KR20090106883A - 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
SOD막 형성 후 후속 고온 열공정에서 암모니아(NH3) 가스의 배출로 인해 패턴 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 제조방법이 제시된다. 그 방법은, 반도체기판 상에 유동성 절연막을 도포하는 단계와, 유동성 절연막을 열처리하여 층간절연막을 형성하는 단계와, 층간절연막 상에 하드마스크층을 형성하는 단계와, 하드마스크층의 표면을 플라즈마 처리하는 단계, 및 하드마스크층 상에 반사방지막을 형성하는 단계를 포함한다.
층간절연막, 유동성 절연막, SOD, 암모니아 가스
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 유동성 절연막을 이용하여 반도체 소자의 층간절연막을 형성하는 관한 것이다.
반도체 소자의 집적도가 증가하고 소자의 크기가 점차 작아지면서 소자와 소자간의 분리, 또는 도전층과 도전층간의 분리를 목적으로 사용되는 층간절연막의 갭-필(gap-fill)은 더욱 어려워지고 있다. 최근에는 스텝 커버리지(step coverage)가 우수하여 미세 공간에도 갭-필이 가능한 폴리실라잔(polysilazane; PZT)이라는 물질이 도입되었다. PZT는 일명 SOD(silicon on dielectric)라고도 불리는데, 리플로우(reflow) 성질이 좋아서 좁은 지역을 용이하게 갭-필할 수 있다는 장점이 있다.
SOD막은 기존의 화학기상증착(CVD) 방식으로 증착되는 고밀도플라즈마(HDP) 산화막과는 달리, 코팅장비에서 코팅한 후 열처리 장비에서 일정 온도로 큐어링하면서 실리콘산화막(SiO2)으로 치환시키는 방식으로 형성된다. 즉, SOD 막을 코팅한 다음 열처리를 진행하면서 실리콘(Si)-질소(N)-수소(H) 원자들을 실리콘산화 막(SiO2)으로 치환시키는 것이다.
상기 열처리공정은, 고온에 의한 하부 막질의 영향을 방지하기 위하여 300 ∼ 500℃ 정도의 비교적 저온에서 이루어진다. 그런데, SOD막을 코팅한 후 저온에서 열처리하게 되면 SOD막 속의 암모니아(NH3) 가스가 외부로 충분히 배출되지 못하고 SOD막 속에 남아 있게 된다. 그 후 하드마스크로 사용되는 비정질 카본막 증착 또는 반사방지막으로 사용되는 실리콘옥시나이트라이드(SiON) 증착 등 550℃ 이상의 비교적 고온의 공정을 진행하게 되면, SOD 막 속에 잔류하던 암모니아(NH3) 가스가 발생한다. 이 암모니아 가스는 포토레지스트 도포 후에도 계속 발생하는데, 포토레지스트와 반응하여 포토레지스트의 현상을 방해하게 된다. 따라서, 오픈되어야 할 부분에 포토레지스트가 잔류하는 패턴 불량을 야기한다.
도 1은 SOD막 위에 하드마스크와 반사방지막을 형성한 후 SOD막으로부터 암모니아(NH3) 가스가 외부로 배출되는 과정을 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 소정의 하부 구조가 형성된 반도체기판(도시되지 않음) 상에 SOD막으로 이루어진 층간절연막(110)이 형성된다. 이 층간절연막(110)은 SOD막을 스핀 코팅 방식으로 코팅한 다음 300 ∼ 500℃ 정도의 온도에서 열처리함으로써 SOD막을 치밀화하여 형성할 수 있다. 상기 층간절연막(110) 위에는 비정질 카본막으로 이루어진 하드마스크층(120)과 실리콘옥시나이트라이드(SiON)막으로 이루어진 반사방지막(130)이 형성된다. 도시된 바와 같이, 상기 하드마스크층(120) 또는 반사방지막(130)을 증착하는 과정 또는 다른 고온 공정에 의해 SOD막으로 이루어진 층간절연막(110)으로부터 암모니아(NH3) 가스(140)가 표면으로 배출된다.
이러한 암모니아(NH3) 가스는 포토레지스트 도포 후에도 발생하는데, 포토레지스트와 반응하여 포토레지스트의 현상을 방해하게 된다. 따라서, 오픈되어야 할 부분에 포토레지스트가 잔류하는 패턴 불량을 야기한다.
도 2는 SOD막으로부터 배출된 암모니아(NH3) 가스에 의해 포토레지스트의 패턴 불량이 발생한 것을 보여 주는 전자현미경(SEM) 사진이다.
도시된 바와 같이, 포토레지스트의 현상이 제대로 이루어지지 않아 오픈되어야 할 영역에 포토레지스트가 제거되지 않고 남아 패턴이 형성되지 않았음을 알 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, SOD막 형성 후 후속 고온 열공정에서 암모니아(NH3) 가스의 배출로 인해 패턴 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 반도체기판 상에 유동성 절연막을 도포하는 단계와, 유동성 절연막을 열처리하여 층간절연막을 형성하는 단계와, 층간절연막 상에 하드마스크층을 형성하는 단계와, 하드마스크층의 표면을 플라즈마 처리하는 단계, 및 하드마스크층 상에 반사방지막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유동성 절연막은 SOD(Spin On Dielectric) 또는 SOG(Spin On Glass)막으로 형성할 수 있다.
상기 유동성 절연막에 대한 열처리는 200 ∼ 600℃의 온도에서 실시할 수 있다.
상기 하드마스크층의 표면을 플라즈마 처리하는 단계에서, 수소(H2) 플라즈마를 사용할 수 있다.
상기 하드마스크층은 비정질 카본막으로 형성하고, 상기 반사방지막은 실리콘옥시나이트라이드(SiON)막으로 형성할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 반도체기판 상에 유동성 절연막을 도포하는 단계와, 유동성 절연막을 열처리하여 층간절연막을 형성하는 단계와, 층간절연막 상에 하드마스크층 및 반사방지막을 차례로 형성하는 단계, 및 반사방지막의 표면을 플라즈마 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유동성 절연막은 SOD(Spin On Dielectric) 또는 SOG(Spin On Glass)막으로 형성할 수 있다.
상기 유동성 절연막에 대한 열처리는 200 ∼ 600℃의 온도에서 실시할 수 있다.
상기 반사방지막의 표면을 플라즈마 처리하는 단계에서, 수소(H2) 플라즈마 또는 수소(H2)/산소(O2) 플라즈마를 사용할 수 있다.
상기 하드마스크층은 비정질 카본막으로 형성하고, 상기 반사방지막은 실리콘옥시나이트라이드(SiON)막으로 형성할 수 있다.
본 발명에 의한 반도체 소자의 제조방법에 따르면, 하드마스크 형성 후 또는 반사방지막 증착 후 그 표면을 플라즈마 처리함으로써 플라즈마에 의해 층간절연막으로부터 배출된 암모니아(NH3) 가스를 제거할 수 있다. 따라서, 후속 사진식각 공정에서 포토레지스트 패턴의 불량없이 사진식각 공정을 진행할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 층간절연막 형성방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3을 참조하면, 반도체기판(200)상에 SOD 또는 SOG(Spin On Glass) 막을 일정 두께 도포한 다음, 소정의 열처리에 의한 큐어링 공정을 실시하여 층간절연막(210)을 형성한다. 도시되지 않았지만, 상기 반도체기판(200) 상에는 예컨대 게이트 또는 비트라인과 같이 층간절연막(210)에 의해 서로 분리되어야 할 하부 구조가 형성되어 있다.
상기 SOD막 또는 SOG 막은 모두 유동성 막질로서, 스핀 코팅 방식으로 도포할 수 있다. 그리고, 상기 SOD막 또는 SOG막에 대한 열처리는, 고온에 의한 하부 구조의 영향을 방지하기 위하여 200 ∼ 600℃ 정도의 온도에서 실시한다.
도 4를 참조하면, 상기 층간절연막(210) 상에 예컨대 비정질 카본막을 일정 두께 증착함으로써 하드마스크(220)를 형성한다. 하드마스크(220)를 형성하기 위하여 비정질카본막을 증착하는 과정에서 상기 층간절연막(210)으로부터 암모니아(NH3) 가스가 상부로 배출된다. 다음에, 수소가스(H2) 플라즈마를 이용하여 상기 하드마스크(220)의 표면을 플라즈마 처리함으로써, 하드마스크(220) 표면에 흡착되어 있는 암모니아(NH3) 가스를 제거한다. 이때, 암모니아(NH3) 가스가 충분히 배출 및 제거되도록 플라즈마 처리시간을 적절히 조절한다.
도 5를 참조하면, 플라즈마 처리된 상기 하드마스크(220) 상에 예컨대 실리콘옥시나이트라이드(SiON)를 일정 두께 증착하여 반사방지막(230)을 형성한다. 반사방지막(230)은 후속 사진식각 공정에서의 빛의 반사를 방지하는 역할을 한다. 상기 하드마스크(220)에 대한 플라즈마 처리공정에 의해, 하드마스크 표면으로 배출되어 흡착되어 있던 암모니아(NH3) 가스가 제거되었으므로, 반사방지막(230)을 형성하는 동안에는 더 이상의 암모니아 가스의 배출이 일어나지 않는다. 따라서, 후속 사진식각 공정에서 포토레지스트 패턴의 불량없이 사진식각 공정을 진행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 층간절연막 형성방법을 설명하기 위한 단면도이다. 도 3 내지 도 5와 동일한 참조번호는 동일한 부분을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 반도체기판(200) 상에 층간절연막(210), 하드마스크(220) 및 반사방지막(230)을 첫 번째 실시예의 경우와 마찬가지의 방법으로 형성한다. 다만, 암모니아(NH3) 가스를 제거하기 위한 플라즈마 처리 공정을 반사방지막(230)을 형성한 후에 진행한다. 반사방지막(230)을 형성한 후에 플라즈마 처리를 할 경우에는 수소(H2) 플라즈마 뿐만 아니라 수소(H2)/산소(O2)의 혼합 플라즈마를 사용할 수 도 있다. 이때에도, 암모니아(NH3) 가스가 충분히 배출 및 제거되도록 플라즈마 처리시간을 적절히 조절한다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.
도 1은 SOD막으로부터 배출된 암모니아(NH3) 가스에 의해 포토레지스트의 패턴 불량이 발생한 것을 보여 주는 전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 층간절연막 형성방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 층간절연막 형성방법을 설명하기 위한 단면도이다.
Claims (10)
- 반도체기판 상에 유동성 절연막을 도포하는 단계;상기 유동성 절연막을 열처리하여 층간절연막을 형성하는 단계;상기 층간절연막 상에 하드마스크층을 형성하는 단계;상기 하드마스크층의 표면을 플라즈마 처리하는 단계; 및상기 하드마스크층 상에 반사방지막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 유동성 절연막은 SOD(Spin On Dielectric) 또는 SOG(Spin On Glass) 막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 유동성 절연막에 대한 열처리는 200 ∼ 600℃의 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 하드마스크층의 표면을 플라즈마 처리하는 단계에서,수소(H2) 플라즈마를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 하드마스크층은 비정질 카본막으로 형성하고,상기 반사방지막은 실리콘옥시나이트라이드(SiON)막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 반도체기판 상에 유동성 절연막을 도포하는 단계;상기 유동성 절연막을 열처리하여 층간절연막을 형성하는 단계;상기 층간절연막 상에 하드마스크층 및 반사방지막을 차례로 형성하는 단계; 및상기 반사방지막의 표면을 플라즈마 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제6항에 있어서,상기 유동성 절연막은 SOD(Spin On Dielectric) 또는 SOG(Spin On Glass) 막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제6항에 있어서,상기 유동성 절연막에 대한 열처리는 200 ∼ 600℃의 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제6항에 있어서,상기 반사방지막의 표면을 플라즈마 처리하는 단계에서,수소(H2) 플라즈마 또는 수소(H2)/산소(O2) 플라즈마를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제6항에 있어서,상기 하드마스크층은 비정질 카본막으로 형성하고,상기 반사방지막은 실리콘옥시나이트라이드(SiON)막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |