KR20020085397A - 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
콘택 또는 비아가 형성된 층간 절연막 상부에 제1 금속 배선을 형성하고, 제1 금속 배선을 포함한 층간 절연막 상부 전면에 제1 산화막을 형성한 후, SOG막을 형성한다. 다음, SOG막을 평탄화하여 제1 금속 배선 패턴 사이에 잔류하는 SOG막을 제1 금속 배선 상부의 제1 산화막과 동일한 높이 또는 그 이하의 높이가 되도록 한다. 이렇게 하면, 제1 금속 배선 상부에는 SOG막이 제거되어 제1 산화막이 노출된다. 다음, 제1 산화막과 SOG막 위에 제2 산화막을 증착한 후, 사진 식각 공정을 통하여 제2 산화막과 제1 산화막을 차례로 제거하여 제1 금속 배선을 드러내는 비아 홀을 형성한다. 다음, 비아 홀을 텅스텐과 같은 금속으로 채우고 그 위에 제1 금속 배선과 연결되는 제2 금속 배선을 형성한다. 이와 같이 본 발명에서는 비아 홀의 측벽에 SOG막이 노출되어 있지 않기 때문에 후속 공정인 열처리 공정에서 SOG막의 수분 또는 화학 물질이 비아 홀로 확산되지 않으므로 안정된 전기적 특성을 갖는 비아 홀을 형성할 수 있으며, 이에 따라 소자의 내구성이 향상된다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다층 금속 간에 형성되어 있는 비아(via)의 페일(fail)을 방지하는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 규소 기판 상부에 다결정 규소 등으로 이루어진 게이트 전극이 형성되어 있으며, 게이트 전극을 중심으로 기판의 양쪽에는 불순물이 도핑되어 있는 소스 및 드레인 영역이 형성되어 있다. 이와 같은 게이트 전극과 소스 및 드레인 영역은 기판의 상부에 형성되어 있는 층간 절연막의 콘택 홀(contact hole)을 통하여 외부의 배선과 연결되어 있다.
한편, 반도체 소자가 고집적화될수록 절연막과 금속 배선층을 다층으로 형성하고 각 배선층을 절연막에 형성된 비아 홀을 통해 연결하고 있다.
이와 같이 콘택 홀 또는 비아 홀의 형성 공정에서 층간 절연막의 증착 이전에 하부 박막 패턴 사이의 국부적 평탄화를 위하여 절연막 중에서는 평탄도가 우수하며 유전율이 낮은 SOG(spin on glass) 물질을 많이 사용하고 있다.
그러면, 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 그 순서에 따라 차례로 도시한 단면도이다.
먼저, 도 1a에서와 같이, 콘택 또는 비아가 형성된 층간 절연막(100) 상부에 금속 또는 도전체층을 증착하고, 그 위에 감광막을 도포한 후 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 실시하여 콘택 또는 비아에 접속되는 금속 배선(120)을 형성한다. 다음, 층간 절연막(100) 상부 전면에 화학 기상 증착법을 이용하여 제1 산화막(140)을 형성한다. 다음, 제1 산화막(140) 위에 SOG막(160)을 형성한 후, 화학 기상 증착법을 이용하여 제2 산화막(180)을 형성한다.
다음, 도 1b에서와 같이, 제2 산화막(180) 위에 감광막을 도포하고 사진 공정을 실시하여 감광막 패턴(200)을 형성한다.
다음, 도 1c에서와 같이, 감광막 패턴(200)으로 가려지지 않고 노출되어 있는 제2 산화막(180)과 그 하부의 SOG막(160) 및 제1 산화막(140)을 차례로 식각하여 비아 홀(220)을 형성한 후 남아 있는 감광막 패턴(200)을 제거하면 도 1d에서와 같이, 비아 홀(220)을 통해 금속 배선(120)이 노출된다.
이와 같이 형성된 비아 홀(220)에는 금속 또는 도전체층이 채워지고 이후제2 산화막(180) 상부에 형성되는 형성되는 배선층(도시하지 않음)과 연결된다.
한편, 비아 홀(220)을 형성한 후 비아 홀(220)의 측벽(240)에는 SOG막(160)이 노출되어 있는데, 이는 후속 열처리 공정에서 SOG막(160) 내의 수분 또는 화학 물질(chemical) 등이 비아 홀(220) 내부로 확산되어 비아 홀(220)을 채우고 있는 금속의 저항이 높아져 비아 페일을 초래하는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 비아 페일을 방지하는 것이다.
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 그 순서에 따라 차례로 도시한 단면도이고,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 그 순서에 따라 차례로 도시한 단면도이다.
이러한 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는 금속 배선 상부의 SOG막을 제거한다.
본 발명에 따르면, 콘택 또는 비아가 형성된 층간 절연막 상부에 제1 금속 배선을 형성하고, 제1 금속 배선을 포함한 층간 절연막 상부에 제1 산화막을 형성한다. 다음, 제1 산화막 위에 SOG막을 형성하고, 제1 금속 배선 상부의 SOG막을 제거한다. 다음, 층간 절연막 상부 전면에 제2 산화막을 형성하고, 제1 및 제2 산화막을 사진 식각하여 제1 금속 배선을 드러내는 비아 홀을 형성한다. 다음, 비아 홀을 통해 제1 금속 배선과 연결되는 제2 금속 배선을 형성한다.
여기서, 제1 금속 배선 상부의 SOG막을 제거할 때는 전면 식각법, 습식 식각법, 증착/식각법 또는 화학 기계적 연마 공정을 사용하여, 제1 금속 배선 패턴 사이에 잔류하는 SOG막의 높이를 제1 금속 배선 상부의 제1 산화막의 높이 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 제2 산화막을 형성한 후 화학 기계적 연마 공정을 실시할 수도 있다.
이러한 본 발명에서는 비아 홀의 측벽에 SOG막이 형성되어 있지 않기 때문에 후속 공정인 열처리 공정에서 SOG막의 수분 또는 화학 물질이 비아 홀로 확산되지 않으므로 안정된 전기적 특성을 갖는 비아 홀을 형성할 수 있으며, 이에 따라 소자의 내구성이 향상된다.
그러면, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 2a에서와 같이, 콘택 또는 비아가 형성된 층간 절연막(1) 상부에 금속 또는 도전체층을 증착하고 감광막을 도포한 후, 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 실시하여 제1 금속 배선(3)을 형성한다. 다음, 화학 기상 증착법 등을 이용하여 제1 금속 배선(3)을 포함한 층간 절연막(1) 상부 전면에 제1 산화막(4)을 형성한 후, 제1 산화막(4) 위에 스핀 코팅과 같은 방법으로 SOG막(5)을 형성한다.
다음, 도 2b에서와 같이, 플라스마를 이용한 전면 식각법으로 SOG막(5)을 평탄화하여 제1 금속 배선(3) 패턴 사이에 잔류하는 SOG막(5)을 제1 금속 배선(3) 상부의 제1 산화막(4)과 동일한 높이 또는 그 이하의 높이가 되도록 한다. 이렇게 하면, 제1 금속 배선(3) 상부에는 SOG막(5)이 제거되어 제1 산화막(4)이 노출된다. 여기서, 제1 금속 배선(3) 상부의 SOG막(5)을 제거할 때는 전면 식각법 외에 식각액을 이용한 습식 식각을 실시하거나 증착/식각 방법을 실시할 수도 있으며, 화학 기계적 연마 공정(CMP : chemical mechanical polishing)을 실시할 수도 있다.
다음, 도 2c에서와 같이, 제1 산화막(4)과 SOG막(5) 위에 화학 기상 증착법을 이용하여 제2 산화막(6)을 증착한 후, 그 위에 감광막 패턴을 형성하고 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 통하여 제2 산화막(6)과 제1 산화막(4)을 차례로 제거하여 제1 금속 배선(3)을 드러내는 비아 홀(7)을 형성한다. 여기서, 제2 산화막(6)을 증착한 후 화학 기계적 연마 공정을 사용하여 제2 산화막(6)을 평탄화할 수도 있다.
다음, 비아 홀(7)을 텅스텐과 같은 금속으로 채우고 그 위에 제1 금속 배선(3)과 연결되는 제2 금속 배선(도시하지 않음)을 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 통하여 형성한다.
이때, 제1 및 제2 산화막(4, 6)은 TEOS(tetraethoxysilicate) 산화막으로 형성하거나 사일렌(SiH4) 기체를 이용하여 형성하거나 플라스마를 이용하여 형성할 수 있다.
여기서는 비아 홀(7) 하나만을 예로 들었으나, 제2 금속 배선 상부에 층간 절연막을 다층으로 형성하고 층간 절연막 사이에 금속 배선을 형성하는 경우에 있어서 다수의 금속 배선을 연결하는 비아 홀을 형성할 때도 적용될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서는 비아 홀(7)의 측벽에 SOG막이 형성되어 있지 않기 때문에 후속 공정인 열처리 공정에서 SOG막의 수분 또는 화학 물질이 비아 홀로 확산되지 않으므로 안정된 전기적 특성을 갖는 비아 홀을 형성할 수 있으며, 이에 따라 소자의 내구성이 향상된다.
이와 같이 본 발명에서는 비아 홀을 안정적으로 형성하여 소자의 내구성을 향상시킬 수 있다.
Claims (4)
- 콘택 또는 비아가 형성된 층간 절연막 상부에 제1 금속 배선을 형성하는 단계,상기 제1 금속 배선을 포함한 상기 층간 절연막 상부에 제1 산화막을 형성하는 단계,상기 제1 산화막 위에 SOG막을 형성하는 단계,상기 제1 금속 배선 상부의 SOG막을 제거하는 단계,상기 층간 절연막 상부 전면에 제2 산화막을 형성하는 단계,상기 제1 및 제2 산화막을 사진 식각하여 상기 제1 금속 배선을 드러내는 비아 홀을 형성하는 단계,상기 비아 홀을 통해 상기 제1 금속 배선과 연결되는 제2 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제1항에서,상기 제1 금속 배선 상부의 SOG막을 제거하는 단계는, 상기 SOG막을 전면 식각법, 습식 식각법, 증착/식각법 또는 화학 기계적 연마 공정에 의해 제거하는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제2항에서,상기 제1 금속 배선 상부의 SOG막을 제거하는 단계에서, 상기 제1 금속 배선 패턴 사이에 잔류하는 SOG막의 높이는 상기 제1 금속 배선 상부의 제1 산화막의 높이 이하가 되도록 하는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,상기 제2 산화막을 형성한 후 화학 기계적 연마 공정을 실시하는 단계를 더 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
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