KR0171953B1 - 반도체 소자의 층간절연막 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 중간 절연막 형성 방법에 관한 것으로, 공지의 기술로 반도체 기판 상부에 도전 배선을 형성하고, 상기 도전 배선 상부에 형성된 자연 산화막을 제거하기 위한 제1세정공정을 실시한 다음, 전체 표면상부에 묽은 수용액을 이용한 제2세정공정을 실시하고, 전체표면상부에 O3-TEOS USG 막을 소정두께 형성하여 평탄화시키는 공정으로 표면상부가 평탄화되고 갭필 특성이 향상된 층간 절연막을 형성함으로써 반도체소자의 특성 및 신뢰성을 향상시키고 그에 따른 반도체소자의 고집적화를 가능하게 하는 기술이다.

Description

반도체소자의 층간절연막 형성방법
제1(a)도 내지 제1(d)도는 종래기술에 따른 반도체소자의 층간절연막 형성방법을 도시한 단면도.
제2(a)도 및 제2(b)도는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 층간절연막 형성방법을 도시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 반도체 기판 13 : 절연막
15 : 도전배선 17 : 패시베이션된 층
19 : 산화막 21 : 전하발생층
23,25 : O3-TEOS USG막
본 발명은 반도체 소자의 층간 절연막 형성 방법에 관한 것으로, 특히 전극 간의 절연막으로 사용되는 오존-테오스 유.에스.지. (O3-TEOS USG : O3-TetraEthyOrthoSilicate UndopedSilicateGlass, 이하에서 O3-TEOS USG 라 함)의 증착 시증 착막의 균일도 개선을 통하여 평탄화 특성을 개선 시키기 위하여 증착 전에 세정하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, O3-TEOS USG는 우수한 갭필(gap fill) 특성과 자체 평탄화 특성을 가지고 있기 때문에 금속배선간 절연막, 폴리실리콘 배선간 절연막, 트렌치 소자분리막 공정 등에 적용이 가능하다.
그리고, 상기 O3-TEOS USG 는 하부층의 상태에 따라 증착이 불균일한 특성이 있다. 지금까지는 이러한 특성을 제거하기 위하여 플라즈마 처리방법이 이용되었다.
그러나, 상기 플라즈마 처리는 처리 중 박막의 표면에 불 균일한 전하 발생 층이 형성될 수 있으며, O3-TEOS USG 의 자체 평탄화 특성을 악화 시키는 문제점을 갖고 있다.
또한, 상기의 불균일한 증착 특성을 제거하기 위한 다른 방안으로 과잉 실리콘 산화막을 증착하기도 하는데, 이 경우는 플라즈마 산화막인 과잉 실리콘 USG 의 단차피복성이 좋지 않기 때문에 갭(gap)의 윗부분에 과도한 증착이 이루어지는 오버행(over hang) 현상이 발생하여 O3-TEOS USG 가 후속으로 증착될 때 갭필 특성을 악화시키는 문제점이 있다.
제1(a)도 내지 제1(d)도는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 층간 절연막 형성방법을 도시한 단면도이다.
제1(a)도를 참조하면, 반도체기판(11) 상부에 절연막(13)과 도전체(15)을 증착한 후 패터닝 공정으로 도전배선(15)을 형성한다.
이 때, 상기 도전체(15)는 도프된 다결정실리콘막이나 알루미늄박막으로 형성된 것이다.
후속공정으로 다른 도전배선과의 브릿지(bridge) 현상을 방지하기 위하여 층간절연막을 증착하게 되는데 이 때, 상기 층간절연막은 도전배선(15)간의 브릿지를 막는 목적뿐만아니라, 후속공정시 패터닝을 용이하도록 하기 위하여 요철부분을 잘 메꿔주어야 하는 평탄화 특성을 가져야 한다. 이러한 목적에 잘 부합되는 O3-TEOS USG 막은 도전배선의 요철부분을 잘 메꿔주는 갭필 특성과 자체 평탄화 특성을 갖고 있어 금속배선간 절연, 다결정 실리콘막 배선간 절연 및 트랜치 소자분리 절연 공정에 적용되고 있다. 그러나, 상기 O3-TEOS USG 는 증착이 진행될 하부층의 표면 상태에 따라 증착이 불균일한 단점이 있다.
그래서, 도전배선의 패터닝 후 O3-TEOS USG 막의 전공정으로 도전배선의 자연산화막을 제거하기 위하여 산화막 식각 화학물질을 이용하여 플라즈마 처리를 진행하거나, 도전배선 위에 O3-TEOS USG 막의 증착 균일도를 좋게 하기 위하여 산화막을 소정두께 증착 한 후 플라즈마 처리를 진행한다.
제1(b)도를 참조하면, 상기 제1(a)도의 공정 후에 자연산화막을 제거하기 위하여 산화막 식각 화학물질을 이용하여 플라즈마 처리를 진행함으로써 상기 식각 화학물질 중에서 불소계나 염소계 이온들과 같이 (-) 전하를 갖는 이온들로 도전배선(15) 표면에 패시베이션(passivation) 된 층(17)이 형성된다.
제1(c)도를 참조하면, 도전배선 상부에 O3-TEOS USG 막의 증착 균일도를 좋게 하기 위하여 산화막(19)을 500Å 정도 증착한 후 플라즈마 처리를 진행한다. 이 때, 상기 산화막(19)의 표면으로부터 20 내지 30Å 정도의 두께로 전하가 밀집하는 전하발생층(chage-build-up-layer)(21)이 형성된다.
제1(d)도를 참조하면, 상기 제1(b)도 또는 제1(c)도의 공정 후에 O3-TEOS USG 막(23)을 소정두께 증착한다.
이 때, 상기 O3-TEOS USG 막(23) 증착은 상기 O3-TEOS USG 막(23) 자체가 플라즈마 조건에서 증착 화학적 이온 가스를 이용하기 때문에 균일도가 좋지 못하며, 오버행과 같은 현상으로 인하여 갭필특성이 저하된다.
이상에서 설명한 바와같이 종래기술은 상부구조를 평탄화시키지 못하고, 오버행과 같은 현상으로 갭필 특성이 저하되어 반도체소자의 특성 및 신뢰성이 저하되고 그에 따른 반도체소자의 고집적화를 어렵게 하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 층간절연막으로 사용되는 O3-TEOS USG 막을 형성전 표면을 세정하여 갭필특성과 평탄화특성이 향상된 층간 절연막을 형성함으로써 반도체소자의 특성 및 신뢰성을 향상시키고, 그에 따른 반도체 소자의 고집적화를 가능하게 하는 반도체소자의 층간 절연막 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이상의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 층간절연막 형성방법의 특징은, 공지의 기술로 반도체기판 상부에 도전배선을 형성하는 공정과, 상기 도전배선 상부에 형성된 자연산화막을 제거하기 위한 제1세정공정을 실시하는 공정과, 전체 표면상부에 묽은 수용액을 이용한 제2세정공정을 실시하는 공정과, 전체표면 상부에 O3-TEOS USG 막을 소정두께 형성하여 평탄화시키는 공정을 포함하는 것이다.
이상의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 원리는, O3-TEOS USG 막의 증착이 진행될 하부층 표면 상태를 습식 또는 건식 세정공정으로 현화시킴으로써 O3-TEOS USG 막의 증착공정을 안정화시키는 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
제2(a)도 및 제2(b)도는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 층간절연막 형성방법을 도시한 단면도이다.
제2(a)도를 참조하면, 종래기술에서 기술한 제1(b), 제1(c)도의 공정 후 HF : H2O를 1:200 내지 1:500의 비율로 희석시킨 묽은 HF 수용액으로 세정공정을 실시한 것을 도시한 단면도로서, 상기 제1(c)도의 공정 후의 진행상황을 도시한 것이다.
이 때, HF : H2O의 비율이 1:200 이상인 묽은 HF 수용액은 열산화막을 기준으로 할 때, 식각률이 0.25 Å/sec 미만으로 낮은 식각률을 보인다.
그리고, O3-TEOS USG 막의 경우 0.5Å/sec 미만의 식각률을 가지며, 20 내지 30Å 두께의 전하발생층은 60 내지 100초 정도 상기 수용액에 담구어 두면 충분히 제거할 수 있다.
이로 인하여, 전체 표면에 형성된 (-) 전하를 제거할 수 있어 O3-TEOS USG 막의 증착 특성을 높일 수 있다.
여기서, 점선은 전하발생층(21)이 제거된 것을 도시한 것이다.
제2(b)도를 참조하면, 전체표면상부에 O3-TEOS USG 막(25)을 소정두께 형성함으로써 표면상부를 평탄화시킨 것을 도시한 단면도로서, 갭필특성이 향상된 것이다.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 따른 반도체 소자의 층간절연막 형성방법은, 종래의 플라즈마 처리로부터 발생되는 음이온계의 전하발생 및 산화막 내의 전하발생층을 묽은 HF 수용액으로 제거하여 O3-TEOS USG 막의 갭필 특성을 향상시키고, 표면상부를 평탄화시킴으로써 후속공정을 용이하게 실시 할 수 있어 반도체 소자의 특성 및 신뢰성을 향상시키고, 그에 따른 반도체소자의 고집적화를 가능하게 하는 잇점이 있다.

Claims (3)

  1. 공지의 기술로 반도체기판 상부에 도전배선을 형성하는 공정과, 상기 도전배선 상부에 형성된 자연산화막을 제거하기 위한 제1세정공정을 실시하는 공정과, 전체표면상부에 묽은 수용액을 이용한 제2세정공정을 실시하는 공정과, 전체 표면상부에 O3-TEOS USG 막을 소정두께 형성하여 평탄화 시키는 공정을 포함하는 반도체 소자의 층간 절연막 형성방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 묽은 수용액은 HF : H2O의 비율이 1 : 200 내지 1 : 500인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 층간절연막 형성방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2세정공정은 60 내지 100초간 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 층간 절연막 형성방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100468687B1 (ko) * 1997-09-08 2005-03-16 삼성전자주식회사 층간절연막형성방법
KR100558043B1 (ko) * 1998-12-31 2006-05-03 매그나칩 반도체 유한회사 반도체 소자의 구리 금속 배선 형성 방법

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