스에 절연막(9)이 채워지지 않아 보이드(10)가 발생된다.

이어서, 절연막(9)을 식각하여 도 1D에 도시된 바와 같이 CMP 방식을 이용하여 절연막(9)을 층간 절연막(7)이 소정의 두께까지 제거될 때까지 연마하여 층간 절연막(7)의 표면을 평탄화 한다. 이후 제 2 금속배선층을 형성하기 위해서 평탄화된 층간절연막(7)의 전면 위에 일정두께로 다시 PEOX를 증착하여 산화막(11)을 형성한다.

그러나, 금속배선층(3)과 금속배선층(3)간의 스페이스 간격이 좁은 부분에서는 절연막(9)이 층간 절연막(7) 사이의 스페이스에 증착되지 못하여 보이드(10)가 발생하게 되고, 절연막(9)이 CMP 공정에 의해 연마되어도 그대로 남아 있게 된다. 보이드(10)는 외부 가스나 습기의 침투를 유발하여 소자들의 성능을 저하시키고, 최종적으로 반도체 장치의 선뢰성을 저하시켜 왔다.

또한, 층간 절연층(7)과 절연층(9)의 식각 속도가 서로 동일함으로 CMP 공정의 폴리싱 앤트 포인트 경계선을 설정하는데 어려움이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 좁은 간격의 스페이스 사이에 잘 흘러들어가는 SOG(Spin On Glass)를 사용하여 평탄화를 위한 층간 절연막 내에 보이드가 발생되는 것을 방지하여 제품의 신뢰성을 향상시키고, 또한 SOG 층간 절연층을 사용하여 폴리싱 앤드 포인트 경계선을 용이하게 설정하도록 한 보이드를 방지하기 위한 층간 절연막 평탄화 방법을 제공하는데 있다.

도 1(A)내지 도 1(D)는 종래의 층간절연막의 평탄화 방법을 나타낸 공정 흐름 단면도,

도 2(A)내지 도 1(D)는 본 발명에 의한 보이드를 방지하기 위한 층간 절연막 평탄화 방법을 나타낸 공정 흐름 단면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

23 : 제 1 금속배선층25: 보호막

27 : SOG 층간 절연막31 : 산화막

이와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 반도체 기판 위에 소정의 두께를 갖는 금속배선막을 형성하는 공정과, 상기 금속 배선막 위에 보호막을 형성하는 공정과, 상기 보호막 위에 SOG 막질을 사용하여 층간 절연막을 형성하는 공정과, 상기 층간 절연막 위에 희생막을 형성하는 공정과, 상기 희생막을 식각하여 평탄화하는 공정과, 평탄화된 층간 절연막 위에 소정의 두께로 산화막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 의한 보이드를 방지하기 위한 층간 절연막 평탄화 방법을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 보이드를 방지하기 위한 층간 절연막 평탄화 방법을 나타낸 단면 공정도이다.

도 2A에 도시된 바와 같이 반도체 기판(21)의 전면 위에 금속층을 형성한 후 사진식각법을 이용하여 상기 금속층을 선택적으로 에칭하여 제 1 금속배선층(23)을 형성시키고, 상기 제 1 금속배선층(23)상에 이물질이 침투하는 것을 방지하기 위해서 반도체 기판(21)의 전면 위에 예를 들어 PEOX(Plasma Enhanced Oxide)막을 증착하여 보호막(25)을 형성시킨다.

이후, 도 2B에 도시된 바와 같이 층간 절연과 금속과 금속사이의 스페이스를 채우기 위하여 스핀 코팅에 의하여 상기 보호막(25)의 전면 위에 SOG막을 도포한 후 경화시켜 층간 절연막(27)을 형성한다. 이때, 층간 절연막(27)은 금속배선층들(23) 사이의 스페이스 간격이 좁은 부분에 해당하는 보호막들(25) 사이의 스페이스에도 완전히 채워진다. 하지만, 층간 절연막(27)의 표면은 여전히 평탄화되어 있지 않다.

도 1C에 도시된 바와 같이, PEOX막과 같은 산화막을 증착하여 희생막질로 사용되는 절연막(29)을 형성한다.

이어서, 도 1D에 도시된 바와 같이 CMP 방식을 이용하여 절연막(29)을 연마하여 층간 절연막(27)의 표면을 평탄화 한다. 이후 제 2 금속배선층을 형성하기 위해서 평탄화된 층간 절연막(27)의 전면 위에 일정두께로 다시 PEOX를 증착하여 산화막(31)을 형성한다. 절연막(29)과 층간 절연막(27)의 식각 속도가 다르므로 CMP 방식에서 폴리싱 앤드 포인트 경계가 용이하게 확인될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 SOG막을 층간 절연막으로 사용하여 좁은 금속배선층들 사이의 스페이스를 완전히 채울 수 있으므로 층간 절연막내에 보이드가 발생되는 것을 방지할 수 있고, 또한 CMP 방식에서 폴리싱 앤드 포인트 경계로 사용할 수 있어 반도체 칩의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 반도체 기판 위에 금속배선층들을 형성하는 공정과, 상기 금속 배선막 위에 보호막을 형성하는 공정과, 상기 보호막 위에 SOG(spin on glass) 층간 절연막을 형성하는 공정과, 상기 층간 절연막 위에 희생막질로서 절연막을 형성하는 공정과, 상기 희생막질인 절연막을 연마하는 공정을 포함하는 보이드를 방지하기 위한 층간 절연막 평탄화 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 SOG의 층간 절연막을 폴리싱 앤드 포인트 경계로 사용하는 것을 특징으로 하는 보이드를 방지하기 위한 층간 절연막 평탄화 방법.