KR19990004108A

KR19990004108A - 반도체 장치의 층간 절연층 형성 방법

Info

Publication number: KR19990004108A
Application number: KR1019970028122A
Authority: KR
Inventors: 이승재
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 1999-01-15

Abstract

반도체 장치의 층간 절연층 형성 방법을 개시한다. 본 발명은, 반도체 기판 상에 금속층 패턴을 형성하고 상기 금속층 패턴 상에 플루오로실리케이트 유리층(Fluorosilicate glass layer)을 형성한다. 이후에, 상기 플루오로실리케이트 유리층을 질소(N₂) 가스 또는 암모니아(NH₃) 가스를 포함하는 가스를 플라즈마 소오스(plasma source)로 이용하여 플라즈마 처리(plasma treatment)한다. 이후에 상기 플라즈마 처리된 플루오로실리케이트 유리층 상에 상기 플라즈마 처리하는 단계와 인 시튜(in-situ)로 흡습 방지층을 더 형성할 수 있다.

Description

반도체 장치의 층간 절연층 형성 방법.

본 발명은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 층간 절연층 형성 방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 고집적화에 따라 디자인 룰(design rule)이 감소하고 있다. 이에 따라, 반도체 장치에 요구되는 다층 배선을 형성하는 데 있어서, 도전층, 즉, 금속층간을 절연시키는 금속층간 절연층(IMD;InterMetal Dielectric layer) 또는 층간 절연층의필링(gap filling), 평탄도(planarity) 및 금속층과의 계면에서의 특성 등이 중요시되고 있다.

이러한 금속층간 절연층을 형성하는 공정으로는 플라즈마 방법으로 산화층을 형성한 후 화학적 기계적 연마(CMP;Chemical Mechanical Polishing) 방법을 이용하여 평탄화하는 방법이 있다. 또는 O₃-TEOS USG(TetraEthyl OrthoSilicate Undoped Silicate Glass)층 또는 고밀도 프라즈마(high density plasma)를 이용한 HDP 산화층(High Density Plasma oxide layer)을 이용하는 방법이 있다.

그러나, 반도체 장치가 고집적화됨에 따라 보다 낮은 유전 상수를 가지며 보다 우수한필링 능력 및 스커버리지(step coverage)를 얻을 수 있는 층간 절연층이 요구되고 있다. 이에 따라 플루오로실리케이트 유리층(Fluorosilicate glass layer;이하 'FSG층'이라 일컫는다)을 층간 절연층으로 이용하는 방법이 제안되고 있다.

상기 FSG층은 플라즈마 방법에 의한 산화층이나 상압에서 도포되는 산화층보다 낮은 유전 상수를 가지며 높은필링 능력 및 스커버리지를 가지고 있다. 그러나, 상기 FSG층은 그 포함하는 불소(fluorine) 원자의 양에 따라 그 층의 특성이 불안정한 단점이 있다. 이에 따라 상기 FSG층은 대기중에 노출될 때 흡습(moisture asorption)의 특성을 나타낸다. 이에 따라, 상기 흡습에 의해 상기 FSG층은 압축 스트레스(compressive stress)에서 인장 스트레스(tensile stress)로의 변이를 보이는 스트레스 천이(stress shift) 현상을 보인다. 또한 유전 상수가 증가하고 불소 원자의 확산(diffusion)에 의한 상기 FSG층과 접촉하고 있는 도전층, 즉, 금속층이 침식(corrosion)되는 문제점이 발생할 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 FSG층의 흡습 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 또한 유전 상수의 증가 및 스트레스 천이와 같은 그 층의 특성 저하를 억제하며 FSG층을 형성할 수 있는 층간 절연층 형성 방법을 제공하는 데 있다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 층간 절연층 형성 방법을 설명하기 위해서 도시한 단면도들이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 기판 상에 금속층 패턴을 형성하고 상기 금속층 패턴 상에 플루오로실리케이트 유리층(Fluorosilicate glass layer)를 형성한다. 이후에, 상기 플루오로실리케이트 유리층을 질소(N₂) 가스 또는 암모니아(NH₃) 가스를 포함하는 가스를 플라즈마 소오스로 이용하여 플라즈마 처리한다. 이때, 상기 플라즈마 처리 단계는 상기 플루오로실리케이트 유리층을 형성하는 단계와 인 시튜(in-situ)로 대략 400℃의 온도 조건에서 수행된다. 이후에 상기 플라즈마 처리된 플루오로실리케이트 유리층 상에 상기 플라즈마 처리하는 단계와 인 시튜(in-situ)로 흡습 방지층을 더 형성할 수 있다. 이때, 상기 흡습 방지층은 플라즈마 방법을 이용하여 형성된다.

본 발명에 따르면 플루오로실리케이트 유리층 상에 플라즈마 처리함으로써 상기 플루오로실리케이트 유리층의 흡습을 억제할 수 있다. 또한, 플라즈마 처리된 상기 플루오로실리케이트 유리층 상에 흡습방지층을 더 형성함으로써 흡습을 더욱 더 억제할 수 있다. 따라서 종래의 유전 상수 증가 및 스트레스 천이와 같은 특성 저하를 방지할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1내지 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 콘택홀 형성 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.

도 1은 반도체 기판(100) 상에 금속층 패턴(200)을 형성하는 단계를 나타낸다.

구체적으로, 반도체 기판(100) 상에 게이트(gate), 비트 라인(bit line) 등과 같은 하부 구조(도시되지 않음)를 형성한다. 이후에 상기 하부 구조 또는 반도체 기판(100)에 연결되는 금속층 패턴(200)을 스퍼터링(sputtering) 방법 또는 화학 기상 증착(CVD;Chemical Vapour Deposition) 방법을 이용하여 형성한다.

도 2는 금속층 패턴(200) 상에 FSG층(300)을 형성하는 단계를 나타낸다.

금속층 패턴(200) 상에 불소(F) 공급원을 포함하는 반응 가스를 이용하여 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) 방법과 같은 CVD방법으로 FGS층(300)을 형성한다. 예컨대, 육불화 이탄소(C₂F₆) 가스 및 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)를 포함하는 반응 가스를 이용하여 상기 FGS층(300)을 형성한다.

도 3은 FSG층(300)을 플라즈마 처리하는 단계를 나타낸다.

구체적으로, 질소(N₂) 가스 또는 암모니아(NH₃) 가스를 포함하는 가스를 플라즈마 소오스(plasma source)로 하여 상기 FSG층(300)층을 플라즈마 처리(plasma treatment)한다. 이때, 대략 400℃의 온도 조건에서 상기 질소 가스 또는 암모니아 가스를 활성화시켜 상기 FSG층(300)의 표면을 옥시나이트라이드(oxynitride)화 처리한다. 부가하여 상기 플라즈마 처리는 상기 FSG층(300)을 형성하는 단계와 인 시튜(in-situ)로 수행한다.

이와 같은 플라즈마 처리에 의해 상기 FSG층(300)은 개질되어 흡습의 특성이 억제된다. 따라서 종래의 스트레스 천이 및 유전 상수의 변화를 억제할 수 있다. 또한, 불소 원자의 확산에 의한 상기 금속층 패턴(200)의 침식을 방지할 수 있다. 부가하여, 상기 옥시나이트라이드화에 의해서 이후에 상기 FSG층(300) 상에 형성되는 금속층과의 접착 특성(adhesion property)이 보다 더 양호해진다. 따라서 이후에 형성되는 금속층과의 계면에서 금속층의 침식과 같은 계면 불량의 발생을 억제할 수 있다.

도 4는 플라즈마 처리된 FSG층(300) 상에 흡습 방지층(400)을 형성하는 단계를 나타낸다.

플라즈마 처리된 FSG층(300) 상에 FSG층(300)의 후속 흡습을 보다 더 방지하기 위해서, 상기 플라즈마 처리하는 단계와 인 시튜(in-situ)로 대략 300Å 내지 500Å 정도의 두께로 흡습 방지층(400)을 형성한다. 이때, 상기 흡습 방지층(400)으로 TEOS(TetraEthyl OrthoSilicate) 가스를 플라즈마 소오스로 이용하여 형성되는 플라즈마 강화 TEOS(Plasma Enhance TetraEthyl OrthoSilicate)층을 이용한다. 또는 실란(SiH₄) 가스를 플라즈마 소오스로 이용하여 형성되는 플라즈마 강화 SiH₄(Plasma Enhance Silane)층을 이용한다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해서 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

상술한 본 발명에 따르면, FSG층을 형성한 후 질소(N₂) 가스 또는 암모니아(NH₃) 가스를 포함하는 가스를 플라즈마 소오스로 이용하여 플라즈마 처리함으로써, 상기 FSG층의 흡습 특성을 억제할 수 있다. 따라서, 흡습에 의한 스트레스 천이 및 유전 상수의 증가의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 처리에 의해 상기 FSG층 표면의 옥시나이트라이드화에 의해서 이후의 금속층과의 계면 특성이 개선된다. 따라서 종래의 금속층과의 계면에서의 금속층의 침식과 같은 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 플라즈마 처리된 FSG층 상에 플라즈마 방법에 의해서 형성되는 흡습 방지층을 더 형성함으로써, 상기 FSG층의 흡습 특성을 보다 더 억제할 수 있다. 따라서, 흡습 특성에 의한 스트레스 천이 및 유전 상수의 증가의 발생을 방지할 수 있다. 이와 같이 안정적인 특성을 나타내는 FSG층을 구현할 수 있다.

Claims

반도체 기판 상에 금속층 패턴을 형성하는 단계; 상기 금속층 패턴 상에 플루오로실리케이트 유리층(Fluorosilicate glass layer)를 형성하는 단계; 및 상기 플루오로실리케이트 유리층을 질소(N₂) 가스 또는 암모니아(NH₃) 가스를 포함하는 가스를 플라즈마 소오스로 이용하여 플라즈마 처리하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 층간 절연층 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 플라즈마 처리하는 단계 이후에 상기 플라즈마 처리된 플루오로실리케이트 유리층 상에 상기 플라즈마 처리하는 단계와 인 시튜(in-situ)로 흡습 방지층을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 층간 절연층 형성 방법.